СИСТЕМА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА СОВМЕЩЕННОГО ТИПА ДЛЯ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ ПРОСТРАНСТВ
COMBINED SYSTEM OF ELECTROCHEMICAL AIR REGENERATION FOR SEALED PREMISES

Изобретение относится к области химического разделения, выделения и очистки газов для восстановление нормального химического состава воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др. и может найти применение в системах регенерации воздуха в герметизированных помещениях, химической, космической и других отраслях промышленности,
Известен способ электрохимического отделения кислых газов по патенту РФ №2092232 (опубл. 10.10.1997), в соответствии с которым отделение кислых газов из смеси производят разделением электролита на анолит и католит с различными рН, абсорбцией кислых газов католитом с последующей десорбцией анолитом, при этом один из электродов электролизера деполяризуют газом с выделением того же газа на другом электроде, а в качестве газа-деполяризатора используют водород или кислород.
Известный способ реализуется системой, включающей блоки электролиза, абсорбции и десорбции. При этом в абсорберы подают католит и исходную смесь газов, а в десорбер подают анолит и католит с продуктами абсорбции с последующим смешением анолита и католита в десорбере. Десорбцию отделяемого газа производят в электролизере, снабженном газонепроницаемым сепаратором, отделяющим область десорбции газа от электрода.
Недостатком известного способа и системы, его реализующей, является утечка водорода, что ведет к загрязнению им атмосферы, и, соответственно, появление дисбаланса по водороду в электрохимическом блоке, поэтому необходимо иметь дополнительный источник водорода.
Известна система электрохимической регенерации воздуха совмещенного типа для помещений, предназначенная для выработки газообразного кислорода и поглощения двуокиси углерода из окружающего воздуха (см., например, А.Е.Аврущенко, А.Ф.Новиков, В.И.Френкель «Системы электрохимической регенерации воздуха атомных подводных лодок», издательство «Русская история», Москва, 2002).
В этой системе католит из блока электролиза направляется через систему дроссельных шайб непосредственно на орошение в блоки абсорбции: основной блок большой производительности и дополнительные блоки меньшей производительности, в том числе разнесенные в разные помещения. Однако такая схема имеет серьезный недостаток. Отключение одного или нескольких дополнительных блоков абсорбции, соединенных по известной схеме, может привести к превышению уровня католита в водородной колонке, что в свою очередь приводит к нарушению режима работы блока электролиза и отключению системы регенерации воздуха.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы системы, в частности, за счет исключения возможности отключение всей системы регенерации воздуха при сбоях или отключении одного или нескольких блоков абсорбции.
Заявленный технический результат достигается тем, что система электрохимической регенерации воздуха совмещенного типа для герметизированных пространств, содержащая предназначенный для выработки газообразного кислорода блок электролиза, содержащий электролизер для получения кислорода и водорода, разделительные кислородную и водородную колонки и фильтры; блок десорбции для выделения двуокиси углерода; узел абсорбции для поглощения двуокиси углерода из окружающего воздуха, состоящий из основного блока абсорбции со сборным баком и дополнительных разнесенных блоков абсорбции, например, размещенных в разных помещениях; включает распределительный блок для приема католита из блока электролиза и дальнейшей его подачи насосом на орошение в основной и дополнительные блоки абсорбции, с возможностью регулировки расхода католита в зависимости от его уровня в распределительном блоке. При этом электролизер анолитной линией связан с входом в кислородную разделительную колонку, выход из которой соединен с блоком десорбции, выход из которого соединен со сборным баком основного блока абсорбции, выход кислорода через кислородный фильтр соединен газовым входом с блоками абсорбции; католитной линией электролизер связан с входом в водородную разделительную колонку, выход из которой соединен со входом распределительного блока, выход которого соединен с дополнительными блоками абсорбции через пакеты дроссельных шайб, а с основным блоком абсорбции через регулятор расхода католита; выходы католита из блоков абсорбции соединены со сборным баком основного блока абсорбции, который также соединен со входом электролизера.
Кроме того, система может быть снабжена установкой каталитической переработки водорода и двуокиси углерода в метиловый спирт, установленной на выходе водородно-углекислотной смеси, которая предотвращает выброс газообразных продуктов во внешнюю среду.
Сущность заявленного технического решения поясняется на фиг.1, где представлена функциональная схема работы системы.
Система регенерации воздуха содержит блок электролиза 1, включающий электролизер 2 для получения кислорода и водорода, разделительные кислородную 3 и водородную 4 колонки, фильтры кислородный 5 и водородный 6; блок десорбции 7 для выделения двуокиси углерода; основной блок абсорбции 8, имеющий сборный бак 9, и дополнительные разнесенные блоки абсорбции 10, для поглощения двуокиси, в том числе в разных помещениях; блок распределительный 11 для приема католита из блока электролиза и дальнейшей его подачи на орошение в основной блок абсорбции 8 через регулятор 12 расхода католита в дополнительные блоки 10. На выходе водородно-углекислотной смеси размещена установка 13 каталитической переработки водорода и двуокиси углерода в метиловый спирт.
Система работает следующим образом.
Анолит из электролизера 2 вместе с кислородом в виде газожидкостной эмульсии поступает в кислородную разделительную колонку 3, где освобождается от кислорода и поступает в блок десорбции 7. В блоке десорбции происходит нагрев и термическое разложение анолита с выделением двуокиси углерода.
Из блока десорбции 7 анолит поступает в сборный бак 9 основного блока абсорбции 8.
Кислород из разделительной колонки 3, пройдя фильтр кислородный 5, смешивается с воздухом, подаваемым вентиляторами из помещений, и поступает в блоки абсорбции 8 и 10, где очищается от двуокиси углерода.
Водород, образующийся в электролизере 2, вместе с католитом в виде газожидкостной эмульсии поступает в водородную разделительную колонку 4, отделяется от жидкости и, пройдя фильтр водородный 6, смешивается с двуокисью углерода, выходящей из блока десорбции 7.
Католит из водородной разделительной колонки 4 направляется в блок распределительный 11, откуда насосом подается в блоки абсорбции 8 и 10.
При этом подача католита в дополнительные блоки абсорбции 10 осуществляется через пакеты дроссельных шайб, обеспечивающих постоянный расход католита, а подача католита в основной блок абсорбции осуществляется через регулятор 12, обеспечивающий регулирование расхода в зависимости от уровня католита в распределительном блоке 11.
Регулятор может быть, например, выполнен в виде мембранного регулятора перепада давления «до себя», у которого задающая полость соединена с задающим сосудом, размещенным в распределительном блоке и поддерживающим постоянное давление в этой полости, а управляющая полость соединена с распределительным блоком, что обеспечивает изменение давления в управляющей полости в зависимости от уровня католита в распределительном блоке. Управляющая и задающая полости регулятора разделены мембраной, связанной с устройством, регулирующим расход католита, подающегося в основной блок абсорбции.
При отключении одного или нескольких дополнительных блоков абсорбции уровень католита в блоке распределительном начинает повышаться, что приводит к увеличению давления католита на управляющую полость регулятора уровня жидкости и его мембрану. Мембрана начинает перемещаться, увеличивая расход католита в блок абсорбции основной через регулирующее устройство, т.е. основной блок абсорбции принимает на себя нагрузку от отключенных дополнительных блоков абсорбции.
Отработанный в блоках абсорбции католит насосами подается в сборный бак 9 основного блока абсорбции 8.
Таким образом, в сборном баке основного блока абсорбции вновь образуется исходный электролит, который насосом подается в электролизер 2.
Очищенный от двуокиси углерода и обогащенный кислородом воздух подается в герметизированные помещения.
Смесь водорода и двуокиси углерода подается в установку каталитической переработки 13, где перерабатывается в жидкий метиловый спирт, таким образом, предотвращая выброс газообразных продуктов во внешнюю среду.