PL176280B1 - Urządzenie do oddzielania powietrza w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do oddzielania powietrza w pro- cesie adsorpcji z wahaniami cisnienia, zaopatrzone w co najmniej jedno naczynie cisnieniowe majace wlot i wylot oraz przynajmniej jedno napedzane gazowo urzadzenie sterujace przeplywem gazu przez wspo- mniane co najmniej jedno naczynie cisnieniowe, przy czym kazde z zastosowanych naczyn cisnieniowych w szeregu przeplywowym zawiera pierwszy material adsorbujacy wilgoc i drugi material adsorbujacy gaz, znamienne tym, ze wyposazone jest w zbiornik (40) dla przyjmowania czesci powietrza przechodzacego przez naczynie cisnieniowe (12) po jego przejsciu przez przynajmniej czesc pierwszego materialu absor- bujacego wilgoc (18), ale przed jego przejsciem przez glówna czesc drugiego materialu adsorbujacego gaz (20), oraz element kierujacy (42) dla kierowania osu- szonego powietrza do zbiornika (40) i ze zbiornika (40) do przynajmniej jednego napedzanego gazowo zaworu wlotowego (22a, 22b), dla jego uruchomienia. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do oddzielania powietrza w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia, a zwłaszcza do uruchamiania zaworów sprzężonych z takim urządzeniem.

Przy azotowej adsorpcji z wahaniami ciśnienia, znane jest wykorzystywanie produktu gazowego albo powietrza zasilającego po sprężeniu, do uruchamiania zaworów w urządzeniu do przeprowadzania procesu adsorpcji z wahaniami ciśnienia. Powietrze zasilające doprowadzane do urządzenia do adsorpcji z wahaniami ciśnienia z dołączonej do niego sprężarki jest zwykle nasycone zarówno olejem jak i wodą, albo przynajmniej wodą, jeśli wykorzystuje się sprężarkę

176 280 bezolejową. Produkt azotowy jest często używany jako gaz uruchamiający po początkowym rozruchu, tak aby zapobiec problemom związanym z nasyceniem zasilania.

Powyższy układ pozwala na oszczędność w kosztach doprowadzania oddzielnego zasilania wykorzystywanego powietrza albo wyprowadzania powietrza z oddzielnego źródła przemysłowego. Obie te możliwości powodują jednak dodatkowe koszty i wzrost prawdopodobieństwa uszkodzenia urządzenia.

W tlenowych układach adsorpcji z wahaniami ciśnienia wciąż można wykorzystywać źródło zasilania powietrzem z jego typowymi problemami wynikającymi z nasycenia gazu, jednak ze względów bezpieczeństwa, suchy produkt gazowy nie może zostać wykorzystany.

Urządzenie według wynalazku przeznaczone jest do oddzielania powietrza w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia i jest zaopatrzone w co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe mające wlot i wylot oraz przynajmniej jedno napędzane gazowo urządzenie sterujące przepływem gazu przez wspomniane co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe. Każde z zastosowanych naczyń ciśnieniowych w szeregu przepływowym zawiera pierwszy materiał adsorbujący wilgoć i drugi materiał adsorbujący gaz. Urządzenie tego rodzaju charakteryzuje się tym, że wyposażone jest w zbiornik dla przyjmowania części powietrza przechodzącego przez naczynie ciśnieniowe po jego przejściu przez przynajmniej część pierwszego materiału adsorbującego wilgoć, ale przed jego przejściem przez główną część drugiego materiału adsorbującego gaz, oraz element kierujący dla kierowania osuszonego powietrza do zbiornika i ze zbiornika do przynajmniej jednego napędzanego gazowo zaworu wlotowego dla jego uruchomienia.

Korzystne jest, że element kierujący zawiera przewód rurowy i zawór zwrotny dla powstrzymania osuszonego powietrza przed powrotem do naczynia ciśnieniowego. W przewód rurowy włączony jestjeden zawór uruchamiający. Urządzenie według wynalazku jest korzystnie zaopatrzone w przynajmniej dwa naczynia ciśnieniowe, a każde z tych naczyń ciśnieniowych jest zaopatrzone w zawór zwrotny dla wycofywania osuszonego powietrza z każdego naczynia ciśnieniowego dla zrównoważenia ciśnienia pomiędzy nimi. Do zbiornika osuszonego powietrza dołączony jest dostarczający mokre powietrze przewód rurowy dla doprowadzania powietrza otoczenia bezpośrednio do zbiornika. Przewód rurowy jest dołączony do zbiornika osuszonego powietrza poprzez pierwszy element sterujący, dla kierowania sprężonego nieosuszonego powietrza otoczenia do zbiornika, gdy zasilanie z co najmniej jednego z naczyń ciśnieniowych znajduje się poniżej określonego ciśnienia. Pierwszy element sterujący stanowi korzystnie przełącznik ciśnieniowy.

Korzystne jest, że do zbiornika dołączony jest drugi element sterujący dla rozpoczynania wycofywania osuszonego powietrza z przynajmniej jednego naczynia ciśnieniowego pod koniec cyklu adsorpcji.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku pierwszy materiał adsorbujący wilgoć zawiera tlenek glinowy albo zeolit, ewentualnie inny materiał usuwający wilgoć, albo ich kombinację.

Zgodnie z wynalazkiem opracowano urządzenie zaopatrzone w środki zapewniające dostarczanie gazu uruchamiającego zawory i sterowanie urządzeniem do adsorpcji z wahaniami ciśnienia, które redukują i ewentualnie eliminują problemy występujące w znanych układach. Mogą być one wykorzystane również w azotowym układzie adsorpcji z wahaniami ciśnienia, oszczędzając produkt gazowy, co nie ma większego znaczenia w dużych urządzeniach, ale stanowi znaczny udział w małych urządzeniach.

Przedmiot wynalazku zostanie objaśniony bardziej szczegółowo w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schematycznie urządzenie do adsorpcji z wahaniami ciśnienia.

Urządzenie do adsorpcji z wahaniami ciśnienia 10 jest zaopatrzone w co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe 12, przy czym każde z zastosowanych naczyń ciśnieniowych 12 wyposażone jest we wlot 14, do którego jest doprowadzone powietrze otoczenia i wylot 16, przez który wyprowadzany jest produkt gazowy. Każde naczynie ciśnieniowe 12, w szeregu przepływowym, zawiera materiał adsorbujący wilgoć 18, zawierający na przykład glin, zeolit albo ich kombinację, oraz materiał adsorbujący gaz 20, dla adsorbowania co najmniej jednego z niepożądanych składników dostarczanego gazu. Materiał adsorbujący gaz zawiera korzystnie zeolit albo dowol4

176 280 ny odpowiedni materiał. Każde naczynie ciśnieniowe 12 jest wyposażone w zawór wlotowy 22a, 22b i zawór wylotowy 24a, 24b do sterowania przepływem powietrza do naczynia i produktu gazowego Pg na zewnątrz. Dodatkowe zawory 26a, 26b umożliwiają połączenie wlotu 14 każdego naczynia ciśnieniowego 12 z odpowietrznikiem 28 dla odpowietrzenia zawartości naczyń ciśnieniowych 12 podczas desorpcji. Wyloty 16 naczyń ciśnieniowych 12, poprzez zawory wylotowe 24a i 24b połączone są z dodatkowym zaworem wylotowym 30 zapobiegającym odciąganiu produktu gazowego z urządzenia. Dodatkowy zawór wylotowy 30 współpracując z zaworami 24a, 24b umożliwia części produktu gazowego przejście podczas desorpcji z jednego naczynia ciśnieniowego 12, do innego. Działanie dwuwarstwowego urządzenia do adsorpcji z wahaniami ciśnienia jest znane, więc nie są konieczne szczegółowe wyjaśnienia. Przedstawiony zostanie jedynie krótki opis jego działania, tak by ułatwić pełne zrozumienie zasady wynalazku.

Podczas pracy urządzenia, powietrze jest sprężane przez sprężarkę 32 i kierowane do jednego z naczyń ciśnieniowych 12, w którym para wodna i inne niepożądane składniki powietrza są usuwane dzięki adsorpcyjnym właściwościom materiału adsorbującego wilgoć 18 i materiału adsorbującego gaz 20. Produkt gazowy Pg przechodzi z naczynia ciśnieniowego 12 przez dodatkowy zawór wylotowy 30 pod koniec cyklu adsorpcji. Nasycony adsorbent jest regenerowany podczas etapu desorpcji, w którym mała część produktu gazowego z drugiego naczynia jest używana do oczyszczania pierwszego naczynia i ułatwia desorpcję oraz usunięcie adsorbowanych elementów przez odpowietrznik 28 do atmosfery. Zawory 22, 24, 26 i 30 są uruchamiane gdy potrzeba, dla ułatwienia procesu adsorpcji/desorpcji.

W normalnych warunkach, wymienione różne zawory są uruchamiane przez związane z nimi urządzenia uruchamiające A1-A7, przy czym każdy z nich wykorzystuje wilgotne sprężone powietrze albo sprężony produkt gazowy do napędzania urządzeń uruchamiających. Wykorzystywanie któregokolwiek z tych źródeł sprężonego gazu powoduje niekorzystne skutki, ponieważ wilgotne powietrze wywołuje korozję, uszkadzając w ten sposób urządzenia uruchamiające, natomiast użycie produktu gazowego może w pewnych okolicznościach okazać się niebezpieczne.

Rozwiązanie według wynalazku redukuje i możliwie eliminuje wspomniane problemy, przez zastosowanie źródła nielotnego sprężonego gazu uruchomieniowego zawierającego względnie małą ilość wody.

Jedną z cech wynalazku jest to, że urządzenie do adsorpcji 10 jest wyposażone w zbiornik 40 do odbierania części powietrza przechodzącego przez co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe 12, a następnie przez przynajmniej część materiału adsorbującego wilgoć 18, ewentualnie uprzednio, przez główną część drugiego materiału adsorbującego gaz 20. Element kierujący 42 w postaci przewodu rurowego 44 i zawór zwrotny 46a lub 46b zostały zastosowane dla kierowania osuszonego powietrza do zbiornika 40. Upust 48 umieszczony z boku każdego z naczyń 12 w położeniu odpowiadającym punktowi, w pierwszym materiale adsorbującym wilgoć 18 albo między tym położeniem i wnętrzem drugiego materiału adsorbującego gaz 20, zastosowany został dla wycofywania powietrza z naczyń ciśnieniowych 12 po jego osuszeniu. Ze względów bezpieczeństwa i dla zapobieżenia uchodzeniu osuszonego powietrza z powrotem do naczyń ciśnieniowych 12 podczas etapu desorpcji, zawory uruchamiające 50a i 50b, korzystnie zawory elektromagnetyczne, są umieszczone zgodnie z kierunkiem przepływu dla zaworu zwrotnego 46a lub 46b.

Dodatkowe źródło sprężonego powietrza może stanowić bezpośrednie doprowadzanie powietrza ze sprężarki 32. Nieosuszone powietrze zostaje doprowadzone poprzez przewód rurowy 52, zawór zwrotny 54 i ewentualnie zawór uruchamiający 56, zwykle zawór elektromagnetyczny. Gdy źródło wysuszonego powietrza jest niedostępne, dla zapewnienia doprowadzania sprężonego ale nie osuszonego powietrza do zbiornika 40, w urządzeniu według wynalazku może być zastosowany pierwszy element sterujący, w postaci przełącznika ciśnieniowego 60.

Ponadto, urządzenie według wynalazku może być zaopatrzone także w drugi element sterujący podłączony dla sterowania urządzeniami uruchamiającymi A1-A7 i zaworami SOV-1 do SOV-3, jeśli jest to wymagane.

176 280

Działanie urządzenia według wynalazku jest względnie proste i wymaga okresowej pracy zaworów uruchamiających 50a, 50b i 56. Jeżeli którekolwiek z naczyń ciśnieniowych 12 pracuje w części adsorpcyjnej swojego cyklu, sprężone i osuszone powietrze jest wycofywane z upustu 48a albo 48b i kierowane do zbiornika 40 przez zawór zwrotny 46a albo 46b oraz otwarty zawór uruchamiający 50a albo 50b. Korzystne jest, jeśli zawory uruchamiające 50a i 50b są sterowane tak, że są otwarte tylko podczas ostatniej części cyklu desorpcji, gdy ciśnienia w naczyniu podczas wytwarzania powietrza w zbiorniku są sobie równe. To zapewnia, że jeśli zawory zwrotne 46a i 46b są otwarte, strumień gazu nie opuści bufora i nie powróci do naczynia. Użycie tego punktu w cyklu zapewnia również to, że użyty gaz jest możliwie zbliżony do powietrza, ale osuszonego. Typowy punkt rosy -5° do -40°C zależy od położenia i czasowego sterowania upustu.

Przy rozruchu, gdy w zbiorniku występuje mała ilość albo w ogóle nie ma sprężonego gazu, mokre powietrze jest dostarczane bezpośrednio ze sprężarki 32 przez elektromagnetyczny zawór uruchamiający 56. To mokre powietrze jest używane do uruchomienia urządzenia, ale jest szybko zastępowane przez suche powietrze z jednego z zastosowanych naczyń ciśnieniowych 12. Korzystnie, przełącznik ciśnieniowy 60 działa jako pierwszy element sterujący dla zapewnienia wycofywania powietrza bezpośrednio ze sprężarki 32 tylko wtedy, gdy występuje niedostateczne ciśnienie zasilania dostępnego z naczyń ciśnieniowych 12.

Alternatywnie, zawór uruchamiający 56 może być sterowany tak, by pracował tylko przy rozruchu.

Należy zauważyć, że jakakolwiek wilgoć przekazana do zbiornika osuszonego powietrza 40 przy rozruchu, jest szybko usuwana przez źródło procesu osuszania. Zasilanie tego procesu polega zwykle na zmianach ± 0,5% O2. Takie zmiany wymagałyby więcej niż dwóch awarii sprzętu, dla zwiększenia zawartości tlenu powyżej granic bezpieczeństwa i tylko na bardzo krótki okres. Układ jest zatem bezpieczny.

Powietrze ze zbiornika 40 zostaje doprowadzone do urządzeń uruchamiających zawory A1-A7 i wszystkich innych urządzeń uruchamiających w układzie, przez przewód 62. Drugi układ sterowania, podłączony do wszystkich urządzeń uruchamiających i zaworów, korzystnie stosuje się do rozpoczęcia sterowania przepływem powietrza do zbiornika. Takie sterowanie może być oparte o podstawę czasową, przy czym każdy zawór zostaje uruchomiony w odpowiednim punkcie cyklu roboczego, albo może być oparte przynajmniej częściowo na podstawie wykrywania ciśnienia, w którym to przypadku różne zawory są uruchamiane zależnie od ciśnienia generowanego w różnych częściach urządzenia.

Urządzenie według wynalazku usuwa wytwarzany gaz z otoczenia krzemionkowo/zeolitowej powierzchni międzyfazowej, ale pracuje ono równie dobrze w układach, które zawierają tylko zeolit, albo podobny środek oddzielania gazu. Pierwsza część warstwy działa jak warstwa osuszająca gaz.

176 280 ►

Α5 ³θ

Α7 ^PG

24b

Η Λ

-56 54

	^12		12—
	^-20	4	20—
		1	-28
	<18	—	c

Α4

S0V-3

50b NV-3

^k48b

46b b-

14->T	I
	^22a

10Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do oddzielania powietrza w procesie adsorpcji z wahaniami ciśnienia, zaopatrzone w co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe mające wlot i wylot oraz przynajmniej jedno napędzane gazowo urządzenie sterujące przepływem gazu przez wspomniane co najmniej jedno naczynie ciśnieniowe, przy czym każde z zastosowanych naczyń ciśnieniowych w szeregu przepływowym zawiera pierwszy materiał adsorbujący wilgoć i drugi materiał adsorbujący gaz, znamienne tym, że wyposażone jest w zbiornik (40) dla przyjmowania części powietrza przechodzącego przez naczynie ciśnieniowe (12) po jego przejściu przez przynajmniej część pierwszego materiału adsorbującego wilgoć (18), ale przed jego przejściem przez główną część drugiego materiału adsorbującego gaz (20), oraz element kierujący (42) dla kierowania osuszonego powietrza do zbiornika (40) i ze zbiornika (40) do przynajmniej jednego napędzanego gazowo zaworu wlotowego (22a, 22b), dla jego uruchomienia.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element kierujący (42) zawiera przewód rurowy (44) i zawór zwrotny (46a) dla powstrzymania osuszonego powietrza przed powrotem do naczynia ciśnieniowego (12).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że w przewód rurowy (44) włączony jest jeden zawór uruchamiający (50a).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że jest zaopatrzone w przynajmniej dwa naczynia ciśnieniowe (12), a każde z tych naczyń ciśnieniowych jest zaopatrzone w zawór zwrotny (46a, 46b) dla wycofywania osuszonego powietrza z każdego naczynia ciśnieniowego (12) dla zrównoważenia ciśnienia między nimi.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że do zbiornika (40) osuszonego powietrza dołączony jest dostarczający mokre powietrze przewód rurowy (52) dla doprowadzania powietrza otoczenia bezpośrednio do zbiornika (40).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że przewód rurowy (52) jest dołączony do zbiornika (40) osuszonego powietrza poprzez pierwszy element sterujący, dla kierowania sprężonego nieosuszonego powietrza otoczenia do zbiornika (40) gdy zasilanie z co najmniej jednego z naczyń ciśnieniowych (12) znajduje się poniżej określonego ciśnienia.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że pierwszy element sterujący stanowi przełącznik ciśnieniowy (60).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że do zbiornika (40) dołączony jest drugi element sterujący dla rozpoczynania wycofywania osuszonego powietrza z przynajmniej jednego naczynia ciśnieniowego (12) pod koniec cyklu adsorpcji.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy materiał adsorbujący wilgoć (18) zawiera tlenek glinowy, albo zeolit, ewentualnie inny materiał usuwający wilgoć, albo ich kombinację.