Способ получения обогащенного кислородом воздуха

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 01 О 53/04, С 3/3 5 ЗОБРЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Казанский химико-технологический институФ иМ. С.М.Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский институт геологиинерудных полезных ископаемых(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБОГАЩЕННОГО КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА(57) Изобретение относится к способам производства воздуха, обогащенного кислородом, используемого для проведения Изобретенйе относится к технологии разделения газовых смесей, а именно к способам производства воздуха, обогащенного кислородом, и может быть использовано для проведения различных окислительных процессов на предприятйях химической, нефтехимической, пищевой йромышленно-сти. для организации технологического дутья в доменных процессах; для проведения газопламенных работ, а также в меди- цине и биотехнологии.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ получения обогащенного кислородом воздуха, включающий адсорбцию азота иэ воздуха при комнатных температурах "в слое цеолитов, регенерацию цеолитов путем понижения парциального давления поглощейных компонентов,Недостаток способа заключается в небольшой производительности, низкой кон- . центрации кислорода и высоких затратах 1754181 А 1 2окислительных" процессов в химической, нефтехимической, пищевой промышленности, для организаций техйологйческого дутья в доменных процессах для проведе- ния газопламенных работ, в медицине и биотехнологии, и" иозволяет повысить производительность процесса, степень обо-, гащения продукта и снизйъ энергозатраты. Гранулированный природный туф, содержащий 50-95 мас% клиноптиломита, обрабатывают 5 - 15 мас,Д-ным раствором соли Со (И) или Ге (1 И), или Сг(Ю) при Т: Ж = 1: (1 - 10) в течение 3-60 с; причем обработку ведут при действии электрических импульсных разрядов с амплитудой 10-14 кВ и длительностью фронта (1-5) 10 с. 1 табл. энергии на получение 1 м обогащенноговоздуха,Целью изобретения является повышение производительности процессастепениобогащения продукта и снижение энергозатрат.Способ осуществляется следующим образом.Гранул ы цеолитсодержащего туфа с содержанием клинопткглолита 50-950 размером 2,0-2,5 мм с кремнеземным модулем(Я 02/А 20 з) равным 20 помещают в камерус двумя медными электродами типа "острие-плоскость", заполняют камеру 5-15%ным раствором солей кобальта или железа,или хрома при соотношении масс породы ираствора 1;1 - 1:10, после чего подвергаютсодержимое камеры обработке электриче-скими импульсами самплитудой 10-14 кВ идлительностью фронта 1 10 - 5 10 с.Обработку проводят в течейие 3-60 с. Источником электрических разрядов служитуниверсальный генератор с электронным управлением (УГ 3-4), предназначенный и использующийся для возбуждения атомных спектров при количественном эмиссионном спектральном анализе промышленных материалов. После обработки цеолит отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой на воронке Бюхнера и сушат в течение 3 ч при 150+20 С. Подготовленный таким образом цеолит помещают в адсорбер и пропускают через него атмосферный воздух, осуществляя его. обогащение кислородом за счет преимущественной сорбции цеолитом азота, Концентрацию кислорода в выходящем потоке газа фиксируют с помощью кислородного газо- анализатора марки ММГ,П р и м е р 1, Гранулы цеолитсодержащего туфа с содержанием клйноптилолита 50% размером 2,0-2,5 мм с кремнеземным модулем 20; помещали в камеру с-деумя медными электродами типа "острие-плоскость", заполняли камеру 8%-ным раствором (Со(НОЗ)з), при соотношении масс йороды и раствора 1;5, после чего содержимое камеры подвергали обработке на УГЭэлектрическйми импульсными разрядами с амплитудой 12 кВ и длительностью фронта 3 1 О .с, Продолжительность обработки составляла 30 с, Послеобработки цеолит отделяли от раствора, промывали дистиллированной водой на воронке Бюхнера и сушили в течение 3 ч при 150 ОС.Подготовленный таким образом Неолит помещали в лабораторную адсорбционную установку с колонками (адсорбер-десорбер) высотой 0,6 м и диаметром 0,08 м, Высота слоя цеолита составляла 0,58 м. Адсорбцию азота на цеолите осущестьляли при давлении 3 атМ, регенерацию - снижением давления до 0,75 атм. Продолжительйостьстадий адсорбция-десорбция 13 с.Аналогичным образом осущеСтвляли обогащение воздуха кйслородом цеолита с содержанием клиноптилолитз 45 и 90%.Обогащение воздуха кислородом осуществляли также клиноптилолитом, обработанным в растворе Со(МОз)з 5,15,4 и 16%-ной концентрации,Обогащение воздуха кислородом осуществляли клиноптилолитом, обработанным в 8%-ном растворе Со(ЙОз)з при соотношений масс породы и раствора 1:1 и 1:10. Обработка клиноптилолита при соотн ошении масс породы и раствора менее чем 1:1 невозможна вследствие неполного смачивания всей массы породы. а более чем 1:10 нецелесообразна вследствие большого избытка раствора, Обогащение воздуха кислородом осуществляли клиноптилолитом после обработки в течение 3,60,2 и 62 с. Обогащение воздуха кислородом осуществляли клиноптилолитом после обработки электрическими импульснымиразрывами амплитудой 10,14,8 и 15 кВ. Обогащение воздуха кислородом осуществляли клиноптилолитом после обра 10 ботки электрическими импульсными 20 отношении масс породы и раствора 1: 5 и,перемешивая, проводили обработку в тече ние 30 с (без наложения электрических импульсных разрядов), После обработки цеолит отделяли от раствора, промывали дистиллированной водой на воронке Бюхнера и сушилй в течение 3 ч при 150 С Условия испытаний обработанного таким образом клиноптилолита на короткоцикловой адсорбционной установке 30 аналогичны описанным в примере 1 Результаты йспытаний представлены в. таблице, вариант 22.П р и м е р 3, Гранулы цеолитсодержащего туфа с содержанием клиноптилолита 35 50% и размером 2.0-2,5 мм с кремнеземным модулем 20 испытывали на адсорбционной установке, не подвергая цеолит предварительной обработке в растворе, Условия испытаний цеолита аналогичны 40 описайным в примере 1 Результаты испытаний представлены втаблице, вариант 23. П р и м е р 4, Гранулы цеолитосодержащего туфа с содержанием клиноптилолитз 50% и размером 2,0-2,5 мм с кремнеземным модулем 20 помещали в камеру с двумя медными электродами типа "острие-плоскость", заполняли камеру 10%-ным раствором Ре(МОз)з при соотношении масс породы и 50 раствора 1: 7, после чего содержимое камеры подвергали обработке на УГЭэлектрическими импульсными разрядами с амплитудой 13 кВ и длительностью фронта 4 10 с. После обработки цеолит отделяли,55 промывали дистиллированной водой на воронке Бюхнера и сушили в течение 3 ч при 150 фС.Условия исйытзйий обработанного таким образом цеолита на адсорбционной ус.", разрядами амплитудой 12 кВ и длительностью фронта 1 10; 5 10; 9 10 и 8 х х 10 с, Результаты опытов представлены в-4таблице,15 П р и м е р 2. Гранулы цеолитсодержащего туфа с содержаниемклиноптилолитз 50% и размером 2,0-2,5 мм с кремнеземным модулем 20 помецали в камеру, заполняли ,:.камеру 8%-ным раствором Со(ИОз)э при со1754181 Анализи емые ха кте истики Условия об аботки еолита Пример Длительность фронта импульса 10 сЗатраты энергии на 1 м обогащенного Возха, квт,ч Произво- дительность, м /ч.обо- гащенного воз а Концентрация кислорода в обогащенном воздухе, об. Содержание клин оптилолита в туКонцентрация раствора, мас. Продолжительность обработ. ки породы,с Амплитуда электрических импульсое, кВ. 76 45 98 72 76 76 68 70 76 "5468 "74 70 0,6 0;г 0,6 о,б 0,6 0,4 0,4 0,6 О,б о,э 0,4 о,б 0,6 о,б о,б 0.2 0.4 0,1 о,э 0,2 о,э 0,2 о,э 0,2 о,э 0,2 о,э о,з о,э о,э о,э о,э з з з з з з э з з з з з э з з з э 16 1.6 1:6 Г:6 1:5 1:5 .1:5 1:5 1 П 0 :5 1:5 1:5 1;5 1:5 1:5 1:6 1;5 Зо Зо Зо Зо Зо Зо зо Зо Эо з 60 2 62 Зо Зо Э,о Эо 12 12 1 г 1 г 12 12 1 г 12 12 12 12 12 12 14 15 2 з 4 б 645 90 50 50 60 50 50 50 50 50 50 .60 60 50 50 в в в 5 15 4 16 в 8 8 6 6 8 8 8 6 6 тановке аналогичны описанным в приме- ре 1.Результаты испытаний представлены в таблице. вариант 24.П р и м е р 5. Гранулы цеолитсодержащего туфа с содержанием клиноптилолита 50% размером 2,0-2,5 мм с кремнеземным модулем 20 помещали в камеру, заполняли камеру 12%-ным раствором СгСэ при соотношении масс породы и раствора 1.8, после чего содержимое камеры подвергали обработке на УГЭэлектрическими импульсными разрядами с амплитудой 14 кВ и длительностью фронта 2 10 4 с, Продолжи-. тельность обработки составляла 20 с, После обработки цеолит отделяли от раствора, промывали дистиллированной водой на воронке Бюхнера и сушили в течение 3 ч при 150 С,Условия исйытаний обработанного та.- ким образом цеолита на сорбционной установке аналогичны описанным в примере 1,Результаты испытаний представлены в таблице, вариант 25.Как видно из таблицы, использование необработанного цеолитсодержаЩего туфа с содержанием клиноптилолита 50% (пример 23) не позволяет получать воздух с высоким содержанием кислорода; Концентрация кислорода в потоке воздуха при этом повышается с 21% в исходном до 26%, что значительно ниже, чем в известном способе, Обработка природного туфа в растворе Со(НОЗ)з без наложения электрическихх импульсн ых разрядов (и ример 22), позволяет поднять концентрацию кислорода в обогащенном воздухе до 32%, что также значительно ниже, чем по прототипу.- Обработка же цеолитсодержащего туфа с содержанием клиноптилолита 50% в растворах солей кобальэа, железа и хрома при наложении электрическйх импульсйых разрядов позволяет получать поток воздуха с содержанием "кислброда 74-78% при одновременном повышении производительно сти установки более чем в 6-7 раз иснижении энергозатрат в 2,5 раза по сравненио с прототипом.Обработка клиноптилолита при содержании его в породе 90% позволяет получать 10 поток воздуха с концентрацией кислорода98% при повышении йроизводительности процесса в 10 раз и снижении энертозатрат в 5 раз по сравнению с прототипом;Оптимальными условиями обработки 15 цеоаитсодержащего туфа с содержаниемклиноптилолита 50-95% являются растворы солей кобальта, железа и хрома 5-15% концентрации; соотношение масС породы и раствора 1;1 - 1:10, продолжительность об работки 3 - 60 с; электрические импульсныеразряды амплитудой 10-14 кВ и длительностью Фронта 1 10 4-5 10 4 с,ф о рмул а изобретения 25 Способ получения обогащенного кислородом воздуха, включающий контактирование воздуха со слоем цеолита при комнатной температуре, отделение продукта, о т л и ч а ю "щ" и й с я тем, что, с целью 30 повышения производительности .процесса,степени обогащения продукта и снижения энергозатрат, в качестве цеолита используют гранулированный природный туф, содержащий 50 - 95 мас.% клиноптилолита, 35 предварительно обработанный 5-15 мас.%ным раствором соли Со (П) или Ее(Н), или Сг(В) при Т: Ж = 1:(1-10) в течение 3-60 с, причем обработку ведут при действии элек- трических импульсных разрядов с амплиту дой 10-,4 кВ и длительностью фронта (1 - 5)хх 10 4 с.1754181 Продолжение таблицы оставитель Н. Ереминехред М.Моргентал Корректо Бокарева Н, Слободяни акт водственно-издательский комбинат "Патейт", г. Ужгород, ул. Гагарина. 10 Заказ 2810 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5