CZ30298A3 - Způsob dělení plynných směsí střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži - Google Patents

Způsob dělení plynných směsí střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži Download PDF

Info

Publication number
CZ30298A3
CZ30298A3 CZ98302A CZ30298A CZ30298A3 CZ 30298 A3 CZ30298 A3 CZ 30298A3 CZ 98302 A CZ98302 A CZ 98302A CZ 30298 A CZ30298 A CZ 30298A CZ 30298 A3 CZ30298 A3 CZ 30298A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
adsorber
pressure
product
adsorption
oxygen
Prior art date
Application number
CZ98302A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Reiss
Bruno Hees
Robert Wolter
Original Assignee
Bayer Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Aktiengesellschaft filed Critical Bayer Aktiengesellschaft
Publication of CZ30298A3 publication Critical patent/CZ30298A3/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/053—Pressure swing adsorption with storage or buffer vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/25—Coated, impregnated or composite adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40013—Pressurization
    • B01D2259/40016—Pressurization with three sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40028—Depressurization
    • B01D2259/4003—Depressurization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40028—Depressurization
    • B01D2259/40032—Depressurization with three sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40052—Recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40077—Direction of flow
    • B01D2259/40081—Counter-current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/414—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents
    • B01D2259/4141—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents within a single bed
    • B01D2259/4145—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents within a single bed arranged in series
    • B01D2259/4146—Contiguous multilayered adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0473—Rapid pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

ZPŮSOB DĚLENÍ PLYNNÝCH SMĚSÍ STŘÍDAVOU TLAKOVOU ADSORPCÍ V
ADSORBÉROVÉM SYSTÉMU SE DVĚMA LOŽI
Oblast techniky
Vynález se týká zlepšeného, zjednodušeného a energeticky málo náročného způsobu adsorpčniho dělení směsi plynů, zejména vzduchu, pomocí anorganického adsorpčniho prostředku, zejména zeolitového molekulárního síta, střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži.
Dosavadní stav techniky
Adsorpčni dělení směsí plynů střídavou tlakovou adsorpcí je známo již více než 20 let, přičemž byly vyvinuty četné oddělovací procesy. Všechny způsoby však spočívají v tom, že podíl plynu z plynné směsi (surového plynu), který má vyšší afinitu k adsorpčnímu prostředku, zůstává v takzvaném adsorpčním v adsorbéru, a méně adsorbéru, plněného
Desorpce adsorbované kroku na povrchu adsorpčniho prostředku silně adsorbované složky se mohou z adsorpčním prostředkem, odtahovat.
fáze se dosahuje snížením tlaku po adsorpčním kroku a popřípadě navíc promýváním adsorpčniho prostředku části méně silně adsorbovaného plynu. Snižuje-li se tlak přibližně na okolní tlak nebo na tlak poněkud vyšší než je okolní tlak, hovoří se o PSA-systémech (PressureSwing-Adsorption). V případě snižování tlaku pomocí vývěvy na tlak nižší než je okolní tlak se hovoří o VSA-systémech
Λ · (Vacuum-Swing-Adsorption). Také zde se adsorpčni prostředek popřípadě navíc promývá části méně silně adsorbovaného plynu. Nastávají také případy, kdy se může od promývání upustit, zejména například při obohacování vzduchu kyslíkem pomocí zeolitových molekulových sít. Způsoby s přetlakovou adsorpcí a vakuovou desorpcí se označují jako PVSA (Pressure-Vakuum-Swing-Adsorption) ·.
Tlak uvedený v popisu následujících provedení v jednotkách bar je vyjádřen jako přetlak proti okolnímu tlaku, podtlak uvedený v jednotkách mbar je vyjádřen v absolutních hodnotách.
Provádí-li se adsorpce přibližně při tlaku okolí, tzn. při například -0,05 až 0,1 bar, a desorpce při podtlaku například 100 až 400 mbar (abs.), hovoří se o VSA-procesu. Po desorpčním kroku se vždy provádí zaplnění adsorpčního prostředku plynem na tlak adsorpčního kroku, v případech PSA-adsorpce méně silně adsorbovaným plynem nebo surovým plynem nebo oběma zároveň. V případě VSA-techniky se zaplnění provádí méně silně adsorbovaným plynem.
Výše uvedené oddělovací procesy jsou proto rozděleny do tří kroků: adsorpce (oddělování), desorpce (se snížením tlaku) a nové zaplnění (s natlakováním) , takže pro plně kontinuálně pracující PSA-proces nebo VSA-proces jsou nezbytné tři adsorbéry.
Pro snížení investičních nákladů jsou již delší čas běžné také VSA-systémy se dvěma adsorbéry a jedním bufrem. Protože i v tomto případě sestává adsorpčni proces ze tří stupňů, adsorpce, evakuování, a plnění na adsorpčni tlak, ale jsou k dispozici jen dva adsorbéry, přecházejí některé « · ·· ♦ ··· stupně plynule jeden do druhého, nebo trvají velmi krátce. Adsorpce se provádí většinou při přetlaku 0,1 až 1 bar, přičemž již při natlakováváni vzduchem nad okolní tlak se produkuje požadovaný produkt.
Časový průběh adsorpce v adsorbéru se dvěma loži při PVSA-procesu k obohacování vzduchu kyslíkem je zpravidla (viz také obr. 5 a obr. 6) následující:
a) Konec adsorpce v adsorbéru A při přetlaku například 0,4 bar (tlak Pad.max) .
b) Krok přečerpávání (tzv. BFP-krok, čas ti) z adsorbéru A do druhého adsorbéru B na tlak rovnající se přibližně tlaku okolí nebo poněkud nižší, např. 700 mbar (tlak Pdes.o) , přičemž adsorbér B se zároveň evakuuje a tlak v adsorbéru B se zvyšuje ze své nejnižší hodnoty (tlak Pdes,min) na vyšší tlak, např. z 200 na 400 mbar (tlak PBFp) .
c) Evakuování adsorbéru A (čas t2, t3 a t4), desorpce dusíku pomocí promývacího plynu nebo bez něho pomocí vývěvy V na 600 až 200 mbar (abs.) (tlak Pdes,min) .
d) Krok přečerpávání (viz bod b)) , kterým se zvyšuje tlak v adsorbéru A z např. 200 na 400 mbar. (čas ts) . .
e) Krok doplnění adsorbéru A přibližně na okolní tlak' a na tlak adsorpce pomocí dmýchadla G, popřípadě obtokem dmýchadla G, vzduchem, částečně v prvním zaplňovacím čase také kyslíkovým produktem z bufru R (čas te), přičemž se· průběžně odtahuje kompresorem K produkt ze zásobníku R.
Protože výtěžek kyslíku, tj'. poměr mezi množstvím kyslíku v produktu k množství kyslíku ve vstupním vzduchu, přímo ovlivňuje energii přiváděnou vzduchovému dmýchadlu a vývěvě, byly prováděny pokusy ukončit pomoci vhodných opatřeni proces před evakuováním tak, aby byla koncentrace kyslíku ve výstupní adsorpční zóně přibližně stejná jako koncentrace kyslíku ve vstupní zóně. Tento případ nastává u způsobu, u kterého se plyn z výstupní zóny vede zpět do vstupní zóny.
Podle GB-A 1 559 325 (zejména obr. 7 a 8, způsob se třemi adsorbéry) se na konci adsorpce vede plyn, oproti kyslíkovému produktu chudší na kyslík, např. z adsorbéru A zpět do vstupní zóny již naplněného adsorbéru B, a produkt se odtahuje z výstupní zóny adsorbéru B. Doba zpětného vedeni je poměrně dlouhá, neboť spolu s množstvím, které se vede zpět, určuje podíl kyslíku v produktu. Rozhodující nevýhoda tohoto způsobu spočívá v tom, že nezkracuje ani dobu zpětného vedení produktu, ani dobu naplnění nebo vyčerpání adsorbéru. Kromě toho se suchý plyn vede zónou sušení předřazenou zeolitové náplni, takže se do zóny dělení dusíku a kyslíku dostává vlhkost.
V GB-A 2 154 465 (zejména obr. 3) se v systému se třemi adsorbéry na konci adsorpce například v adsorbéru A provádí vyrovnání tlaku přes, výstupní zónu adsorbéru A do vstupní zóny evakuovaného adsorbéru B, přičemž tlak v adsorbéru A klesá a v adsorbéru B roste. Stejný Způsob je popsán v DEA 3 030 081 (zejména obr. 1 a .sloupec 4, řádky 18 až 47) . Nevýhodou tohoto způsobu je, že přepuštěné množství je omezeno možnou tlakovou diferencí při vyrovnání tlaku, t j. při adsorpci při tlaku okolí není tento způsob možný.
• 9 • · · ·
• · · *
V EP-A O 334 495 se popisuje rovněž systém vyrovnáváni tlaku v systému se dvěma adsorbéry. Na začátku evakuování se například adsorbér A evakuuje v poproudém směru, zároveň se na výstupním konci adsorbéru A v protiproudém směru odtahuje plyn chudý na kyslík a plní se v protiproudém směru do vstupní zóny adsorbéru B, předtím evakuovaného. Nevýhodou je, že množství plynu vedeného zpět je i zde omezeno, a to tlakovým rozdílem při odčerpávání.
Výše popsané známé způsoby mají tu nevýhodu, že takzvaný výstupní plyn je suchý a když se vede zpět zónou sušení, posouvá se čelo vlhkosti do zeolitové zóny. Kromě toho je množství plynu při zpětném vedení omezeno předem danou tlakovou diferencí při vyrovnání tlaků ve směru proudu, nebo je doba zpětného vedení plynu v důsledku předem daných parametrů, jako např. množství produktu, příliš dlouhá. V případě obohacování vzduchu kyslíkem tedy nemůže být zpětně vedeno celé možné množství plynu chudého na kyslík (21 až 90%).
Podstata vynálezu . Vynález je založen na úkolu vytvořit zlepšený způsob rozdělováni plynných směsí.,., zejména vzduchu, adsorpcí pomocí zeolitových molekulových sít adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži, který umožní provádět adsorpční oddělování jednoduše a energeticky nenáročně, odstraní vedení suchého plynu skrze tzv. vlhkou sušící zónu, a odstraní nevýhody zpětného vedení chudého kyslíkového produktu (zbytkového plynu), jako například časové ztráty nebo omezení množství plynu, vedeného zpět.
• · • · · · ♦ í> · · • · · · · ·
Tento úkol by mohl být řešen způsobem podle vynálezu.
Předmětem vynálezu je způsob děleni vzduchu adsorpci pomocí zeolitových molekulových sít v adsorbérovém systému se dvěma loži a s bufrem produktu pro udrženi kontinuálního konstantního proudu kyslíkového produktu, přičemž tato dvě lože se zeolitovými molekulovými síty jsou uložena v jednom nebo v několika různých zásypech různých typů zeolitů a před zásypy může být uspořádána vrstva adsorpčního prostředku selektivního pro vodu, při kterém se při tlaku rovném přibližně okolnímu tlaku nebo při přetlaku až 0,5 bar v průběhu adsorpce vede vzduch skrze první adsorbér A a dusík se adsorbuje oproti kyslíku přednostně na zeolitových molekulových sítech, přičemž se na výstupním konci adsorbéru A získává produkt obohacený kyslíkem mající obsah kyslíku 60 až 96 % obj ., a po adsorpci se provádí desorpce dusíku popřípadě vlhkosti evakuováním v protiproudu k adsorpci při absolutním tlaku od 100 mbar do 600 mbar, který se vyznačuje tím, že
a) po adsorpci v adsorbéru (A) klesá tlak ze své konečné hodnoty po absorpčním kroku A) na okolní tlak, B) na podtlak až 600 mbar nebo C) na přetlak až 0,2 bar, přičemž vstupní konec adsorbéru (A) je a) uzavřen, b) otevřen do okolí nebo c) zůstává připojen ke kompresoru, zbytkový plyn z výstupního konce adsorbéru (A) se vede na výstupní konec adsorbéru (B) , přičemž adsorbér (B) se na začátku tohoto kroku nachází na své nejnižší tlakové úrovni 100 až 600 mbar a popřípadě se současně přes svůj vstupní konec evakuuje, přičemž tlak v adsorbéru (Bj a) stoupá, b) zůstává stejný nebo c) klesá,
b) okolní vzduch se zavádí bez dalšího stlačování do • · • ·
adsorbéru (A) přes jeho vstupní konec, tlak přitom v adsorbéru (A) zůstává přibližně roven okolnímu tlaku, nebo se adsorbér (A) na okolní tlak naplňuje, kyslíkový obohacený plyn se odebírá na výstupním konci adsorbéru (A) a zavádí se do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec až do tlaku přibližně rovného okolnímu tlaku, přičemž se popřípadě do adsorbéru (B) na jeho vstupní konec bez dalšího stlačování přímo zavádí také okolní vzduch,
c) okolní vzduch se pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec a zároveň se do bufru produktu přivádí produkt, přičemž se popřípadě produkt z bufru produktu přivádí na výstupní konec adsorbéru (B) , a adsorbér '(A) se přes vstupní konec adsorbéru (A) zároveň evakuuje,
d) adsorbér (A) se evakuuje na svůj nejnižší tlak 100 až 600 mbar a zároveň se okolní vzduch pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec, přičemž v adsorbéru (B) probíhá adsorpce, produkt se přes výstupní konec adsorbéru (B) vede do bufru produktu, a popřípadě se adsorbér (A) zároveň přes výstupní konec adsorbéru (A) promývá produktem.
Zvlášť výhodně se způsob podle vynálezu provádí tak, že
a) po adsorpci v adsorbéru (A) se z výstupního konce adsorbéru (A), jehož tlak přitom klesá z přetlaku asi 0,2 až 0,5 bar na okolní tlak, vede zbytkový plyn přes výstupní konec adsorbéru (B) do adsorbéru (B), který se nachází na nejnižší tlakové úrovni 100 až 600 mbar, přičemž se adsorbér (B) popřípadě zároveň evakuuje přes jeho vstupní konec, a přičemž tlak v adsorbéru (B) stoupá maximálně na tlak rovný 90 % okolního tlaku, nebo zůstává stejný, ··
b) okolní vzduch se zavádí bez dalšího stlačování do adsorbéru (A) přes jeho vstupní konec, plyn bohatý na kyslík se odebírá na výstupním konci adsorbéru (A) a zavádí se do adsorbéru (B)- přes jeho vstupní konec až do tlaku přibližně rovného okolnímu tlaku, přičemž se popřípadě do adsorbéru (B) na jeho vstupní konec bez dalšího stlačování přímo zavádí také okolní vzduch,
c) okolní vzduch se pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec a zároveň se produkt z bufru produktu přivádí do adsorbéru (B) přes jeho výstupní konec, a adsorbér (A) se zároveň evakuuje,
d) adsorbér (A) se evakuuje na jeho nejnižší tlak 100 až 600 mbar a zároveň se okolní vzduch pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec, přičemž v adsorbéru
C.B) probíhá adsorpce, produkt se přes výstupní konec adsorbéru (B) vede do bufru produktu, a popřípadě se adsorbér (A) zároveň přes jeho výstupní konec promývá produktem.
Při vynalezeném adsorpčním procesu pro obohacování vzduchu kyslíkem v adsorbérovém systému se dvěma loži s MSzeolity, který umožňuje proti dosavadním způsobům značně snížit spotřebu energie k výrobě kyslíku, se po adsorpčním kroku rozdělování vzduchu zejména při přetlaku 0,05 až 0,5 bar (max. 1 bar) popřípadě provádí snížení tlaku v souproudém směru vzhledem k adsorpci na tlak například rovný okolnímu tlaku, plyn z tohoto uvolnění tlaku se známým způsobem vede do předem evakuovaného adsorbéru, načež se skrze adsorbér po uvolnění tlaku ve směru souproudém s adsorpci vede okolní vzduch, a na výstupu tohoto adsorbéru
se odtahuje plyn obohacený kyslíkem, tento výstupní plyn se zavádí do evakuovaného, popřípadě částečně znovu natlakovaného adsorbéru, toto zaplňování se končí při plnicím tlaku přibližně rovném okolnímu tlaku nebo při obsahu kyslíku v plnicím plynu 15 až 90 %, přičemž během zaplňování popřípadě zároveň proudí do vstupní zóny natlakovávaného adsorbéru také okolní vzduch, načež se tento adsorbér dále naplňuje okolním vzduchem a zároveň kyslíkem z bufru v protiproudu k adsorpci na koncový tlak 0,03 až 0,5 bar, max. 1 bar (přetlak), před dosažením svého konečného tlaku se kyslíkový produkt odvádí do zásobníku, a to do chvíle, kdy je tlak v zásobníku nepatrně nižší než tlak v adsorbéru, a během této doby se druhý adsorbér v protiproudu evakuuje a během celé doby evakuování nebo na konci kroku evakuování se v protiproudu k rozdělování vzduchu proplachuje kyslíkovým produktem.
Způsob podle vynálezu odstraňuje nevýhody zpětného vedení a zavádění suchého plynu na vstup do zóny' sušení. Nedochází ke ztrátě času při zpětném vedení a množství plynu vedeného zpět není omezeno.
Zpětné vedení chudého kyslíkového produktu (zbytkového plynu) na konci produkce kyslíku (adsorpce) a popřípadě krok přečerpávání se může provádět různými způsoby..
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje • · obr. 1
- 10 schéma zařízeni pro provádění způsobu podle vynálezu, jednotlivé fáze procesu v příslušných časech, časový průběh tlaku v adsorbérech a v kyslíkovém bufru, průběh tlaku v jednotlivých adsorbérech při jednotlivých stupních procesu v jedné polovině cyklu, zařízení pro provádění způsobu podle stavu techniky, průběh tlaku při provádění způsobu podle stavu techniky.
Příklady provedeni vynálezu
Na obr. 4a až 4d jsou na příkladech schematicky znázorněny jednotlivé stupně procesu v jedné polovině cyklu. V adsorbérech je kromě toho schematicky znázorněn průběh tlaku.
V provedení podle obr. 4a skončil v čase ti v adsorbéru A krok produkce kyslíku, vzduch dále prochází při tlaku asi 1 atm v souproudu vzhledem k adsorpci skrze adsorbér A, z výstupu adsorbéru se odtahuje plyn bohatý na kyslík, který se vede v protiproudu vzhledem k adsorpci skrze adsorbér B, vývěva je dosud připojena k adsorbéru B, množství obr. 2a, 2b obr. 3 obr. 4a až 4d obr. 5 obr. 6 • 9 ** • · · • ·
přečerpávaného plynu je stanoveno tak, aby nastal dostatečný promývací účinek, takže eventuelně přestane tlak v adsorbéru klesat, ale zůstává konstantní nebo stoupá. V dalším kroku (čas tg) se nadále vede vzduch v souproudu skrze např. adsorbér A, na výstupním konci adsorbéru se odtahuje plyn chudý na kyslík a tento plyn se v souproudu vzhledem k adsorpci zavádí do adsorbéru B, který se má uvést na adsorpční tlak, přičemž se podle potřeby v souproudu vzhledem k adsorpci zavádí do adsorbéru B okolní vzduch. Tlak kyslíkového chudého plynu opouštějícího adsorbér A je blízký okolnímu tlaku. Odváděné množství kyslíkového chudého plynu v celkovém množství není omezeno, neboť je k dispozici dostatek okolního vzduchu k dalšímu dělení. Protože se vyrábí plyn chudý na kyslík při okolním tlaku, může v důsledku tlakové ztráty v systému vzniknout v adsorbéru odevzdávajícím plyn chudý na kyslík podtlak (viz obr. 4a, čas tg) . Návazně se v čase t3 adsorbér A v protiproudu vzhledem k adsorpci evakuuje, adsorbérem B se nechá při tlaku přibližně rovném okolnímu tlaku proudit vzduch a kyslíkový produkt se zavádí do zásobníku produktu. Na konci adsorpčního kroku a po evakuaci se adsorbér A může popřípadě promýt dílčím proudem produktu (čas t*) .
V dalším provedení podle obr. 4b probíhá celý proces obdobně Jako proces podle obr. 4a, . jen rozdělování vzduchu se provádí při tlaku vyšším než je tlak okolí, např. '0,1 až 0,6 bar. Poté se adsorbéry A a B spojí na výstupním konci a provádí se tzv. BFP-krok, kdy se tlak v adsorbéru A uvolní až na okolní tlak do adsorbéru B, když je adsorbér B ještě připojen na vývěvu a tlak v adsorbéru B se může zvýšit. Uvolnění tlaku z adsorbéru A může probíhat také ve dvou stupních, nejprve v BFP-kroku z např. 0,5 bar na 0,2 bar a v dalším, tzv. PB-kroku na okolní tlak v adsorbéru A, přičemž
• · k adsorbéru B již není připojena vývěva.
V dalším provedeni podle obr. 4c probíhá zpětné vedení plynu chudého na kyslík do adsorbéru A do času t2 při klesajícím přetlaku například z 0,1 bar dolů přibližně na okolní tlak, neboť přečerpávací kroky BFP a/nebo PB v adsorbéru A končí při tlaku 0,1 bar.
V dalším provedení podle obr. 4d probíhá zpětné vedení kyslíkového chudého plynu do adsorbéru A v čase t2 při narůstajícím tlaku například od 800 mbar (abs.), tj. počínaje podtlakem, až do tlaku rovnajícího se přibližně tlaku okolí, neboť přečerpávací kroky BFP a/nebo PB v adsorbéru A končí při absolutním tlaku 800 mbar.
Na obr. 1, 2a, 2b a 3 je blíže objasněno provádění způsobu podle vynálezu.
Na obr. 3 je znázorněn časový průběh tlaku v adsorbérech A, B a v kyslíkovém bufru R, na obr. 2a a 2b jsou znázorněny jednotlivé fáze procesu v příslušných časech.
Čas ti:
Provádí se částečné vyrovnání tlaku přes ventil A4, B4. Ventily Al, A2, A3, Bl, B3, AB1 jsou uzavřeny. Vzduchové dmychadlo G pracuje v cirkulaci. Ventil B2 může být uzavřen, přičemž nastává čisté vyrovnání tlaku (PB), kdy vývěva V pracuje v cirkulaci. Pro urychlení zaplnění je však také možné v tomto PB-kroku navíc otevřít ventil Bl, kterým vstupuje z výstupní strany vzduch z dmychadla G. V další variantě je otevřen ventil B2 (BFP-proces), takže se « c c c
adsorbér B dále evakuuje. Během času ti stoupá tlak v
adsorbéru z PdeS,min na PpB popř • Pbfp ·
Je možná také kombinace kroku BFP a PB, tj. nejprve se
provádí BFP-krok (tj. včetně evakuace) , snížení tlaku v
adsorbéru A na tlak vyšší než je tlak okolí, a potom PB-krok (tj. částečné vyrovnání tlaku) s uvolněním tlaku v adsorbéru A na tlak rovnající se tlaku okolí, nebo nepatrně nižší). Krok přečerpávání (PB) se může provádět také přes ventily A 4, B3 a vedení LP a Lr, přičemž se popřípadě může adsorbér B ještě současně zaplňovat vzduchem.
Během času ti se ze zásobníku R odtahuje kyslíkový produkt ke spotřebiteli.
Čas tg:
Ventily A4, B3 a Al, B1 jsou otevřeny, zbývající ventily jsou uzavřeny. Kompresor pracuje přibližně při okolním tlaku, vzduch proudí přes ventil Al do adsorbéru A, plyn chudý na kyslík opouští adsorbér A přes ventil A4, proudí vedením LR zpětného toku a proudí přes ventil B3 do adsorbéru B, přičemž popřípadě dále proudí do adsorbéru B vzduch přes vedení Ll vzduchu ventilem Βχ (RBF-krok) . Vývěva přitom pracuje v cirkulaci. V důsledku tlakové ztráty v zásypu adsorbéru může v čase t2 tlak v adsorbéru A klesnout poněkud pod okolní tlak. Množství kyslíkového chudého plynu, které se dostane přes potrubí LR do adsorbéru B, se může nastavit regulací množství vzduchu pomocí ventilu Bl, například přivřením ventilu Bl. Toto množství vzduchu závisí na minimálním sacím tlaku, rozdílu tlaku při uvolnění tlaku v adsorbéru A, a množství plynu bohatého na kyslík, vedeného zpět. Zpětné vedení kyslíkového chudého plynu končí, když' je • ·
zaplňovaci tlak přibližně roven okolnímu tlaku, nebo když jeho obsah kyslíku dosáhne přibližně 15 až 90 % obj. Je-li v důsledku příliš malého rozdílu zaplňovacího tlaku (rozdílu mezi okolním tlakem a podtlakem při evakuování) množství plnícího plynu omezeno, může být konečný obsah kyslíku plnícího plynu také hodně přes 21 %. V tom případě není nutné další zaplňování adsorbéru B vzduchem.
Čas t3:
Adsorbér A se vyčerpá přes ventil A2. Adsorbér B se pomocí vzduchového kompresoru natlakuje, přičemž jsou ventily B2, B3 uzavřeny, nebo při jiném provedení se zároveň zaplňuje přes ventily B4 a AB1 kyslíkovým produktem ze zásobníku R. Během evakuování adsorbéru A se může adsorbér A přes ventil AB1, A4 promývat produktem. Konce času t3 je dosaženo, když tlak v zásobníku poklesne z maximálního tlaku P.ad,max na nejnižší tlak PR>m.
Čas t4:
Adsorbér A se prostřednictvím ventilu A2 vyčerpá na svůj nejnižší tlak PdeS,™^n a současně' se promývá přes ventil A4 produktem z vedení LP produktu. Množství promývacího plynu, který se dostává do adsorbéru A přes ventil A4, se musí optimalizovat. V případě procesu BFP (viz čas ti) je toto množství promývacího plynu velmi malé nebo je možno od promývání zcela upustit. Adsorbér B se dále pomocí ventilu B1 uvede na svůj konečný tlak, přičemž v průběhu času t4 se do zásobníku R odevzdává kyslíkový produkt.
Proces pokračuje analogicky těmto krokům, avšak po záměně adsorbérů A, B.
q « o e
Jako adsorpčni prostředek pro způsob obohacováni vzduchu kyslíkem podle vynálezu se hodí zeolitová molekulová síta, na nichž se adsorbuje přednostně dusík před kyslíkem, jako jsou zeolity A nebo X v Na-formě nebo ve formě s dvojmocnými ionty alkalických zemin (jako Ca, Mg, Sr a jejich směsi) nebo ve formě s jednomocnými ionty jako je lithium se stupněm výměny 85 %, nebo přírodní zeolity popř. jejich synteticky vyrobené formy, jako _mordenit nebo chabazit.
Způsob podle vynálezu je blíže objasněn v následujících příkladech.
Pro všechny příklady zůstávají shodná následující data:
Objem zásobníku 1,5 3 m
Průměr válce adsorbéru 550 mm
Výška zásypu adsorbéru 1800 mm
Okolní tlak asi 1045 mbar.
Náplň každého adsorbéru:
dm3 středněporézního silikagelu ve spodku adsorbéru, zbývající zásyp vždy 240 kg molekulového síta Ca-zeolit A, vyrobeného podle EP-A 0 170 026,_ příklad 2. Kalcinace se provádí proudem dusíku při 500 až 600 °C. Molární poměr CaO/Al2O3 je 0,72. Zrnitost odpovídá průměru 1 až 2,5 mm kulového tvaru.
Přiváděný surový plyn měl teplotu 30 °C a měl při okolním tlaku a 30 °C vlhkost 75 %. Jako vývěvy bylo použito dvoustupňového čerpadla s rotačními písty (Roots), regulovatelného pomocí převodovky. Surový plyn byl stlačován pomoci čerpadla s rotačními písty. Tlak byl měřen vždy na spodním konci (vstupní straně vzduchu) adsorbéru.
Spotřeba energie vývěvy byla propočtena z průběhu tlaku během odsávání před nasypáním, přičemž byla využita charakteristika (spotřeba energie v závislosti na sacím tlaku) známého pístového čerpadla se sacím výkonem
000 m3/h při 1,03 bar.
Spotřeba energie vzduchového dmýchadla byla propočtena podle vzorce ((0,306 x Pm - 286) x Vo)/(10621 x μ)), kde Pm je tlak, Pm = 1045 mbar,
Vo je množství vzduchu při 1,03 bar abs. (m3/h) , μ je účinnost, μ = 0,95.
Přiklad 1 (srovnávací)
Bylo použito zařízení podle obr. 5. Průběh procesu a průběh tlaku jsou uvedeny na obr. 6.
Čas ti 0 až 4 sekundy:
Kompresor pracoval v cirkulaci.
Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku Pdes,min = 250 mbar na tlak PBfp = 450 mbar, současně v adsorbéru A klesal tlak • z maximálního tlaku
Pad,roax = 0,3 bar, přičemž na horním konci se z adsorbéru A vedl plyn přes ventil A03 a na spodním konci se adsorbér přes ventil B03 do adsorbéru B,
B evakuoval vývěvou přes ventil
B02. Tlak v adsorbéru A poklesl na Pdes,o = 990 mbar. Zásobník
R dodával produkt při tlaku asi 0,3 bar. Ventil AB01 byl • · • · • ·
uzavřen.
Čas t2 4 až 9 sekund:
Adsorbér A byl evakuován přes ventil A02 na asi 650 mbar, horní konec adsorbéru byl uzavřen. Adsorbér B byl zaplněn vzduchem ze vzduchového kompresoru G přes ventil B01 na spodním konci na 1 atm, a současně probíhalo zaplňování plynem ze zásobníku R přes regulační ventil AB01 a ventil B03, přičemž tlak v zásobníku poklesl z asi 0,3 bar na asi 0,2 bar. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t3 9 až 13 sekund:
Adsorbér A se dále evakuoval, adsorbér B se zaplňoval vzduchem ze vzduchového kompresoru G a produktem ze zásobníku R jako v čase tý. Tlak v zásobníku a tlak v adsorbéru B dosáhl 0,05 bar.
Čas t_4 13 až 30 sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přičemž bylo dosaženo konečného tlaku 250 mbar. Přes vzduchový kompresor G a ventil B01 proudil vzduch do adsorbéru B, produkt se uváděl přes ventil B03 a AB01 do zásobníku R, tlak v adsorbéru A a v zásobníku R dosáhl konečného tlaku 0,3 bar.
Proces pokračoval analogicky časům ti, t2/ t^, t^, pouze byly zaměněny adsorbéry A, B.
Bylo získáno 19 Nm3/h produktu ze zásobníku R o koncentraci kyslíku 93 %. Výtěžek kyslíku byl 46 %, vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0,378 kWh/Nm302, celková spotřeba energie čerpadla a vzduchového kompresoru byla 0, 472 kWh/Nm3O2.
Přiklad 2 (srovnávací)
Bylo použito zařízení podle obr. 5. Průběh procesu a průběh tlaku jsou uvedeny na obr. 6. V průběhu času ti byla však vývěva od adsorbéru pomocí ventilů Ά02 popř. B02 oddělena.
Čas ti 0 až 4 sekundy:
Ventil B01 byl otevřen. Okolní vzduch proudil do evakuovaného”adsorbéru B. Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku Pdes,inin = 250 mbar na tlak PPBi = 650 mbar, současně v adsorbéru A' klesal tlak z maximálního tlaku Pad,max =0,3 bar na Pdes,o = 990 mbar, přičemž na horním konci se z adsorbéru A vedl plyn přes ventil A03 a přes ventil B03 do adsorbéru B. Zásobník R dodával produkt při tlaku asi 0,3 bar. Ventil AB01 byl uzavřen.
Čas t2 4 až 9 sekund:
Adsorbér A byl evakuován přes ventil A02 na asi 650 mbar, horní konec adsorbéru byl uzavřen. Adsorbér B byl natažen vzduchem ze vzduchového kompresoru přes ventil B01 na spodním konci na tlak okolí, a současně probíhalo zaplňování plynem ze zásobníku R přes regulační ventil AB01 a ventil B03, přičemž tlak v zásobníku poklesl z asi 0,3 bar na asi 0,2 bar. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t3 9 až 13 sekund:
'»· ··
- 19 Adsorbér A se dále evakuoval, adsorbér B se zaplňoval vzduchem a produktem ze zásobníku R stejně jako v čase tg, tlak v zásobníku a tlak v adsorbéru B dosáhl přibližně tlaku okolí.
Čas t4 13 až 30 sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přičemž bylo dosaženo konečného tlaku 250 mbar. Přes ventil B01 proudil vzduch do adsorbéru B, produkt se uváděl přes ventil B03 a AB01 do zásobníku R, tlak v adsorbéru A a v zásobníku R dosáhl konečného tlaku 0,3 bar. V průběhu tohoto času byl adsorbér A promyt kyslíkovým produktem, a to přes regulační ventil BQ3, přičemž promývací množství bylo nastaveno na maximální obsah 18 % obj. kyslíku ve zbytkovém plynu za vývěvou.
Proces pokračoval analogicky časům ti, tg, tg, tg, pouze se zaměnily adsorbéry A, B.
Bylo získáno 17,68 Nm3/h produktu ze zásobníku R o koncentraci kyslíku 93 %. Výtěžek kyslíku byl 44 %, vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0,379 kWh/Nm302, celková spotřeba energie čerpadla’ a vzduchového kompresoru byla 0, 468 kWh/Nm302.
Příklad 3 (srovnávací, podle EP-A 0 334 495 (obr. 3 d,
d) )
Bylo použito zařízení podle obr. 1. Průběh procesu a průběh tlaku jsou uvedeny na obr. 6.
Čas tx 0 až 4 sekundy:
• · • ·
Kompresor pracoval v cirkulaci. Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku Pdes,min = 250 mbar na tlak Pbfi = 450 mbar, současně v adsorbéru A klesal tlak z maximálního tlaku Pad,max =0,3 bar, přičemž na horním konci se z adsorbéru A vedl plyn přes ventil A4 a přes ventil B4 do adsorbéru B, a na spodním konci byl adsorbér B přes ventil B3 pomocí vývěvy evakuován. Tlak v adsorbéru A poklesl na tlak Pdes,o = 990 mbar. Zásobník R dodával produkt při tlaku asi 0,3 bar. Ventil AB1 byl uzavřen.
Čas t2 4 až 6 sekund:
Adsorbér A byl evakuován přes ventil A2 na tlak asi 650 až 700 mbar, horní konec adsorbéru A byl otevřen přes ventil A4. Adsorbér B byl zaplněn plynem chudým na kyslík z adsorbéru A na tlak asi 650 mbar, a to přes ventil A4, vedení LP a LR a vstupní ventil B3. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t2b 6 až 9 sekund:
Adsorbér A byl evakuován přes ventil A2 na tlak asi 450 bar, horní konec adsorbéru A uzavřen. Adsorbér B byl natažen vzduchem z kompresoru- na spodním konci přes ventil B1 a plynem ze zásobníku R (ventily AB1 a B4) na tlak rovný přibližně okolnímu tlaku. Ze zásobníku R se dále odtahoval
produkt, Čas tlak v zásobníku R poklesl na asi 0,15 bar.
t3 9 až 13 sekund:
Adsorbér A se dále evakuoval, adsorbér B se zaplňoval
vzduchem j ako v čase t2b. Tlak v zásobníku a tlak v adsorbéru
B dosáhl 0, 05 bar.
• · ·
Čas t4 13 až 30 sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přes ventil A4 se vpouštěl kyslíkový plyn jako promývací plyn, přičemž bylo dosaženo konečného tlaku 250 mbar. Přes ventil B1 proudil vzduch do adsorbéru B, produkt se uváděl přes ventily B4 , a AB1 do zásobníku R, tlak v adsorbéru A a v zásobníku R dosáhl konečného tlaku 0,3 bar. Množství kyslíkového promývacího plynu bylo nastavováno pomocí ventilu A4.
Proces pokračoval analogicky časům ti, t2a, t2b, t3, t^, pouze se zaměnily adsorbéry A, B.
Bylo získáno 19,8 Nm3/h produktu ze zásobníku R o koncentraci kyslíku. 93 %. Výtěžek kyslíku byl 47,5 %, vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0,375 kWh/Nm302, celková spotřeba energie čerpadla a vzduchového kompresoru byla 0,4 66 kWh/Nm302.
Příklad 4 (podle vynálezu)
Bylo použito zařízení podlé obr. 1. Průběh procesu je znázorněn na obr. 2a, 2b a průběh tlaku je znázorněn na obr._ 3. V průběhu času ti byla vývěva od adsorbéru oddělena pomocí ventilů A2 popř. B2.
Čas ti 0 až 4 sekundy:
Všechny ventily adsorbérů A, B kromě A4 a B4 byly uzavřeny. Plyn bohatý na kyslík proudil do evakuovaného adsorbéru B, předtím evakuovaného. Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku Pdes,min = 250 mbar na tlak PPBi = 650 mbar, • » současně v adsorbéru A klesal tlak z maximálního tlaku
?ad,inax 0/3 t)3.2T (přetlaku) na tlak Pde5,o rovný okolnímu
tlaku. Zásobník R dodával produkt při tlaku asi 0,3 až
0,25 bar. -
Čas t2 4 až 9 sekund:
Adsorbér B byl naplněn vzduchem přibližně na tlak okolí, přičemž vzduch proudil do adsorbéru A přes ventil Al, přes ventil A4 se odtahoval- plyn chudý na kyslík a přiváděl se přes vedení LP a LR a ventil B3 do adsorbéru B. Současně se adsorbér B zaplňoval vzduchem přes regulační ventil B1. Plnění plynem chudým na kyslík přes vedení LR končilo při koncentraci kyslíku 20 až 40 % obj. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t3 9 až 13 sekund:
Adsorbér A se evakuoval přes ventil A2 z okolního tlaku na asi 650 mbar, adsorbér B se zaplňoval vzduchem přes ventil B1 a produktem ze zásobníku přes ventily AB1 a B4, až tlak v zásobníku a tlak v adsorbéru B dosáhly stejné úrovně. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t4 13 až 30 sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přičemž bylo dosaženo konečného tlaku 250 mbar. Přitom se na podporu desorpce dusíku zaváděl do adsorbéru A přes ventil A4 plyn bohatý na kyslík, a to v takovém množství, aby koncentrace kyslíku v odplynu vývěvy nepřekročila hodnotu 18 % obj. Pomocí vzduchového dmýchadla se adsorbér B natlakoval na koncový tlak 0,3 bar. Produkt proudil přes ventil B4 a AB1 do «
® · zásobníku R.
Proces pokračoval analogicky časům ti, tg, tg, tg, pouze se zaměnily adsorbéry A, B.
Bylo získáno 22 Nm3/h produktu ze zásobníku R o koncentraci kyslíku 93 %. Výtěžek kyslíku byl 48 %, vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0,341 kWh/Nm3O2, celková spotřeba energie čerpadla a vzduchového kompresoru byla 0,437 kWh/Nm3O2.
Přiklad 5 (podle vynálezu)
Bylo použito zařízení podle obr. 1. Průběh tlaku je znázorněn na obr. 3. Průběh procesu je zřejmý z obr. 2a, 2b.
Čas ti 0 až 4 sekundy:
Otevřeny byly jen ventily B2, B4 a A4, adsorbér B byl připojen na vývěvu. Plyn bohatý na kyslík z adsorbéru A proudil do předem evakuovaného adsorbéru B. Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku Pdea,™n = 250 mbar na tlak PBfpi = 450 mbar, současně v adsorbéru A klesal : tlak z maximálního tlaku Pad,max = 0,3 bar na tlak Pdes,o rovný okolnímu tlaku. Zásobník R dodával produkt při tlaku asi 0,3 až 0,25 bar.
Čas t2 4 až 9 sekund:
Adsorbér B byl naplněn vzduchem přibližně na tlak okolí, přičemž vzduch proudil do adsorbéru A přes ventil Al, přes ventil A4 se odtahoval plyn chudý na kyslík a přiváděl se přes vedení LP a LR a ventil B3 do adsorbéru B. Současně se adsorbér B zaplňoval vzduchem přes regulační ventil B1.
99
9 9
9 9
99 9 9
9 ©
99 « ·
Plnění plynem chudým na kyslík přes vedení LR končilo při koncentraci kyslíku 20 až 40 % obj . Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas ť 9 až 13 sekund:
Adsorbér A byl evakuován přes ventil A2 z okolního tlaku na asi 650 mbar, adsorbér B se zaplňoval vzduchem přes ventil B1 a produktem ze zásobníku přes ventily AB1 a B4, až tlak v zásobníku dosáhl stejné úrovně jako tlak v adsorbéru B. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t4 13 až 30 -sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přičemž bylo dosaženo konečného tlaku 250 mbar. Pomocí vzduchového dmýchadla se adsorbér B natlakoval na koncový tlak 0,3 bar. Produkt proudil přes ventil B4 a AB1 do zásobníku R.
Proces pokračoval analogicky časům se zaměnily adsorbéry A, B. tj, t2 , t3, t4 , pouze
Bylo získáno 22 Nm3/h produktu ze zásobníku R o
koncentraci kyslíku 93 %. Výtěžek kyslíku byl 51 %,
7 vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0, 342 kWh/Nm302,
celková spotřeba energie čerpadla a vzduchového kompresoru byla 0, 438 kWh/Nm302.
Příklad 6 (podle vynálezu)
Bylo použito zařízení podle obr. 1. Průběh procesu a průběh tlaku je znázorněn na obr. 3. Průběh procesu v závislosti na čase pak je zřejmý z obr. 2a, 2b a obr. 3.
• · • ·
4 é e • ·
Čas ti O až 4 sekundy:
Otevřeny byly jen ventily B2, B4 a A4, adsorbér B byl připojen na -vývěvu. Plyn bohatý na kyslík z adsorbéru A proudil do předem evakuovaného adsorbéru B. Tlak v adsorbéru B stoupal z tlaku PdeS)min = 250 mbar na tlak Pbfpi = 450 mbar, současně v adsorbéru A klesal tlak z maximálního tlaku Pad,maX = 0,3 bar na PdeS,o = 1 atm. Zásobník R dodával produkt při tlaku asi 0,3 až 0,25 bar.
Čas t2 4 až 9 sekund:
Adsorbér B byl naplněn vzduchem přibližně na tlak okolí, přičemž vzduch proudil do adsorbéru A přes ventil Al,
přes ventil A4 se odtahoval, plyn chudý na kyslík. Přes
vedení LP a Lr a ventil B3 se jím natahoval adsorbér B.
Současně se adsorbér B zaplňoval vzduchem přes regulační
ventil Bl. Plnění plynem chudým na kyslík přes vedení LR končilo při koncentraci kyslíku 20 až 40 % obj. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas't3 9 až 13 sekund:
Adsorbér A se evakuoval přes ventil A2 z okolního tlaku na asi 650 mbar, adsorbér B se zaplňoval vzduchem přes ventil Bl a produktem ze zásobníku přes ventily AB1 a B4, až tlak v zásobníku a tlak v adsorbéru B dosáhly stejné úrovně. Ze zásobníku R se dále odtahoval produkt.
Čas t4 13 až 30 sekund:
Adsorbér A byl dále evakuován, přičemž bylo dosaženo • 9 konečného tlaku 250 mbar. Pomoci vzduchového dmýchadla se adsorbér B natlakoval na koncový tlak 0,3 bar. Produkt proudil přes ventil B4 a AB1 do zásobníku R. Adsorbér A byl promyt kyslíkovým produktem, přičemž produkt do adsorbéru A proudil z vedení LP přes ventil A4 . Promývací množství bylo nastaveno pomocí ventilu A4.
Proces pokračoval analogicky časům ti, t2, £3, t_4, pouze se zaměnily adsorbéry A, B.
Bylo získáno 22,5 Nm3/h produktu ze zásobníku R o koncentraci kyslíku 93 %. Výtěžek kyslíku byl 52 %, vypočtená měrná spotřeba energie vývěvy byla 0,339 kWh/Nm302, celková spotřeba energie čerpadla a vzduchového kompresoru byla 0, 433 kWh/Nm302.
Porovnání příkladů 3 a 1 ukazuje, že zpětné vedení chudého kyslíkového produktu podle příkladu 3 přináší zvýšení výtěžku kyslíku, ale pro nevýhodný tlakový profil při odčerpávání se jím nedosahuje žádného zlepšení spotřeby proudu vývěvy.
Naproti tomu odvádění chudého kyslíkového produktu po kroku adsorpce při tlaku přibližně rovném okolnímu tlaku v příkladech 4 až 6 podle vynálezu ukazuje oproti srovnávacím příkladům 1 až 3 zřetelné zlepšení spotřeby energie vývěvy.
Zastupuje:
Dr. Miloš Všetečka v.r.

Claims (2)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    JUDr. Miloš Všetečka advokát
    120 00 Praha 2, Hálkova 2
    1. Způsob děleni vzduchu adsorpcí pomocí zeolitových molekulových sít v adsorbérovém systému se dvěma loži a s bufrem produktu pro udržení kontinuálního konstantního proudu kyslíkového produktu, přičemž tato dvě lože se zeolitovými molekulovými síty jsou uložena v jednom nebo v několika různých zásypech různých typů zeolitů a před zásypy může být uspořádána vrstva adsorpčního prostředku selektivního pro vodu, při kterém se při tlaku rovném přibližně okolnímu tlaku nebo až přetlaku 0,5 bar v průběhu adsorpce vede vzduch skrze první adsorbér (A) a dusík se z
    adsorbuje oproti kyslíku přednostně na zeolitových molekulových sítech,: přičemž se na: .výstupním konci adsorbéru (A) získává produkt.obohacený kyslíkem, mající obsah kyslíku 60 až 96 % obj ., po adsorpcí se provádí desorpce dusíku popřípadě vlhkosti evakuováním v protiproudu k adsorpcí při absolutním tlaku od 100 mbar do 600 mbar, vyznačující se tím, že
    a) po adsorpcí v adsorbéru (A)‘ klesá tlak ze své konečné hodnoty po adsorpčním kroku A) na okolní tlak, B) na podtlak až 600 mbar nebo C) na přetlak až 0,2 bar, přičemž vstupní konec adsorbéru (A) je a) uzavřen, b) otevřen do okolí nebo c) zůstává připojen ke kompresoru, zbytkový plyn z výstupního konce adsorbéru (A) se vede na výstupní konec adsorbéru (B) , přičemž adsorbér (B) se na začátku tohoto kroku nachází na své nejnižší tlakové úrovni 100 až 600 mbar a popřípadě se současně přes svůj vstupní konec evakuuje, přičemž tlak v adsorbéru (B) a) stoupá, b) zůstává stejný nebo c) klesá,
    b) okolní vzduch se zavádí bez dalšího stlačováni do adsorbéru (A) přes jeho vstupní konec, tlak přitom v adsorbéru (A) zůstává přibližně roven okolnímu tlaku, nebo se adsorbér (A) na okolní tlak naplňuje, plyn bohatý na kyslík se odebírá na výstupním konci adsorbéru (A) a zavádí se do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec až do tlaku přibližně rovného okolnímu tlaku, přičemž se popřípadě do adsorbéru (B) na jeho vstupní konec bez dalšího stlačování přímo zavádí také okolní vzduch,
    c) okolní vzduch se pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec a zároveň se do bufru produktu přivádí produkt, přičemž se popřípadě produkt z bufru produktu přivádí na výstupní konec adsorbéru (B), a adsorbér (A) se přes vstupní konec.adsorbéru (A) zároveň evakuuje,
    d) adsorbér (A) se evakuuje na svůj nejnižší tlak 100 a!ž 600 mbar a zároveň se okolní vzduch pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec, přičemž v adsorbéru (B) probíhá adsorpce, produkt se přes výstupní konec adsorbéru (B) vede do bufru produktu, a popřípadě se adsorbér (A) zároveň přes výstupní konec adsorbéru (A) promývá produktem.
  2. 2. Způsob dělení vzduchu adsorpci pomocí zeolitových molekulových sít v adsorbérovém systému se dvěma loži a s bufrem produktu pro udržení kontinuálního konstantního proudu kyslíkového produktu podle nároku 1, vyznačující se tím, že
    a) po adsorpci v adsorbéru (A) se z výstupního konce adsorbéru (A), jehož tlak přitom klesá z přetlaku asi 0,2 až
    0,5 bar na okolní tlak, vede zbytkový plyn přes výstupní konec adsorbéru (B) do adsorbéru (B) , který se nachází na nejnižší tlakové úrovni 100 až 600 mbar, přičemž se adsorbér (B) popřípadě zároveň evakuuje přes jeho vstupní konec, a přičemž tlak-v adsorbéru (B) stoupá maximálně na tlak rovný 90 % okolního tlaku, nebo zůstává stejný,
    b) okolní vzduch se zavádí bez dalšího stlačování do adsorbéru (A) přes jeho vstupní konec, plyn bohatý na kyslík se odebírá na výstupním konci adsorbéru (A) a zavádí se do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec až do tlaku přibližně rovného okolnímu tlaku, přičemž se popřípadě do adsorbéru (B) na jeho vstupní konec bez dalšího stlačování přímo zavádí také okolní vzduch,
    c) okolní vzduch se pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec a zároveň se produkt z bufru produktu přivádí do adsorbéru (B) přes jeho výstupní konec, a adsorbér (A) se zároveň evakuuje,
    d) adsorbér (A) se evakuuje na jeho nejnižší tlak 100 až 600 mbar a zároveň se okolní vzduch pod tlakem vede do adsorbéru (B) přes jeho vstupní konec přičemž v adsorbéru (B) probíhá adsorpce, produkt se přes výstupní konec adsorbéru (B) vede do bufru produktu, a popřípadě se adsorbér (A) zároveň přes jeho výstupní konec promývá produktem.
CZ98302A 1997-02-03 1998-02-02 Způsob dělení plynných směsí střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži CZ30298A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19703907 1997-02-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ30298A3 true CZ30298A3 (cs) 1998-08-12

Family

ID=7819111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ98302A CZ30298A3 (cs) 1997-02-03 1998-02-02 Způsob dělení plynných směsí střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP0856348A3 (cs)
JP (1) JPH10216456A (cs)
KR (1) KR19980070990A (cs)
CN (1) CN1196274A (cs)
BR (1) BR9800540A (cs)
CA (1) CA2228392A1 (cs)
CZ (1) CZ30298A3 (cs)
HU (1) HUP9800205A2 (cs)
PL (1) PL324601A1 (cs)
TW (1) TW429160B (cs)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4469841B2 (ja) * 2003-05-23 2010-06-02 ヨンセ ユニバーシティー 酸素生成装置及びその制御方法
JP4548080B2 (ja) * 2004-10-04 2010-09-22 三菱化学株式会社 成分分離方法および成分分離装置
CN101357291B (zh) * 2008-09-27 2011-04-20 北京信诺海博石化科技发展有限公司 连续法聚丙烯装置产生的聚丙烯尾气的处理工艺

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1559325A (en) * 1976-02-27 1980-01-16 Boc Ltd Gas separation
FR2633846B1 (fr) * 1988-07-05 1991-04-19 Air Liquide Procede de traitement d'un melange gazeux par adsorption a variation de pression
JP3076912B2 (ja) * 1989-11-08 2000-08-14 株式会社日立製作所 混合ガスの分離方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
HU9800205D0 (en) 1998-04-28
CN1196274A (zh) 1998-10-21
TW429160B (en) 2001-04-11
EP0856348A2 (de) 1998-08-05
PL324601A1 (en) 1998-08-17
JPH10216456A (ja) 1998-08-18
CA2228392A1 (en) 1998-08-03
EP0856348A3 (de) 1998-11-18
HUP9800205A2 (hu) 1999-06-28
BR9800540A (pt) 1999-08-10
KR19980070990A (ko) 1998-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI221785B (en) Vacuum swing adsorption process with controlled waste gas withdrawal
TW297780B (cs)
JP3232003B2 (ja) 圧力スイング式吸着法における還流
US3717974A (en) Selective adsorption process for air separation
US5015271A (en) Separation of gas mixtures by vacuum swing adsorption (VSA) in a two-adsorber system
JP3310249B2 (ja) １つの吸着器と１つのブロワーを使用する酸素製造方法及び装置
JP3557323B2 (ja) 改良真空圧力スイング吸着プロセス
US4566881A (en) Process and apparatus for producing oxygen with a low proportion of argon from air
US5906674A (en) Process and apparatus for separating gas mixtures
JPH11197434A (ja) 真空圧力スイング吸着系及び方法
AU728643B2 (en) Pressure swing adsorption process and apparatus
JP2000153124A (ja) 酸素が富化されたガスを製造する圧力スイング吸着方法
JP2006239692A (ja) 圧力スゥイング吸着プロセス及び装置
CN1171286A (zh) 压力周期性交替变化吸附过程的调节控制
JPH04330913A (ja) ガス混合物を分離するための吸着方法
DE60030016D1 (de) Druckwechseladsorptionsverfahren und -vorrichtung mit einem einzigem Bett
CN1132657A (zh) 压力转换吸附法
CN107158882B (zh) 包含浓缩废气预吸附步骤的变压吸附工艺
US5997611A (en) Single vessel gas adsorption system and process
CN112004774B (zh) 一种采用变压吸附技术生产氧气的方法
CN103058144B (zh) 一种真空变压吸附制氧系统及其控制方法
US6090185A (en) Process for gas separation by adsorption with variable production rate
CZ30298A3 (cs) Způsob dělení plynných směsí střídavou tlakovou adsorpcí v adsorbérovém systému se dvěma loži
GB2109266A (en) Pressure swing process for the separation of gas mixtures by adsorption
CN107438474A (zh) 用于通过包括四个吸附器的vpsa来生产氧气的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic