PL176332B1 - Sposób adsorpcyjnego rozdzielania mieszaniny gazu wsadowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób adsorpcyjnego rozdzielania mieszaniny gazu wsadowego skladajacej sie z, co najmniej dwóch róznych sklad- ników droga cyklicznego obsadzania i oprózniania adsorbenta, w którym mieszanina gazu wsadowego przeplywa przez adsor- bent z utworzeniem strumienia gazu zasadniczo skladajacego sie albo z gazowego skladnika A albo z gazowego skladnika B i albo ten w gazowy skladnik A lub B obfity strumien gazu albo ten podczas fazy regeneracji adsorbenta otrzymany, w gazowy sklad- nik A lub B obfity strumien gazu stanowi uzyskiwany produkt, i przy czym adsorbent umieszczony jest wewnatrz pojemnika ad- sorbenta, który poprzez przewód doprowadzajacy zasila sie mie- szanina gazu wsadowego i który dalej wykazuje wspólpradowy i przeciwpradowy przewód odprowadzajacy, znamienny tym, ze podczas fazy adsorpcji nieprzerwanie mierzy sie stezenie gazo- wego skladnika A we wspólpradowym przewodzie odprowadza- jacym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejsciu ponizej dolnej granicy uprzednio nastawionego stezenia skladnika gazo- wego A konczy sie faze adsorpcyjna adsorbera poddanego prze- plywowi mieszaniny gazu wsadowego i rozpoczyna sie faze regeneracyjna w tym adsorberze, podczas fazy regeneracji nie- przerwanie mierzy sie stezenie gazowego skladnika A w przeciw pradowym przewodzie odprowadzajacym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejsciu ponizej dolnej granicy uprzednio nastawionego stezenia skladnika gazowego A konczy sie faze regeneracyjna. ( 5 4 ) Sposób adsorpcyjnego rozdzielania mieszaniny gazu wsadowego PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób adsorpcyjnego rozdzielania mieszaniny gazu wsadowego składającej się z co najmniej dwóch różnych składników drogą cyklicznego obsadzania i opróżniania adsorbenta, w którym mieszanina gazu wsadowego przepływa przez adsorbent z utworzeniem strumienia gazu zasadniczo składającego się, albo z gazowego składnika A, albo z gazowego składnika B i albo ten gazowy składnik A lub B obfity strumień gazu albo ten podczas fazy regeneracji adsorbenta otrzymany, w gazowy składnik A lub B obfity strumień gazu stanowi uzyskiwany produkt, i przy czym adsorbent umieszczony jest wewnątrz pojemnika adsorbenta, który poprzez przewód doprowadzający zasila się mieszaniną gazu wsadowego i który dalej wykazuje współprądowy i przeciwprądowy przewód odprowadzający.

Adsorpcyjne sposoby rozdzielania bądź oczyszczania mieszanin gazowych są znane od kilku dziesięcioleci. W zależności od składu strumienia wsadowego i od żądanego składu strumienia produktu stosowano jako adsorbenty węgiel aktywny, żele krzemionkowe, węglowe sita molekularne lub zeolity. W szczególności adsorpcyjne rozdzielanie za pomocą podwyższania ciśnienia podczas fazy adsorpcji, i obniżania ciśnienia podczas fazy regeneracji bądź desorpcji sprawdziło się w przypadku adsorpcyjnego rozdzielania powietrza na azot i tlen przy ilościach produktu do 5000 Nm²/h (patrz np. Linde Berichte aus Technik und Wissenschaft, 'Gastrennung mit Druckwechseladsorptionsanlagen, nr 57/1985, strony 26-35, zwłaszcza ustęp 3.4 i 3.5). Tradycyjne zmiennociśnieniowe sposoby adsorpcji dla rozdzielania powietrza na tlen i azot przełączają się w dość krótkich taktach pracy równomiernej rzędu około 1 minuty według programu czasowego, tzn. z fazy adsorpcji na fazę regeneracji. W przypadku otrzymywania bądź dokładnego oczyszczania azotu za

176 332 pomocą zmiennociśnieniowego sposobu adsorpcji wynoszą takty pracy równomiernej około 60 sekund. Wadą stosowanych obecnie sterowań czasowych należy jednak upatrywać w tym, że możliwych czynników zakłócających, takich jak wahania jakości i starzenia adsorbenta, zmiany temperatury i ciśnienia, nieszczelności, np. nieszczelne zawory klapowe itd., nie reguluje się. Np. w przypadku nieszczelnej klapy lub nieszczelnego zaworu oznacza to, że nastąpi spadek czystości produktu.

Celem wynalazku jest opracowanie adsorpcyjnego sposobu oddzielania, który' eliminowałby te niedogodności.

Osiąga się ten cel za pomocą sposobu oddzielania, który według wynalazku polega na tym, że podczas fazy adsorpcji nieprzerwanie mierzy się stężenie gazowego składnika A we współprądowym przewodzie odprowadzającym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejściu poniżej dolnej granicy uprzednio nastawionego stężenia składnika gazowego A kończy się fazę adsorpcyjną adsorbera poddanego przepływowi mieszaniny gazu wsadowego i rozpoczyna się fazę regeneracyjną w tym adsorberze, podczas fazy regeneracji nieprzerwanie mierzy się stężenie gazowego składnika A w przeciwprądowym przewodzie odprowadzającym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejściu poniżej dolnej granicy uprzednio nastawionego stężenia składnika gazowego A kończy się fazę regeneracyjną.

Za pomocą sposobu według wynalazku w przypadku adsorpcyjnego rozdzielania osiąga się maksymalne wykorzystanie zdolności wytwórczej każdego adsorbera wobec równoczesnego podwyższenia wydajności produktu.

Podane niżej przykłady oraz rysunek objaśniają bliżej wynalazek.

Przykład I. Na rysunku podano schemat ideowy zmiennociśnieniowego urządzenia adsorpcyjnego, składające się z obu równolegle względem siebie rozmieszczonych adsorberów X i Y. Zachodzi w nich przesunięty w fazie identyczny cykl adsorpcja/regeneracja. Przykład I opisuje adsorpcyjne uzyskiwanie azotu z powietrza. Jako adsorbent stosuje się przy tym węglowe sito molekularne. Ewentualnie sprężone i wstępnie oczyszczone powietrze doprowadza się przez przewód 1 i zawór VI do znajdującego się w fazie adsorpcji adsorbera X. Przez zawór V5 i przewód 2 odbiera się obfity w azot produkt gazowy, gdyż tlen obecny w mieszaninie gazu wsadowego, czyli w powietrzu, wiąże się ze znacznie większą szybkością sorpcyjną na' adsorbencie. Za pomocą sondy-Lambda 4 mierzy się stężenie tlenu w obfitym w azot strumieniu produktu, odpływającym przez przewód 2. Jeżeli stężenie tlenu przewyższa uprzednio nastawioną wartość, np. 1%, to przerywa się fazę adsorpcyjną w adsorberze X, tzn. strumień gazu wsadowego - powietrze przez zawór V2 wówczas doprowadza się do adsorbera Y, przy czym wtedy przez zawór V6 i przewód 2 odprowadza się obfity w azot produkt gazowy. Podczas fazy regeneracyjnej, przebiegającej teraz w adsorberze X, regeneruje się adsorbent przy otwartym zaworze V3 drogą rozprężenia do ciśnienia otoczenia, przy czym poprzez zawór V3 i przewód 3 odprowadza się obfity w tlen strumień gazu resztkowego. Także w tzw. przewodzie gazu resztkowego 3 za pomocą sondy-Lambda 5 nieprzerwanie mierzy się stężenie tlenu w obfitym w tlen gazie resztkowym. Jeśli także tu zejdzie się poniżej uprzednio nastawionej wartości, np. 20%, to przerywa się fazę regeneracji adsorbera X i adsorber X ponownie przełącza się na fazę adsorpcji. Faza adsorpcji bądź regeneracji zatem kończy się w adsorberze zawsze wtedy, gdy nieprzerwanie mierzone stężenie tlenu przekracza górną granicę lub schodzi poniżej dolnej granicy uprzednio określonej wartości stężenia. Adsorbery zatem teraz już dalej nie przełączają się mniej lub więcej ślepo, dzięki czemu nie raz jest możliwe wyrównywanie małych wahań temperatury-dzień/noc lub -lato/zima. W sposobie według wynalazku zatem fazę adsorpcji przerywa się dopiero wtedy i przełącza się na fazę regeneracji, gdy osiągnie się granicę uprzednio i odpowiednio do zewnętrznych warunków ogólnych, takich jak wahania temperatury, starzenie adsorbenta, itp., nastawionego stężenia mierzonego składnika gazowego A, tzn. tlenu w przypadku przykładu I.

Przykład II. W przykładzie tym omawia się adsorpcyjne uzyskiwanie tlenu z powietrza. Wykorzystuje się przy tym okoliczność, że azot o wiele silniej wiąże się z zeolitycznymi sitami molekularnymi niż tlen. Znowu przewodem 1 przy otwartym

176 332 zaworze VI i V5 prowadzi się ewentualnie sprężone powietrze do adsorbera Y. Zaworem V5 i przewodem 2 odprowadza się strumień produktu obfitego w tlen, przy czym za pomocą analizatora, korzystnie za pomocą sondy-Lambda 4, nieprzerwanie mierzy się stężenie tlenu, np. 90%, w obfitym w tlen produkcie gazowym. W przypadku zejścia poniżej granicy uprzednio nastawionego stężenia tlenu kończy się fazę adsorpcji w adsorberze X i przełącza się na fazę regeneracji. Także w tym przypadku obsadzony adsorbent w adsorberze X regeneruje się przez rozprężenie do ciśnienia atmosferycznego. Stężenie tlenu nieprzerwanie mierzy się za pomocą sondy-Lambda 5 także w otrzymywanym podczas fazy regeneracji adsorbera X i odprowadzanym przez zawór V3 i przewód 3 obfitym w azot gazie resztkowym. Jeśli tu dochodzi do przekroczenia górnej granicy uprzednio nastawionego stężenia tlenu, np. wartości 50%, to przerywa się fazę regeneracji i ponownie przełącza się na fazę adsorpcji. Podczas gdy adsorber X znajduje się w fazie regeneracji, adsorber Y znajduje się w fazie adsorpcji, tzn. przez przewód 1 i zawór V2 doprowadza się ewentualnie sprężone powietrze do adsorbera Y, a przez zawór V6 i przewód 2 odprowadza się obfity w tlen produkt gazowy. Otrzymywany podczas regeneracji adsorbera Y gaz resztkowy odbiera się przez zawór V4 i przewód 3.

Sposób według wynalazku stwarza zatem możliwość realizowania pewniejszej i optymalniejszej eksploatacji urządzenia dzięki stałemu regulowaniu zmieniających się parametrów adsorpcji i desorpcji oraz innych czynników. Sposób według wynalazku nadaje się zwłaszcza do urządzeń nie dozorowanych przez personel.

Oprócz adsorpcyjnych sposobów rozdzielania, wspomnianych w przykładach, można sposób według wynalazku stosować względem takich mieszanin gazowych, w przypadku których dla co najmniej jednego z zawartych w mieszaninie gazu wsadowego składników gazowych dysponuje się odpowiednim miernikiem stężenia. Każdy miernik umożliwiający bezpośredni pomiar stężenia oznaczanego składnika jest odpowiedni do tego celu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób adsorpcyjnego rozdzielania mieszaniny gazu wsadowego składającej się z, co najmniej dwóch różnych składników drogą cyklicznego obsadzania i opróżniania adsorbenta, w którym mieszanina gazu wsadowego przepływa przez adsorbent z utworzeniem strumienia gazu zasadniczo składającego się albo z gazowego składnika A albo z gazowego składnika B i albo ten w gazowy składnik A lub B obfity strumień gazu albo ten podczas fazy regeneracji adsorbenta otrzymany, w gazowy składnik A lub B obfity strumień gazu stanowi uzyskiwany produkt, i przy czym adsorbent umieszczony jest wewnątrz pojemnika adsorbenta, który poprzez przewód doprowadzający zasila się mieszaniną gazu wsadowego i który dalej wykazuje współprądowy i przeciwprądowy przewód odprowadzający, znamienny tym, że podczas fazy adsorpcji nieprzerwanie mierzy się stężenie gazowego składnika A we współprądowym przewodzie odprowadzającym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejściu poniżej dolnej granicy uprzednio nastawionego stężenia składnika gazowego A kończy się fazę adsorpcyjną adsorbera poddanego przepływowi mieszaniny gazu wsadowego i rozpoczyna się fazę regeneracyjną w tym adsorberze, podczas fazy regeneracji nieprzerwanie mierzy się stężenie gazowego składnika A w przeciwprądowym przewodzie odprowadzającym, i po przekroczeniu górnej granicy lub po zejściu poniżej dolnej granicy uprzednio nastawionego stężenia składnika gazowego A kończy się fazę regeneracyjną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako mieszaniną gazu wsadowego wprowadza się powietrze.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że nieprzerwany pomiar stężenia składnika gazowego - tlenu prowadzi się za pomocą sondy-Lambda.