Устройство разделения атмосферного воздуха Советский патент 1991 года по МПК B01D53/04 G05D27/00 

Изобретение относится к технике получения азотообогащенного и кислородообо- гащенного газов из воздуха короткоцикловой безнагревной адсорбцией на синтетических цеолитах.

Цель изобретения - повышение качества разделения и увеличение производительности.

На фиг.1 представлена принципиальная схема адсорбционного устройства разделения атмосферного воздуха; на фиг.2 - циклограмма работы клапанов.

Устройство состоит из трубопровода 1 забора воздуха, компрессора 2, трубопровода 3 подачи разделяемого воздуха, управляемого клапана 4, трубопровода 5 продувочного адсорбера, продувочного адсорбера б, продуцирующего азотообога- щенный газ адсорбера 7, трубопровода 8 продуцирующего азотообогащенный газ адсорбера, управляемого клапана 9, трубопровода 10 вывода азотообогащенного газа, всасывающего трубопровода 11 вакуум-насоса, вакуум насоса 12, нагнетательного трубопровода 13 вакуум-насоса, управляемого клапана 14, трубопровода 15 подачи азотообогащенного газа на потребление, датчика давления 16, блока управления 17 управляемого клапана 18,трубопровода 19 подачи продувочного газа в продуцирующий кислородообогащенный газ адсорбер, продуцирующего кислородообогащенный газ адсорбера 20, датчика давления 21, обратного клапана 22, трубопровода 23 подачи кислородообогащенного газа на потребление, датчиков давления 24 и 25, управляемых клапанов 26 и 27, трубопровода 28 вывода продувочного газа из продувочного адсорбера, трубопровода 29 подачи продувочного газа в продуцирующий азотообогащенный газ адсорбер, датчика давления 30,обратного клапана 31,трубопровода 32 сброса газа в атмосферу, датчика давления 33.

Устройство работает следующим образом.

Подлежащий разделению воздух по трубопроводу 1 поступает в компрессор 2. Компрессированный газ по трубопроводу 3 через управляемый клапан 4 направляют в

С

о о о

ел

адсорбер 6, заполненный синтетическим цеолитом. Ввод разделяемой газовой смеси в адсорбер 6 сопровождается преимущественным поглощением азота и обогащением газовой фазы кислородом. Одновременно из адсорбера 7, заполненного цеолитом, по трубопроводу 8, через управляемый клапан 9, по трубопроводам 10 и 11 вакуум-насосом 12 откачивается азотообогащенный газ и по трубопроводу 13 через управляемый клапан 14 по трубопроводу 15 подается на потребление. При достижении в адсорбере 6 максимального давления датчик 16 подает первичный сигнал в блок управления 17, который вторичным сигналом открывает управляемый клапан 18 и закрывает управляемый клапан 4. При открытом управляемом клапане 18 продувочный газ за счет разности давлений через управляемый клапан 18 по трубопроводу 19 поступает в адсорбер 20, заполненный синтетическим цеолитом, и поднимает в нем давление. По достиже- нии в адсорбере 20 давления, равного атмосферному (по высоте слоя формируется обрывный фронт), датчик 21 подает первичный сигнал в блок управления 17, открывается обратный клапан 22, рассчитанный на срабатывание при данном давлении, и кис- лородообогащенный газ по трубопроводу 23 поступает на потребление. Давление в адсорбере 6 постепенно понижается. Когда оно сравнивается с атмосферным датчик 24 подает первичный сигнал вблокуправления 17. При достижении в адсорбере 7 минимального давления датчик 25 подает первичный сигнал в блок управления 17, который интегрирует его с сигналами датчиков 21 и 24, и вторичным командным сигналом открывает управляемые клапаны 26 и 27 и закрывает управляемые клапаны 9 и 14. Продувочный газ переменного состава с повышающейся объемной концентрацией азота вакуум-насосом 12 откачивают из адсорберов 6 и 20 и по трубопроводу 5 через управляемый клапан 26, по трубопроводам 5, 28, 11, 13, 29, через управляемый клапан 27, по трубопроводу 8 подают в адсорбер 7, поднимая в нем давление. Сорбент адсорбера 7 насыщается азотом, а газовая фаза обогащается кислородом. При достижении в адсорбере 7 давления, равного атмосферному, датчик 30 подает первичный сигнал в блок управления 17, открывается обратный клапан 31, рассчитанный на срабатывание при данном давлении, и газовую фазу адсорбера 7 поступающим продувочным газом из адсорберов 6 и 20 по трубопроводу 32 вытесняют в атмосферу. Давление в адсорберах 6 и 20 постепенно понижается. Когда оно достигает минимального, датчик

33 подает первичный сигнал в блок управления 17,который интегрирует его с сигналом датчика 30 и вторичным командным сигналом открывает управляемые клапаны 4, 9 и

14 и закрывает управляемые клапаны 18, 26 и 27. Цикл повторяют. Циклограмма представлена на фиг.2.

П р и м е р 1. Проверку устройства осуществляют на установке, принципиальная

0 схема которой показана на фиг. 1. Продувочный и продуцирующий кислородообогащен- ный газ адсорберы имеют внутренний диаметр 70 мм и высоту насыпного слоя сорбента 1000 мм. Продуцирующий азотоо5 богащенный газ адсорбер имеет внутренний диаметр 70 мм и высоту насыпного слоя сорбента 1100 мм. В качестве сорбента используют синтетический цеолит NaX. Мак- симальное давление в продувочном

0 адсорбере составило 3,5 105 Па, минималь- ное давление, во всех адсорберах составило 0,05 105 Па. Продолжительность цикла составляла около 3 мин. Основные показатели работы установки представлены в табл,1.

5 П р и м е р 2. Проверку устройства осуществляют на установке, аналогичной описанной в примере 1. Высота насыпного слоя продукцирующего азотообогащенный газ адсорбера составила 1200 мм. Оснос0 ные показатели работы установки представлены в табл, 2.

П р и м е р 3. Для сравнения разделение воздуха осуществляют на известной установке. Продувочный и продуцирующий ад5 сорбер имеют внутренний диаметр 70 мм и высоту насыпного слоя сорбента 1000 мм. В качестве сорбента использован синтетический цеолит NaX. Максимальное давление в продувочном адсообере 3,5105 Па, мини0 мальное - 0,05-10 Па. Продолжительность технологического цикла 3,2 мин. Переключение клапанов осуществляют КЭП-12У. Основные показатели работы установки представлены в табл.3.

5 П р и м е р 4. Проверку осуществляют на

установке, аналогичной описанной в примере 1. Высота насыпного слоя продуцирующего азотообогащенный газ адсорбера 1050 мм. Концентрация азота и кислорода в

0 продуктовых газах соответственно составили за цикл 98,6 и 85,5 об.%. Количество полученного за цикл азотообогащенного газа 22,1 л.

П р и м е р 5. Проверку осуществляют на

5 установке, аналогичной описанной в примере 1. Высота насыпного слоя продуцирующего азотообогащенный газ адсорбера 1250 мм. Концентрация азота и кислорода в продуктовых газах соответственно составила за цикл 95,4 и 85,8 об.%. Количество полученного за цикл азотообогащенного газа 25,0 л.

Использование насыпного слоя сорбента высотой менее 1100 мм несущественно увеличивает количество генерируемого за цикл азотообогащенного газа. При увеличении насыпного слоя сорбента свыше 1200 мм количество продувочного газа переменного состава, получаемого при вакуумиро- вании адсорберов 6 и 20, недостаточно для полного удаления газовой фазы из адсорбера 7, что приводит к снижению процентного содержания азота в азотообогащенном газе. Стабильный состав продуцируемых газов определяется отсутствием отклонений от заданных давлений сорбции-десорбции.

Формула изобретения Устройство разделения атмосферного воздуха на азотообогащенный и кислородо- обогащенный газы короткоцикловой без- нагревной адсорбцией на синтетических цеолитах, содержащее последовательно соединенные продувочный и продуцирующий адсорберы, блок переключения клапанов, первый - шестой выходы которого соединены с управляющими входами первого - шестого клапанов, компрессор, вакуум-насос, отличающееся тем, что, с целью повышения качества разделения и увеличеия производительности, в его состав дополнительно введены первый и второй обратные клапаны, второй продуцирующий адсорбер и датчики максимального и минимального давления, установленные попарно в первом и втором продуцирующем и продувочном адсорберах, выходы датчиков соединены с информационными входами блока переключения клапанов, причем выход компрессора через последовательно соединенные первый - пятый клапаны соединен с выходом по азотообогащенно- му газу, выход первого клапана связан с входом продувочного адсорбера, выход которого через последовательно соединенные шестой клапан, первый продуцирующий адсорбер и первый обратный клапан связан с выходом ислодообо- гащенного газа, выход второго клапана через вакуум-насос соединен с входом пятого и выходом четвертого клапанов, выход третьего клапана через последовательно соединенные второй продуцирующий адсорбер и второй обратный клапан связан с выходом сброса в

атмосферу, а отношение объемов адсорберов: продувочного и продуцирующих кис- лородообогащенный и азотообогащенный газы соответственно равно 1,0:1:0:(1,1- 1,2).

Изобретение относится к области разделения атмосферного воздуха методом короткоцикловой безнагревной адсорбцией. Целью изобретения является повышение качества разделения и увеличение производительности. Поставленная цель достигается установкой дополнительного адсорбера и датчиков давлений, управляющих процессом разделения воздуха. 2 ил.

Таблица 1

35

Таблица 2

29

Я

Фиг.1

Таблица 3

15

Hi

+ Клапан о/пхрыт Давление

Адсорбер 6

Адсорбер 20

Адсорбер 7

- Клалан закрыт

Время