Patent RU-101645-U1 (RU)
Title: Установка для получения азота из кислородосодержащих смесей
IPC: B01D53/00
Filed: 2010-08-25
Granted: 2011-01-27
Abstract: Установка относится к устройствам для производства азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции из различных газовых смесей, содержащих кислород, главным образом, из воздуха и может быть использована для производства азота в качестве защитного (инертного) газа при высокотемпературных процессах, для хранения продукции, в химических производствах, в медицине и многих других отраслях. Задачей и техническим результатом установки является повышение производительности и степени извлечения азота. Установка для получения азота из кислородосодержащих смесей работает следующим образом. Воздушный компрессор 1 засасывает рабочую газовую смесь (в частности, атмосферный воздух), сжимает ее и по трубопроводу 8 подает на вход между управляющими входными клапанами 11 и 13 для переключения потока сжатого газа из компрессора между адсорберами 2 и 3, работающими в циклическом режиме. Перед подачей на адсорберы сжатый газ рекомендуется подвергать осушке. Работа управляющих клапанов коммутируется следующим образом. Одновременно открытыми в течение полуцикла могут быть пары клапанов 11-12 и, в то же время закрытыми, должны быть пары клапанов 13-14, и наоборот. Если в данном полуцикле открыта пара клапанов 11-12, то сжатый газ поступает в адсорбер 3 в котором происходит поглощение кислорода и других компонентов и обогащение газа азотом. В это время адсорбер 2, который в предыдущем полуцикле находился под высоким давлением и поглощал кислород и другие газовые компоненты, оказывается соединенным с атмосферой через сбросной трубопровод 15. В адсорбере 2 (в данном полуцикле - в десорбере) за счет сброса давления происходит интенсивная десорбция кислорода и других компонентов. Одновременно происходит продувка десорбера 2 частью потока, производимого адсорбером 3, и ускорение процессов десорбции. Продукт адсорбера 3, обогащенный азотом, проходя мембранный модуль, поступает потребителю через выходной трубопровод 18. Это достигается тем, что в данном полуцикле управляющий выходной клапан 17 открыт, а клапан 16 закрыт. После окончания полуцикла за счет переключения пар входных управляющих клапанов 11-12 и 13-14 и управляющих выходных клапанов 16, 17 адсорбер 3 и десорбер 2 меняются местами и все многократно периодически повторяется. В результате потребителю через выходной трубопровод 18 постоянно поступает газовый продукт, обогащенный азотом. Сжатый газ, обогащенный в адсорберах азотом, поступает в ресивер 20, где происходит его накопление при высоком давлении и подача на мембранный газоразделительный модуль 21 в объем высокого давления 22. Перед ресивером 20 установлен обратный клапан 19, который препятствует возврату газа из ресивера обратно в адсорберы 2 и 3 при переключениях их между собой (при кратковременных потерях давления). В мембранном модуле для разделения смеси используются селективные полимерные мембраны, большинство из которых более проницаемы для паров воды, двуокиси углерода, кислорода и менее проницаемы для азота. В технологическом объеме высокого давления 22 мембранного модуля поступающий газ будет обогащаться преимущественно азотом. Степень обогащения азотом зависит от давления в мембранном модуле и от соотношения между величинами выходящих из мембранного модуля потоков. Из объема высокого давления 22 мембранного модуля поток газа, обогащенный азотом, через выходной трубопровод 18 поступает потребителю. Мембранный модуль 21 соединен с выходным трубопроводом 18 через расходное устройство 26. Роль расходного устройства состоит в задании и поддержании необходимого рабочего давления в адсорберах и в мембранном модуле, а также для задания величины потока продукта, подаваемого потребителю и его чистоты. Из технологического объема 23 низкого давления мембранного модуля газ попеременно поступает на выходные патрубки 6 и 7 адсорберов и используется для продувки абсорбера, который в данном полуцикле находится под низким давлением. Очередность подачи регулируется распределительными клапанами 24, 25. При этом в установке одновременно открытыми и одновременно закрытыми должны быть следующие группы клапанов: 11-12-17-24 и 13-14-16-25, и, наоборот, для следующего полуцикла. Распределительные клапаны 24, 25, так же, как и управляющие выходные клапаны 16, 17, могут быть выполнены в виде обратных клапанов или в виде управляемых клапанов, работа которых синхронизируется со всеми остальными клапанами единым блоком управления. В рассматриваемом примере для данного полуцикла распределительный клапан 24 является открытым, а клапан 25 - закрытым. Газ из технологического объема 23 низкого давления мембранного модуля через выходной патрубок 6 поступает на продувку адсорбера 2, что ускоряет процессы десорбции в нем. Одним из вариантов реализации устройства является установка, в которой на сбросном трубопроводе 15 установлено дополнительное расходное устройство 27, например, в виде регулируемого газового дросселя, расходной шайбы, либо в виде любых других устройств, позволяющих устанавливать необходимый газовый расход и сбрасывать давление. Использование дополнительного расходного устройства 27 совместно с расходным устройством 26 позволяет максимально согласовать и оптимизировать режимы работы адсорберов 2 и 3 по режимам изменения давления, величинам газовых потоков во времени и скоростям и глубине сорбции и десорбции, что совместно с использованием мембранного газоразделительного модуля 21 служит достижению общего технического результата - повышения производительности и степени извлечения азота в КЦА установках. Использование КЦА установки с дополнительным мембранным газоразделительным модулем позволяет повысить степень извлечения азота и производительность процесса при равных энергозатратах до 1,5 и более раз. Эффект повышения производительности установки и степени извлечения азота достигается за счет того, что в мембранном модуле производится дополнительная работа разделения газовой смеси, причем без использования дополнительных энергетических затрат, поскольку в мембранный модуль поступает заранее сжатая компрессором газовая смесь, накопленная в ресивере.