Способ разделения воздуха
Иллюстрации
Реферат
(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено20.05.74 (21) 2025984/26 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (43) Опубликовано25.08.76.Бюллетень № 31 (45} Дата опубликования описания 09.11.76 (51) М. Кл.
В 01 д 53/02
25 3 3/04
Гасударственный номнтет
Спавта Мнннстраа СССР по делам нзпйретеннй н птнрытнй (5З) ДК 621.59 (088.8) (72) Авторы Г. И. Воронин, A М. Архаров, М. М. Дубинин, В. B Серпинский, изобретения
В. С. Никифоров, И. А. Калинникова, Н. А. Федо:еева и Ю. В. Никифоров (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВО3ДУ
Изобретение относится к способам разделения воздуха для получения чистых газов — кислорода и à —îòà,,и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, пищевой промышленностей, B медицине и металлургии„
Известны способы разделения воздуха, использующие процессы физической сорбции и в качестве сорбентов различные молекуggpk7+Jp (; «„ f Q — приводные и синтетиче кий цеолиты. Воздух разделяют цикличной адсорбцией одного из компонентов предварительно осушенного и охлажденного воздуха на неолитах, охлажденных до низких температур 220 - „170оК, с частичной компенса- l5 цией теплоты адсорбции теплотой десорбции с последующей вакуумной откачкой десорбата и получением B качестве продукта потока неадсорбированных газов, обогащенного кислородом от 28 до 93roî, 2Î
Зтими способами воздух разделяют за счет преимущественной адсорбции азгта из потока воздуха. Однако, как известно, все сорбенты всегда сорбируют наряду с азотом и кислород в какойго степени. Это 25 обстоятельство приводит к тому, что, вопервых, выход получаемого продукта — отношение количества кислорода, поступающего в колонну, к количеству кислорода, выходящего с продуктом — всегда меньше единицы. Во-вторых, эти способы практически не позволяют получить продукт с содержанием кислорода выше 8 "ю
Цель изобретения — повышение чистоты получаемых продуктов разделения воздуха и повышение выхода кислорода.
Для этого предлагают кислород из потока воздуха адсорбировать на цеолите иаА, о охлажденном до 80-100 К, с отбором начальной порции десорбата, содержащей примесь азота.
На чертеже =хематически изображена установка для разделения воздуха, работающая по описываемому 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, вымораживате3 ли 7 и 8 влаги, влагоотделитель 9, вакуумный насос 10, 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 тепло- 16 обменник 5, где он охлаждается до 275 К о потоком азота, выходящим из установки.
Сконденсировавшаяся при этом влага отделяется во влагоотделителе 9, Далее, поток воздуха поступает в вымораживатель 7, где охлаждается до 210 К обратным потоком о азота, который проходит по встроенному змеевику. Вымораживатели 7 и 8 представляют собой теплообменники, заполненные теплоемкой массой, например каменной наЩ садкой. При охлаждении воздуха в вымораживателе 7 выделяющаяся влага оседает в виде льда на поверхности холодной насадки.
Осушенный 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 по гоке воздуха адсорбируется микропорами неолита RolA„, и из адсорбера 2 выходит охлажденный поток азота с аргоном; который направляется через клапан 36 в теплообменник 3, после которого через клапан 21 азот с аргоном поступают в змеевик вымораживателя 7. Нагретый до температуры — 270 К поток азота затем поступает через клапаны
16 и 24 в вымораживатель 8, в котором азот увлажняется, осушая поверхность pere- @ неративной теплоемкой насадки, и охлаждается до температуры 220 К. Затем, минуя клапан 33, азот с аргоном направляются в теплообменник 5 предварительного охлаждения воздуха. Из теплообменника 5,,ц азот с аргоном, нагретые до 300 К, при давлении 1,6 атм отводятся из установки.
Десорбционный режим. После адсорбционного режима адсорбер и работающий с ним 5Q в паре вымораживатель переключаются на десорбционный режим. Причем в то время, как один адс орбер с вым ораживателем работают в адсорбционном режиме, другой адсорбер с соответствующим вымораживателем работают 55 в десорбционном режиме. Режим начинается со сброса давления в адсорбере 1, змее вике вымораживателя 8, которые соединяютcs с балластной емкостью 12 открытием клапанов 30, 29 и 14. При сбросе давление в адсорбере 1 падает до = 0,5 а м, после чего клапаны 14 и 9 закрываются, а 13 и 27 открываются, и вакуумный насос
10 начинает откачивать из адсорбера 3 geсорбирующий с цеолита газ и нагнетать er o через газоанализатор 11 в балластную емкость 12, Как только концентрация кислорода в потоке десорбированного газа достигнет заданной величины, газоанализатор
11 закроет клапан 13 и откроет 28, через который кислород поступает в льмио потребителя или íà хранение.
При этом режиме происходит-также охлаждение теплоемкой насадки вымораживателя 8 и обратного потока азота, проходящего через этот вымораживатель, потоком десорбированного кислорода. В конце десорбционного режима давление газа в Q лс опбеце ч зм« еви
Ке вымораживателя < ловьппается подсоеди
HeHHeM Bx K балластной см «3c B 12 через клапаны 14 и 29„
Поскольку азот е аргон адсопбируются температ «оа",", «, -,, f,: :,« : >p в". еш ней повеохностр коисталлов :< г«;,т-л проди тайас„то адсорбированное к. личество азоTG и аргона составляет соть1e дохп от объема микропор цеолита и, следавател"=но„oT поглощенного Kjo opo „r рудно бируемые газы, азот и аргон, первыми десорбируют, поэтому отбирая начальную пор-. цию десорбировавших газов. сог:ержящую азот и аргон, в балластную емксх-ть 12, можно получать кислород î <с»ь- высокой чистоты (до 99,94) при малых ую;-.ерях его в цикле
Формула изобретения
Способ разделения воздуха путем цикличной адсорбции одного из компонентов предварительно осушенного и охлажденного воздуха на цеолитах, охлажденных до низких температур, с части ц ой компенсацией теплоты адсорбции теплотой десорбции с последующей вакуумной откачкой десорбата, отличающийся тем,что,сцелью повышения чистоты получаемых продуктов разделения воздуха и повышения выхода кислорода, кислород адсорбируют на цеолитах йо Р, охлажденных до температуры 85— о
100 К с отбором начальной порции десорбата, содержащей примесь азота.
Составитель N. Калинникова
Редактор В. Дибобес Техред Г. Родак Корректор Т. Кравченко
Заказ 5227/462 Тираж 864 Подписное
ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открь:.тий
113035, Москва, Ж-35, Раушскаы наб., д. 4t5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4