ГЕНЕРАТОР АЗОТА
NITROGEN GENERATOR

Изобретение относится к системам генерирования инертной газовой среды с высоким содержанием азота. Заявляемый генератор азота может использоваться в нефтегазовой, горно-добывающей, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известна группа генераторов азота (патент РФ №2189264 на изобретение, МПК А62С 3/02, А62С 3/06, B01J 7/00, 2002 [1]; заявка РФ №2000118207 на изобретение, МПК А62С 3/02, А62С 3/06, B01J 7/00, 2002 [2]; свидетельство РФ №38030 на полезную модель, МПК F04B 41/00, 2004 [3]; патент РФ №50641 на полезную модель, МПК F25J 3/00, 2006 [4]; патент РФ №2187698 на изобретение, МПК F04B 41/00, F04B 41/06, 2002 [5]; патент РФ №2261403 на изобретение, МПК F25J 3/00, F04B 41/00, 2005 [6]), содержащих компрессор, соединенный с мембранным газоразделительным блоком, с выхода продукта которого газ подается потребителю.
Известен также транспортный генератор азота (патент РФ №2306160 на изобретение, МПК А62С 3/00, С01В 21/02, B01D 53/02, 2007 [7]), содержащий компрессор, соединенный с мембранным газоразделительным блоком, на выходе которого установлен газоанализатор. При этом с выхода продукта мембранного газоразделительного блока газ подается потребителю.
Недостатком указанных аналогов является их конструкция, которая приводит к длительному времени выхода генератора азота на рабочий режим (пусковому периоду). Это связано с тем, что производительность и качество азота на выходе мембранного газоразделительного блока зависят от параметров температуры и давления подаваемого в него воздуха. В режиме пуска указанные параметры не соответствуют оптимальным, поэтому содержание азота в газе на выходе мембранного фильтра является неудовлетворительным. Такой газ не подается потребителю до тех пор, пока содержание азота в нем не достигнет заданного минимального порога.
Транспортный генератор азота [7] является по совокупности существенных признаков наиболее близкой системой того же назначения к заявляемому изобретению. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является сокращение времени выхода генератора азота на рабочий режим.
Сущность изобретения состоит в том, что генератор азота содержит последовательно соединенные компрессор и мембранный газоразделительный блок. При этом выход азота мембранного газоразделительного блока соединен с разветвленным трубопроводом, содержащим, по крайней мере, две ветви. При этом первая ветвь соединена со входом компрессора, а вторая ветвь является выходом генератора азота. При этом упомянутые ветви снабжены запорными клапанами.
На выходе азота мембранного газоразделительного блока целесообразно располагать газоанализатор. На входе компрессора желательно размещать воздушный фильтр.
Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой показана схема генератора азота.
Генератор азота (фиг.1) содержит воздушный фильтр 1, компрессор 2, мембранный газоразделительный блок 3, газоанализатор 4, разветвленный трубопровод, содержащий, по крайней мере, две ветви: первую ветвь 5, соединенную со входом компрессора 2, и вторую ветвь 6 выхода генератора азота.
Воздушный фильтр 1 размещен на входе в компрессор 2 и предназначен для предварительной очистки от пыли воздуха, поступающего в компрессор 2. Компрессор 2 предназначен для сжатия атмосферного воздуха с целью создания движущей силы процесса мембранного разделения воздуха на составляющие компоненты. Компрессор 2 предпочтительно выполнен поршневым многоступенчатым.
Выход компрессора 2 соединен со входом мембранного газоразделительного блока 3, предназначенного для разделения поступающего на его вход воздуха на газ с высоким содержанием азота и пермеат. Мембранный газоразделительный блок 3 снабжен выходом пермеата 10 и выходом азота 9. На выходе азота 9 мембранного газоразделительного блока 3 расположен газоанализатор 4.
Выход азота 9 мембранного газоразделительного блока 3 соединен с разветвленным трубопроводом, содержащим две ветви. Первая ветвь 5 указанного трубопровода соединена со входом компрессора 2 на участке между фильтром 1 и компрессором 2 и содержит первый запорный клапан 7. Первая ветвь 5 предназначена для подачи обогащенного азотом газа с выхода азота 9 мембранного газоразделительного блока 3 на вход компрессора 2 в режиме пуска.
Вторая ветвь 6 является выходом продукта генератора азота и содержит второй запорный клапан 8.
Заявляемый генератор азота работает следующим образом.
После включения генератора азота с выхода компрессора 2 на вход мембранного газоразделительного блока 3 поступает воздух с температурой и давлением, не соответствующими оптимальным параметрам работы последнего. В мембранном газоразделительном блоке 3 за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны происходит разделение воздуха на азот и пермеат. Пермеат выбрасывается в атмосферу через выход 10, а воздух, обогащенный азотом, поступает на выход азота 9 мембранного газоразделительного блока 3. Так как начальные параметры воздуха, поступающего в мембранный газоразделительный блок 3, не соответствовали оптимальным, то содержание азота в смеси на выходе азота 9 из мембранного газоразделительного блока 3 ниже допустимого порога и равно 80-90%.
Газоанализатор 4, определив уровень концентрации азота на выходе азота 9 из мембранного газоразделительного блока 3, подает соответствующий сигнал системе управления (не показана), которая закрывает второй запорный клапан 8 и открывает первый запорный клапан 7. При этом поток азотсодержащей смеси поступает с выхода азота 9 мембранного газоразделительного блока 3 на вход компрессора 2. Это увеличивает концентрацию азота на входе в мембранный газоразделительный блок 3, что приводит к соответствующему увеличению концентрации азота на выходе азота 9 из мембранного газоразделительного блока 3.
Повышение концентрации азота на входе в компрессор 2 в режиме пуска приводит к сокращению времени, в течение которого концентрация азота на выходе азота 9 из мембранного газоразделительного блока 3 достигает порога, при котором он может подаваться потребителю. После того как концентрация азота на выходе азота 9 из мембранного газоразделительного блока 3 превышает упомянутый порог, система управления открывает второй запорный клапан 8 и закрывает первый запорный клапан 7. Генератор азота начинает функционировать в рабочем режиме. При этом на вход компрессора 2 поступает воздух через воздушный фильтр 1.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом генераторе азота заявляемый технический результат: «сокращение времени выхода генератора азота на рабочий режим» достигается за счет того что, генератор азота содержит последовательно соединенные компрессор 2 и мембранный газоразделительный блок 3. При этом выход азота 9 мембранного газоразделительного блока 3 соединен с разветвленным трубопроводом, содержащим, по крайней мере, две ветви. Первая ветвь 5 соединена со входом компрессора 2, а вторая ветвь 6 является выходом генератора азота. При этом упомянутые ветви снабжены запорными клапанами 7, 8.
Заявляемый генератор азота реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собран на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в нефтегазовой, горно-добывающей, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2189264 на изобретение, МПК А62С 3/02, А62С 3/06, B01J 7/00, опубл. 2002 г.
2. Заявка РФ №2000118207 на изобретение, МПК А62С 3/02, А62С 3/06, B01J 7/00, опубл. 2002 г.
3. Свидетельство РФ №38030 на полезную модель, МПК F04B 41/00, опубл. 2004 г.
4. Патент РФ №50641 на полезную модель, МПК F25J 3/00, опубл. 2006 г.
5. Патент РФ №2187698 на изобретение, МПК F04B 41/00, F04B 41/06, опубл. 2002 г.
6. Патент РФ №2261403 на изобретение, МПК F25J 3/00, F04B 41/00, опубл. 2005 г.
7. Патент РФ №2306160 на изобретение, МПК А62С 3/00, С01В 21/02, B01D 53/02, опубл. 2007 г.