ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к технологии разделения смеси газов и может быть использована в любых отраслях промышленности, когда необходимо разделение смеси газов или воздушного потока на фракции.
Известна мембранная система разделения газов, включающая компрессор, мембранные аппараты и систему трубопроводов с патрубками, (см. патент РФ 2035981, В01D 61/00, 63/00, 1991 г.). Система включает три ступени разделения.
Известна установка воздухоразделительная, включающая компрессор, газоразделительные блоки соединенные между собой, с патрубками входа, и отвода одного из потоков от каждого блока продуктов разделения, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительный блоков мембранный (патент US 4597777 В01D 53/22 1986).
Недостатками этих установок является низкое содержание целевого компонента в продуктовых потоках, низкая степень извлечения и большие энергозатраты.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение содержание целевого компонента, его степени извлечения в продуктовых потоках, а также снижение энергозатрат.
Поставленная задача решается в газоразделительном комплексе, включающий компрессор, газоразделительные блоки, расположенные последовательно и соединенные между собой, с патрубками входа, и отвода одного из потоков от каждого блока продуктов разделения, и трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой, при этом один из газоразделительный блоков мембранный, при этом другой газоразделительный блок - сорбционный, патрубок сбросного потока стадии регенерации, которого соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а патрубок отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком сброса некондиционного потока.
Газоразделительный комплекс также снабжен блоком управления и контроля основных рабочих параметров процесса разделения на базе промышленного логического контролера (ПЛК).
Принципиальная схема газоразделительного комплекса изображена на фиг.1 (схема)
Газоразделительный комплекс состоит из двух газоразделительных блоков - мембранного 1 и сорбционного 3, компрессора 8, с патрубками входа 4 с патрубками входа, и отвода одного из потоков продуктов разделения от каждого блока, трубопроводами 5, 6, 7, 9, 12, 14, 10, 11 с запорно-регулирующей аппаратурой 13, 15, 16, 17, 18 при этом блоки расположены последовательно и соединенные между собой,, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси на стадии регенерации сорбента сорбционного блока 3 соединен трубопроводом 6,7 с входным патрубком 9 компрессора 8 с образованием циркуляционного контура. Для отвода одного из потоков от каждого газоразделительного блока продуктов разделении установка снабжена трубопроводами 10, 11.
Газоразделительный комплекс предназначен для разделения воздуха на фракции методами селективного разделения на полимерных мембранах и/или газовой адсорбции (короткоцикловой). Такое сочетание двух методов мембранного и сорбционного с образованием циркуляционного контура позволяет обеспечивать высокую концентрацию и степень извлечения целевых компонентов в продуктовых потоках при малых энергозатратах.
3
3
Газоразделительный комплекс позволяет решать газоразделительные задачи производительностью до 1000 м/ч по целевому продукту (до 5000 м/ч перерабатываемого воздуха).
В качестве целевого компонента продуктового потока может быть фракция, обогащенная азотом и/или кислородом и/или осушенная фракция.
Газоразделительный комплекс работает следующим образом.
Исходная газовая смесь (воздух) по трубопроводу 9 с помощью компрессора 8 сжимается и под давлением последовательно подается на блок подготовки газа (БПВ) (на фиг. не указан), где происходит его охлаждение, очистка газовой смеси от паров масла, капельной влаги, твердых частиц и других вредных примесей, а также происходит стабилизация основных параметров газа (давления, температуры). Удаление конденсата из фильтров проводится в автоматическом режиме через конденсатоотводчики.
Из БПВ компрессированный воздух поступает на вход термостата (не показан), в котором он нагревается до температуры, соответствующей оптимальному режиму работы мембранного газоразделительного блока 1 (25-66°С - в сочетании с сорбционным блоком). Поддержание требуемой температуры термостата с электронагревательным элементом осуществляется с помощью промышленного логическим контролером (ПЛК).
Очищенная газовая смесь подается на блоки газоразделения, вначале на мембранный блок 1, где основным элементом является полимерная газоразделительная мембрана 2.
Проходя через мембранный блок 1 воздух разделяется на две фракции - проникший через мембрану 2 - поток 11 с повышенной (пермеат) и не проникший через мембрану 2 - поток 12 с пониженной концентрацией, например, кислорода. Пермеат сбрасывается через глушитель в атмосферу, а не проникший через мембрану поток 12 с регулировочным вентилем-дросселем 13 после выхода на заданный по концентрации режим под давлением поступает на вход 4 сорбционного блока 3.
Разделение воздуха в мембранном блоке происходит за счет различных коэффициентов проницаемости компонентов разделяемой смеси (в частности, азота и кислорода) через полимерную мембрану. Движущей силой мембранного процесса разделения является разность парциальных давлений газов на мембране.
Настройка рабочих параметров мембранного блока 1 производится с панели оператора, соединенной с ПЛК (промышленный логический контроллер) в зависимости от режимов работы всей установки и может быть изменена в процессе работы установки.
Контроль и управление концентрацией кислорода в потоке 12 осуществляется, например, через ПЛК или вручную.
После мембранного блока 1 воздух под давление поступает через входные патрубки 4 с электро (или - пневмо) клапанами - не показаны) в сорбционный блок 3, который может состоять из одного адсорбера с накопительным ресивером продукта или двух (и более) попеременно работающих адсорберов и буферную емкость (на фиг не показана) для сглаживания пульсации продуктового потока (например, азота).
В процессе адсорбции легко - и быстро - адсорбируемые компоненты смеси поглощаются адсорбентом, в то время как слабо - и медленно-адсорбируемые компоненты проходят через аппарат. Благодаря этому производится разделение газовой смеси. Адсорбент поглощает газ до достижения состояния равновесия процессов адсорбции и десорбции. Для продолжения процесса разделения адсорбент в адсорберах необходимо периодически регенерировать, что происходит путем сброса давления, через сбросной патрубок 5, и подачей по трубопроводу 6,7 на вход компрессора 8, либо путем повышения температуры в адсорберах и продувкой с дальнейшим сбросом через патрубок 5.
Обе разновидности процесса адсорбции протекают циклично, с чередованием фаз адсорбции и регенерации, с продолжительностью цикла порядка часов при десорбции нагревом или порядка минут - при регенерации - сбросах давления.. (PSA - короткоцикловых процессах).
Для повышения степени извлечения целевого компонента и сокращения времени выхода на рабочий режим газоразделительный комплекс снабжен патрубок 15, 10 отвода продукта сорбционного блока дополнительно снабжен патрубком 14 сброса некондиционного потока.
Во время выхода установки на рабочий режим некондиционный газ сбрасывается в атмосферу через электромагнитный клапан 16 и вентиль 18, по достижению требуемой концентрации целевого компонента контролируется датчиком целевого компонента (не показан) клапан 16 закрывается, а клапан 15 автоматически открывается. Вентиль 17 может в ручную отрегулирован на заданный расход азота(кислорода) или регулироваться в процессе с помощью исполнительно механизма с панели управления оператора.
Блок управления (панель оператора и контроля на базе ПЛК (на фиг. не указаны) осуществляет контроль основных параметров установки, визуализацию параметров и автоматическое управление установкой.