Установка воздухоразделительная гибридная
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.
Для повышения содержания целевого компонента при разделении смеси газов, его степени извлечения в продуктовых потоках, а также снижение энергозатрат, обеспечивается на установке воздухоразделительной гибридной.
Установка включает компрессор, газоразделительные блоки, расположенных 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 газоразделительный блок мембранный, а другой газоразделительный блок - сорбционный и выполнен в виде не менее двух параллельно расположенных адсорберов, соединенных между собой трубопроводами, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси сорбционного блока соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а адсорберы заполнены твердым сорбентом, а также дополнительным мембранным блоком и нагревателем. 2 з.п. 3 фиг.
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 на установке воздухоразделительной гибридной, включающей компрессор, газоразделительные блоки, расположенных 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 газоразделительный блок мембранный, а другой газоразделительный блок - сорбционный и выполнен в виде не менее двух параллельно расположенных адсорберов, соединенных между собой трубопроводами, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси сорбционного блока соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а адсорберы заполнены твердым сорбентом.
Кроме того, установка оснащена дополнительным мембранным блоком, вход которого соединен с патрубком отвода продукта разделения сорбционного блока, при этом мембранный блок имеет патрубки отвода, при чем патрубок проникшего через мембрану потока соединен с выходами обеих адсорберов.
А также, установка дополнительно оснащена нагревателем с патрубками входа и выхода, при этом он установлен между газоразделительными блоками, а входной патрубок нагревателя соединен с входным патрубком в сорбционного блока, а выходной - с выходами адсорберов сорбционного блока.
Установка также снабжена блоком управления и контроля основных рабочих параметров процесса разделения. Принципиальная схема установки изображена на фиг.1 (схема)
Установка воздухоразделительная гибридная состоит из двух газоразделительных блоков - мембранного 1, 2 и сорбционного и выполненного в виде не менее двух параллельно расположенных адсорберов 3, 4, компрессора 5, при этом блоки расположены последовательно и соединенные между собой, с патрубками входа 6, 7, трубопроводом с запорно-регулирующей аппаратурой 8. Адсорберы соединены между собой трубопроводами 9, 10, 11, 12, 13, 19, 21, 22, и имеют трубопровод с запорно-регулирующей аппаратурой 23, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси сорбционного блока 13 соединен трубопроводом 14 с входным патрубком компрессора 6 с образованием циркуляционного контура, а так же манометры 15 и 16. Для отвода одного из потоков от каждого газоразделительного блока продуктов разделении установка снабжена трубопроводами 24, 25, Адсорберы 3 и 4 заполнены твердым сорбентом, (фиг.1)
Кроме, установка оснащена дополнительным мембранным блоком 26, вход которого соединен с патрубком отвода 24 продукта разделения сорбционного блока, при этом мембранный блок имеет патрубки отвода 27, 28, запорно-регулирующей аппаратурой 29, при чем патрубок 27 проникшего через мембрану потока соединен с выходами обеих адсорберов. (фиг.2)
Установка дополнительно оснащена нагревателем 30,с патрубками входа 32 и выхода 33, при этом он установлен между газоразделительными блоками, а входной патрубок 32 нагревателя соединен с входным патрубком 33 в сорбционного блока, а выходной 33 (после регулятора давления (на схеме не показан) - с выходами адсорберов сорбционного блока. (фиг.3)
Установка предназначена для разделения воздуха на фракции методами селективного разделения на полимерных мембранах и/или газовой адсорбции (короткоцикловой). Такое гибридное 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.
Установка воздухоразделительная гибридная обеспечивает производительность до 1000 м3 /ч (до 5000 м3/ч перерабатываемого воздуха).
В качестве продукта (продуктового потока) может быть фракция, обогащенная азотом и/или кислородом и/или осушенная фракция.
Установка работает следующим образом.
Исходная газовая смесь (воздух) по трубопроводу 6 с помощью компрессора 5 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 конденсатор отводчики.
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 измерителем-регулятором температуры по сигналу с датчика температуры.
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 - с повышенной (пермеат) 25 и пониженной 7 концентрацией кислорода. Пермеат сбрасывается через глушитель в атмосферу, а не проникший через мембрану поток 7 с регулировочным вентилем-дросселем 8 после выхода на заданный по концентрации режим под давление поступает на вход сорбционного блока.
Разделение воздуха в мембранном 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 в зависимости от режимов работы всей установки на панели оператора блока управления и может изменяться в процессе работы установки.
Контроль концентрации кислорода в потоке 7 осуществляется, например, датчиком кислорода или анализатором.
После мембранного блока 1 воздух под давление поступает через входные патрубки с электро (или - пневмо) клапанами 9, 10, 11, 12 в сорбционный блок, который включает два попеременно работающих адсорбера 3 и 4 с манометрами 15 и 16 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 каждом адсорбере 3 и 4 необходимо периодически регенерировать, что происходит путем сброса давления, через сбросной патрубок 13, и подачей по трубопроводу 14 на вход компрессора 5, либо путем повышения температуры и продувкой с дальнейшим сбросом через патрубок 13.
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). При разделении адсорбцией с непрерывным выходом продукта приходится задействовать не менее двух адсорберов, один из которых находится в фазе адсорбции, когда другой регенерируется.
При необходимости получения (какого то газа) установка оснащается дополнительным мембранным блоком 26, где происходит доочистка целевого компонента.
Для сокращения времени регенерации и повышения степени извлечения целевого компонента часть потока, не проникшего через мембрану 2 мембранного блока 1 подается по патрубку 31 с регулировочным дросселем 32 на нагреватель 30, выходной патрубок 33, (после регулятора давления (на схеме не показан) которого соединен с трубопроводом 19 на котором расположен дроссель 20. По этому патрубку 19, в процессе работы сорбционного блока 2, часть продуктового газа из одного адсорбера подается в другой адсорбер во время его фазы регенерации.
Блок управления и контроля (на фиг.1 не указан) осуществляет контроль всех основных параметров установки, визуализацию параметров и автоматическое управление установкой.
1. Установка воздухоразделительная гибридная, включающая 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, отличающаяся тем, что другой газоразделительный блок - сорбционный и выполнен в виде не менее двух параллельно расположенных адсорберов, соединенных между собой трубопроводами, при этом патрубок сбросного потока газовой смеси сорбционного блока соединен трубопроводом с входным патрубком компрессора с образованием циркуляционного контура, а адсорберы заполнены твердым сорбентом.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена дополнительным мембранным блоком, вход которого соединен с патрубком отвода продукта разделения сорбционного блока, при этом мембранный блок имеет патрубки отвода, причем патрубок проникшего через мембрану потока соединен с выходами обеих адсорберов.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно оснащена нагревателем с патрубками входа и выхода, при этом он установлен между газоразделительными блоками, а входной патрубок нагревателя соединен с входным патрубком сорбционного блока, а выходной - с выходами адсорберов сорбционного блока.
