Способ разделения воздуха Советский патент 1976 года по МПК B01D53/02 F25J3/04 

1

Изобретение относится к способам раэцеления воздуха для нолучения чистых газов кислорода и азота, и может быть использовано на предприятиях химической, нетехимической, пищевой нромышленностей, в медицине и металлургии.

Известны способы разделения воздуха, использующие процессы физической сорбнии и в качестве сорбентов различные молекулярные сита природные и сзштетический цеолиты. Воздух разделгпот цикличной адсорбцией одного из компонентов предварително осушенного и охлажденного воздуха на цеолитах, охлажденных до низких температур 22О V .17О°К, с частичной компенсацией теплоты адсорбции теплотой десорбции с последующей вакуумной откачкой десорба та и получением Б качестве продукта потока неадсорбированных газов, обогащешюго кислородом от 28 до 93%.

Этими способами воздух разделяют за счет преимущественной адсорбции азота из потока воздуха. Однако, как известно, все сорбенты всегда сорбируют наряду с азотом и кислород в какой- о степени. Это

обстоятельство приводит к тому, что,вопервых, выход получаемого продукта - отношение количества кислорода, поступающег в колонну, к количеству кислорода, выходящего с продуктом - всегда меньше единицы. Во-вторых, эти способы практически не позволяют р.опучитъ продукт с содержанием кислорода выше 98%.

Цель изобретения повышение чистоты получаемых продуктов разделения воздуха и повышение выхода кислорода.

Для этого предлагают кислород из потока воздуха адсорбировать на цеолите Na /Ч, охлажденном до К, с отбором начальной порции десорбата, содержащей примесь азота.

На черт-еже схематически изображена установка для разделения воздуха, работающая по описываемом способу.

Установка состоит из двух адсорберов 1 и 2, которые имеют между собой развитую поверхность контакта для теплообмена (на чертеже не показана). Установка содержит также теплообменники 3 - 5, газовую холодильную машину 6, вымораживате- ли 7 и 8 влаги, влагоотдепитель 9, вакуум ный насос 1О, кислородный газоанализатор 11, балластную емкость 12. Работа установки циклична. Цикл состоит из двух режимов: адсорбционного и десорбционного, которые осуществляются с помощью автоматически переключающихся клапанов 13-37. Адсорбционный режим. Сжатый воздух при давлении - 2,5 атм поступает в теплообменник 5, где он охлаждается до 275 К потоком азота, выходящим из установки. Сконденсировавщаяся при этом влага отделяется во влагоотделителе 9. Далее, поток воздуха поступает в вымораживатель 7, где охлаждается до 21О°К обратным потоком азота, который проходит по встроенному змеевику. Вымораживатели 7 и 8 представляют собой теплообменники, заполненные теплоемкой массой,например каменной на- садкойс При охлаждении воздуха в вымораживателе 7 выделяющаяся влага оседает в Би.це льда на поверхности холодной насадки, Ос Т11енный поток воздуха проходит сначала теплообменник 3, а затем - теплообменник 4, где он охлаждается до рабочей температуры 85-100 К, Через открытый клапан 34 поток воздуха направляется в адсорбер 2, при прохождении которого кислород из потока воздуха адсорбируется микропорами HGOfiKTaNaA, и из адсорбера 2 выходит охлагвденный поток азота с аргоном , который направляется через клапан 36 в теплообменник 3, после которого через клапан 21 азот с аргоном Поступают в змеевик выморажи- вателя 7 Нагретый до температ фы - 2 70° поток азота затем поступает через клапаны 16 и 24 в вымораживатель 8, в котором азот увлажняется, осушая поверхность регенеративной теплоемкой насадки, и охлаждается до температуры- 22О°К, Затем, минуя клапан 33, азот с аргоном направляются в теплообменник 5 предварительного охлаждения воздуха. Из теплообменника 5, азот с аргоном, нагретые до 300°К, при давлении 1,6 атм отводятся из установки, Десорбциоа-шый режим. После адсорбционного режима адсорбер и работающий с ним в паре вымораживатель переключаются на десорбционный режим. Причем в то время, как один адсорбер с вымораживателем работают в адсорбционном режиме, другойадсорберс соответствующим вымораживателем работают в десорбционном режиме. Режим начинается со сброса давления в адсорбере 1, змеевике вымораживателя 8i которые соедин$5ются с балластной емкостью 12 открытием клапанов ЗО, 29 и 14, При сбросе давлелие Б адсорбере 1 падает до - 0,5 атм, после чего клапаны 14 и 29 закрываются, а 13 и 27 открываются, и вакууглный насос 10начинает откачивать из адсорбера 1 дэ сорбирующий с цеолита газ и нагнетать его через газоанализатор Из балластную емкость 12. Как только концентрация кислорода в потоке десорбированного газа достигнет заданной величины, газоанализатор 11закроет клапан 13 и откроет 28, через который кислород ноступает в линию потребителя или на хранение При этом режиме происходит-также, охлаждение теплоемкой насадки вь№лоражи.вателя 8 и обратного потока азота, проходящего через этот БыморажЕватель, потоком десорбирован- ного кислорода. В конце десорбдионного режима давление газа в адсорбере 1 л змеевике выморажнвателя 8 лоБьтшается подсоединением их к балластной ек- кости 12 через клапаны 14 и 29„ Поскольху азот к аргон а.дсорбйрз.отся при температура.х 8 5-10 О °К только на внешней поверхности гфистеллоз а гр.знул н.еолитаМаА, то адсорбированное колЕгество азота и аргона составляет сотые долг от объема микропор цеолита и, следовательно, от объема поглощенного кислорода. Трудно сорбируемые газы, азот и аргон, первыми десорбируют, поэтому отбирая начальную пор-цию десорбировавшйх газов, содержащую азот и аргон, в балластную еьшость 12, можно получать кислород очень .высокой чистоты (до 99,9%) при малых потерях его Е цикле. ормула изо е н и я Способ разделения воздуха путем цикличной адсорбции одного из компонентов предварительно осушенного и охлажденного воздуха на цеолитах, охлажденных до низких температур, с частичной компенсацией теплоты адсорбции теплотой десорбции с последующей вакууг-шой откачкой десорбата, отличающийся тем, что, с целые повышения чистоты получаемых продуктов разделения воздуха и повышения выхода кислорода, кислород адсорбируют на цеолиTaxNaA , охлажденных до температуры 85 10О К с отбором начальной порции цесор- бата, содержащей npmvtecb азота.