Способ разделения воздуха

ОПИСАНИЕИЗОБЕЕТЕНИЯК П АТЕ НТУ 1 п 47702 Сава Сееетсккк Сециалистическик Реслублик(33) Япония Государственный комитет Совета Министров СССР(53) УДК 661 965(088.8) Опубликовано 25.05.75. Бюллетень Ме 19 ло делам изобретений и открытийДата опубликования описания 26.08.75(72) Авторы изобретения Иностранцы Акира Тойяма, Йюкио Накако, Садайуки Наканиси и Хироету Мики(Япония) Иностранная фирма Кобе Стил Лтд,(Япония) ФЩЯ 3 ВЮГв,(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Изобретение относится к способу выделения кислорода из воздуха, в частности к способу разделения воздуха и выделения кислорода методом адсорбции с помощью адсорбента для удаления влаги, двуокиси углерода и азота, 5 содержащихся в воздухе. Предлагаемый способ - это способ разделения воздуха для непрерывного получения кислорода невысокой чистоты путем поглощения влаги и двуокиси углерода из воздуха поглотителями, снабжен ными двухслойными адсорбентами, а затем азота природным или синтетическим цеолитом.Известен способ выделения кислорода из воздуха адсорбционным методом с помощью 15 адсорбционной аппаратуры с неподвижным слоем адсорбента. В аппарате с неподвижным слоем размер адсорбера увеличивается пропорционально интервалу цикла адсорбция - регенерация. Если применяют регенерацию на греванием, то нагрев или охлаждение адсорбента занимает сравнительно много времени, цикл удлиняется, а размер аппаратуры увеличивается, что,приводит к затруднениям при сооружении аппаратуры большой производи тельности и удорожанию оборудования.Цель изобретения - сокращение цикла разделения воздуха по адсорбционному методу, состоящему из адсорбции, нагревания, регенерации и охлаждения; при этом количество ис пользуемого адсорбента снижается, а размер адсорбционного аппарата становится минимальным. Кроме того, цель изобретения - использование всего тепла адсорбции, генерируемого во время адсорбции, в виде теплоты десорбции; при этом, количество тепла, которое должно подводиться извне для регенерации, значительно уменьшается. Это достигается за счет подачи части продуктового кислорода низкой частоты в неподвижный слой в стадии регенерации адсорбента для поглощения влаги и двуокиси угле- рода с последующим выделением его в виде продуктового кислорода низкой частоты, за счет подачи остатка кислорода низкой частоты в неподвижный слой в стадии охлаждения адсорбента поглощения влаги и двуокиси углерода, а затем присоединения этой части к потоку кислорода низкой частоты, выходящему из адсорбента для адсорбции азота, и подачи азота, десорбируемого нз неподвижного слоя адсорбента адсорбции азота, находящегося в цикле регенерации после нагревания, в неподвижный слой адсорбента адсорбцин влаги и двуокиси углерода, находяш,ийся в стадии нагревания, а затем выброса его в атмосферу.На чертеже приведена схема установки разделения воздуха, в которой может быть реализован предлагаемый способ.Установка содержит блок для поглощения влаги и двуокиси углерода, который состоит из четырех групп обычных адсорберов 1 - 4 с неподвижным слоем адсорбента. Каждый адсорбер снабжен подводящей трубой 5 для воздуха, подводящей трубой 6 для нагретых газов, выводной трубой 7 для очищенного воздуха, выводной трубой 8 для продуктового газа, подводящей трубой 9 для продуктового газа и циркулирующего охлажденного газа, выводной трубой 10 для циркулирующего газа для охлаждения и выводной трубой 11 для нагретых газов, Между каждым адсорбером и трубами установлены электромагнитные вентили, которые соединены с таймером таким ооразом, что каждый адсорбер может непрерывно выводить влагу и двуокись углерода при повторении четырех циклов, т. е. адсорбции, нагревания, регенерирования и охлаждения. В качестве адсорберов 12 и 13 для азота применяют обычные адсорберы с неподвижным слоем, причем они включены так, что адсорбция и регенерация в вакууме происходят непрерывно с помощью комбинации электромагнитных вентилей, приводимых таймером,Разделение воздуха по предлагаемому способу происходит следующим образом.Природный воздух, содержащий влагу и двуокись углерода, после удаления из него пыли фильтром 14, поступает по трубе 15 в воздуходувку 16 для поднятия давления до необходимой для установки величины. Затем воздух через трубу 5 подают в один из адсорберов 1 - 4 для поглощения влаги и двуокиси углерода. Далее сырой воздух поступает в адсорбирующий слой, состоящий из двух слоев: слоя А поглощения влаги и слоя Б поглощения двуокиси углерода. Ббльшая часть влаги удаляется при прохождении через слой А; оставшаяся часть влаги и двуокись углерода удаляются при прохождении через слой Б. Когда адсорбционный слой поглотит 40 - 50% от емкости адсорбента по влаге, его переключают вентилем на нагревание в следующей стадии. Теплота адсорбции, выделяемая в слое сорбента, накапливается в слое адсорбента; очищенный воздух выходит при температуре, близкой к температуре входа,В стадии нагревания десорбируемый азот, нагретый в нагревателе 17, подают по трубе 6,в один из адсорберов 1 - 4. После нагревания части входной стороны слоев Б и А, удаления адсорбционного тепла, накопившегося в слое адсорбента, в секцию адсорбции влаги, образующуюся на входе воздуха в слой А, десорбции части адсорбировавшейся влаги и достижения почти такой же температуры, как и у сырого воздуха, одновременно с удержанием влаги и двуокиси углерода, азот выходит из установки. Ббльшая часть адсорбированной двуокиси углерода в адсорбционном слое Б во время этого процесса десорбируется, При дальнейшем переключении вентилей осуществляют регенерацию с помощью про 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 дуктового кислорода, поступающего по трубе 9. Регенерирующий поток идет через адсорбционный слой и дальше смещает высокотемпературную зону, образовавшуюся в адсорбционном слое за счет теплоты адсорбции в предыдущем цикле адсорбции при прохождении горячего десорбированного азота в стадии нагревания, в секцию поглощения влаги на стороне входа воздуха и регенерации адсорбента. Продуктовый кислород выходит из аппарата при почти такой же температуре, как и на входе воздуха, и содержит десорбированную,влагу и двуокись углерода. Адсорбционный слой после этого переводят на стадию охлаждения.В стадии охлаждения часть продуктового газа, подлежащего циркуляции в виде охлаждающего газа, поступает в адсорбционный слой, полностью удаляя высокотемпературную зону, сохранившуюся в адсорбционном слое. Во время этого процесса оставшаяся влага полностью десорбируется, и регенерацию и охлаждение адсорбционного слоя заканчивают. Охлаждающий газ выходит при сравнительно высокой температуре и содержит очень небольшое количество влаги. Этот газ охлаждают в холодильнике 18 после прохождения через трубу 10, с помощью воздуходувки 19 через трубу 21 подают в осушитель 20, а затем через трубу 9 - на охлаждение. Вследствие очень низкой относительной влажности этого охлаждающего газа, природный или синтетический цеолит пригоден в качестве осу шителя.Воздух, очищенный в адсорберах для поглощения влаги и двуокиси углерода,:подают по трубе 7 в один из адсорберов 12 или 13 с неподвижным слоем, конструкция которых аналогична конструкции адсорберов для поглощения влаги и двуокиси углерода. Каждый адсорбер снабжен набивкой из природного или синтетического цеолита, который может адсорбировать большее количество азота, чем кислорода при температуре, близкой к нормальной. При прохождении очищенного воздуха через адсорбирующий слой азот из воздуха поглощается, а оставшийся воздух обогащается кислородом, Этот воздух выводят в виде продуктового кислорода через трубу 9 и подают на регенерацию в адсорберы 1 - 4 для адсорбции влаги и двуокиси углерода, и наконец выводят в виде продуктового кислорода через трубу 8. С другой стороны, азот адсорбированный в адсорбционном слое азотного адсорбера, десорбируют адиабатически при пониженном давлении вакуум-насосом 22 и выбрасывают через трубу 23 на стадию нагрева в адсорберы для поглощения влаги и двуокиси углерода через трубу 24, нагреватель 17 и трубу 6, и наконец, выбрасывают, как ненужный азот, через трубу 11 в атмосферу. Кроме того, если требуется получение кислорода низкой чистоты без влаги и двуокиси углерода, то часть его можно отбирать из трубы 25.Таким образом, предлагаемый способ получения кислорода низкой чистоты обеспечивает следующие преимущества: Во-первых, в качестве аппаратов для поглощения влаги и двуокиси азота и аппарата для поглощения азота применяют обычные адсорберы с неподвижным слоем. Вследствие особенностей адсорбции и регенерации в аппарате для поглощения влаги и двуокиси углерода, цикл адсорбции, нагревания, регенерации и охлаждения может быть значительно сокращен; при этом количество адсорбента и размер аппаратов уменьшаются до менее /о от обычных и, кроме того, процесс может быть осуществлен непрерывно. Во-вторых, благодаря применению адсорбционных аппаратов непрерывного дей,ствия с неподвижным слоем схема потоков десьма проста; работа и ремонт при этом облегчены. В-третьих, поскольку выделяющаяся теплота адсорбции при поглощении влаги эффективно утилизируется для десорбции, для нагревания и регенерации требуется подводить извне только небольшое количество тепла. В-четвертых, поскольку продуктовый кислород и десорбированный азот не содержат влаги и двуокиси углерода и применяются в качестве регенерационного газа для адсорбента влаги и двуокиси углерода, стоимость расходуемой энергии значительно сокращается. И, наконец, ,в-пятых, поскольку высокотемпературная зона, образующаяся десорбируемым азотом, нагреваемым в процессе нагревания аппарата адсорбции влаги и двуокиси углерода, перемещается по адсорбирующему слою во время регенерации и охлаждениявлага и двуокись углерода могут быть полностью адсорбированы.Предмет изобретенияСпособ разделения воздуха, включающийудаление из воздуха влаги и двуокиси углерода, путем адсорбции на неподвижном адсорбенте для влаги и двуокиси углерода, где че редуются стадии адсорбции, нагревания, регенерации и охлаждения и последующее удаление из очищенного воздуха азота путем адсорбции на неподвижном адсорбенте для азота с получением кислорода низкой чистоты, 15 отличающийся тем, что, с целью сокращения времени осуществления полного цикла разделения и снижения количества используемого адсорбента, часть кислорода низкой чистоты подают в неподвижный слой адсорбен та для поглощения влаги и двуокиси углерода, находящийся в цикле регенерациями, и затем выделяют в качестве продуктового кислорода низкой чистоты, остаток кислорода низкой чистоты подают в неподвижный слой ад сорбента для поглощения влаги и двуокисиуглерода, находящийся в цикле охлаждения, после чего его присоединяют к кислороду низкой чистоты, выходящему из слоя адсорбента для адсорбции азота, а азот, десорбируемый 30 из неподвижного слоя адсорбента для поглощения азота, находящегося в цикле регенерации, после нагревания подают в неподвижный слой адсорбента для поглощения влаги и двуокиси углерода, находящийся в цикле нагре вания, и затем выбрасывают в атмосферу.. Бахтюков Составптел Корректо лова Хане Подписно Заказ 2275/1 ИИПИ Типография, пр. Сапунова, 2 Редактор А. Батыгин Изд.781сударственного комитетапо делам изобретенийМосква, Ж-З 5, Раушская Тираж 782Совета Министров Соткрытийнаб., д. 4/5