RU174295U1

RU174295U1 - Device for enriching air with oxygen

Info

Publication number: RU174295U1
Application number: RU2017112139U
Authority: RU
Inventors: Марк Владиславович Королев
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2017-10-10

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для воздухоразделения с помощью адсорбционных процессов. Техническим результатом является более глубокая регенерация адсорбента и достигается в результате использования устройства, состоящего из как минимум двух адсорберов с адсорбентом, соединенных между собой системой трубопроводов, генератора перегретого пара, конденсатора влаги, накопителя влаги, клапанов с системой управления, обеспечивающей переключение стадий работы устройства, при этом каждый адсорбер содержит корпус, преимущественно выполненный в виде полого цилиндра, а также соединения для подвода и отвода разделяемого воздуха. Перегретый пар, получаемый с помощью генератора перегретого пара, создает в адсорбере условия для перехода всей влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние.The utility model relates to equipment for air separation using adsorption processes. The technical result is a deeper adsorbent regeneration and is achieved by using a device consisting of at least two adsorbers with an adsorbent, interconnected by a piping system, an overheated steam generator, a moisture condenser, a moisture accumulator, valves with a control system that provides switching of the device operation stages, each adsorber contains a housing, mainly made in the form of a hollow cylinder, as well as connections for supplying and removing shared air . Superheated steam, obtained using the superheated steam generator, creates conditions in the adsorber for the transition of all moisture accumulated in the adsorbent into a vaporous state.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для воздухоразделения с помощью адсорбционных процессов и может быть использована в лечебной терапии, химической, медицинской и других отраслях промышленности, где требуется использование воздуха с повышенным содержанием кислорода.The utility model relates to equipment for air separation using adsorption processes and can be used in medical therapy, chemical, medical and other industries where the use of air with a high oxygen content is required.

Известны устройства для очистки и осушки воздуха, включающие два адсорбера, соединенные трубопроводами, которые связаны с клапанами, обеспечивающими переключение режимов их работы с режима осушки в режим регенерации по команде от системы управления клапанами (см. заявку Японии N 61-35891 В, МКИ B01D 53/26, 53/02 от 86.08.15; заявка ЕПВ N 0212101, МКИ B01D 53/04, 53/26 от 87.03.04; заявка ФРГ N 3514473, МКИ B01D 53/26, от 86.10.23).Known devices for cleaning and drying air, including two adsorbers connected by pipelines that are connected to valves, providing switching of their operating modes from the drying mode to the regeneration mode on command from the valve control system (see Japan application N 61-35891 B, MKI B01D 53/26, 53/02 of 08/08/15; application EPO N 0212101, MKI B01D 53/04, 53/26 of 87.03.04; application of Germany N 3514473, MKI B01D 53/26, from 86.10.23).

Известно устройство для очистки и осушки сжатого воздуха (заявка ФРГ N 3304722, МПК B01D 53/26), содержащее два адсорбера, соединенные трубопроводами с установленными на них клапанами, которые обеспечивают поочередное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении, в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.A device for cleaning and drying compressed air (application Germany N 3304722, IPC B01D 53/26), containing two adsorbers connected by pipelines with valves installed on them, which provide alternate switching of adsorbers from the drying mode to the regeneration mode, a throttle with a drained feed pipe gas under reduced pressure, into the regenerated adsorber and dehumidifier with a dehumidifier valve that opens according to the switching rhythm of the adsorbers.

Недостатком известного устройства является то, что выброс накопившегося конденсата происходит в окружающую среду, а также при высоком давлении, поэтому использование приведенного устройства невозможно при осушке, например, природного газа, где в конденсате могут содержаться компоненты, опасные для человеческого организма и вредно воздействующие на окружающую среду.A disadvantage of the known device is that the accumulated condensate is released into the environment, as well as at high pressure, therefore, the use of this device is impossible when drying, for example, natural gas, where the condensate may contain components that are harmful to the human body and harmful to the environment Wednesday

Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является устройство для осушки сжатого газа (Патент РФ №2165786, МПК B01D 53/26). Устройство состоит из двух адсорберов, заполненных адсорбентом; распределительных клапанов, предназначенных для периодического переключения адсорберов, по мере насыщения влагой с режима осушки в режим регенерации; дросселя с трубопроводом подачи осушенного газа низкого давления в регенерируемый адсорбер; влагоотделителя, включающего в себя резервуар высокого давления с обратным клапаном, механически связанным с поплавковым устройством, и резервуар низкого давления с влагоотводящим клапаном и предохранительным клапаном.Closest to the claimed utility model (prototype) is a device for drying compressed gas (RF Patent No. 2165786, IPC B01D 53/26). The device consists of two adsorbers filled with an adsorbent; control valves for periodically switching adsorbers as they become saturated with moisture from the drying mode to the regeneration mode; a throttle with a pipeline for supplying dried low-pressure gas to the regenerated adsorber; a moisture separator including a high pressure tank with a check valve mechanically connected to the float device, and a low pressure tank with a moisture drain valve and a safety valve.

Для регенерации адсорбента в устройстве используется часть осушенного газа, который при пониженном давлении за счет дросселирования дросселем пропускается через регенерируемый адсорбер. В режиме регенерации часть сухого газа подается в адсорбер в обратном направлении. Газ, проходя через внутреннюю полость адсорбера и слой адсорбента, насыщается влагой. Достигнув верхнего фланца корпуса, имеющего температуру, отличную от температуры газа, влажный газ частично конденсируется на внутренней поверхности фланца. Капли конденсата, стекая с поверхности фланца, попадают на верхние слои адсорбента, что приводит к переувлажнению, частичному засорению или растрескиванию поверхности гранул адсорбента.To regenerate the adsorbent in the device, a part of the dried gas is used, which is passed through the regenerated adsorber at a reduced pressure due to throttling by the throttle. In the regeneration mode, part of the dry gas is fed back to the adsorber. Gas passing through the inner cavity of the adsorber and the adsorbent layer is saturated with moisture. Having reached the upper flange of the casing having a temperature different from the gas temperature, the moist gas partially condenses on the inner surface of the flange. Drops of condensate flowing down from the surface of the flange fall onto the upper layers of the adsorbent, which leads to waterlogging, partial clogging or cracking of the surface of the adsorbent granules.

Основным недостатком указанного устройства является недостаточная глубина регенерации адсорбента. По этой причине влага конденсируется на фланце адсорбера и, попадая на слой адсорбента, впитываются гранулами адсорбента, что приводит к ускоренному разрушению адсорбента и сокращению срока службы всего адсорбера в целом.The main disadvantage of this device is the insufficient depth of regeneration of the adsorbent. For this reason, moisture condenses on the flange of the adsorber and, getting on the adsorbent layer, is absorbed by the adsorbent granules, which leads to accelerated destruction of the adsorbent and shorten the life of the entire adsorber as a whole.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является более глубокая регенерация адсорбента.The technical result of the claimed utility model is a deeper adsorbent regeneration.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство для обогащения воздуха кислородом, содержащее компрессор, как минимум два адсорбера, наполненных адсорбентом, соединенные между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающей переключение стадий работы устройства, дополнительно введены генератор перегретого пара, конденсатор влаги и накопитель влаги. Новая совокупность элементов устройства позволяет увеличить глубину регенерации адсорбента, т.к. перегретый пар создает в адсорбере условия для перехода всей влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. После этого отработанный пар с влагой, испаренной из адсорбента, поступает в конденсатор и накопитель влаги для дальнейшего использования в генераторе перегретого пара.The technical result is achieved due to the fact that in the device for enriching air with oxygen, containing a compressor, at least two adsorbers filled with adsorbent, interconnected by a piping system, valves with a control system that switches the stages of the device, an additional superheated steam generator, a condenser are introduced moisture and moisture storage. A new set of elements of the device allows to increase the depth of regeneration of the adsorbent, because superheated steam creates conditions in the adsorber for the transition of all moisture accumulated in the adsorbent into a vapor state. After that, the exhausted steam with moisture evaporated from the adsorbent enters the condenser and moisture accumulator for further use in the superheated steam generator.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для обогащения воздуха кислородом, а на фиг. 2 изображен график изменения давлений внутри адсорберов в циклическом процессе очистки.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings of FIG. 1 and FIG. 2, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for enriching air with oxygen, and in FIG. 2 shows a graph of pressure changes inside the adsorbers in a cyclic cleaning process.

Устройство для обогащения воздуха кислородом состоит из компрессора 1, адсорберов 2 и 3, заполненных адсорбентом, конденсатора влаги 4, накопителя влаги 5, генератора перегретого пара 6 и электромагнитных клапанов 7-16. Принципиальная схема устройства показана на фиг. 1.A device for enriching air with oxygen consists of a compressor 1, adsorbers 2 and 3 filled with an adsorbent, a moisture condenser 4, a moisture accumulator 5, an overheated steam generator 6, and electromagnetic valves 7-16. A schematic diagram of the device is shown in FIG. one.

Работа предложенного устройства осуществляется в три стадии: стадия заполнения, стадия вытеснения и стадия регенерации.The operation of the proposed device is carried out in three stages: the stage of filling, the stage of displacement and the stage of regeneration.

Стадии работы устройства:Stage of operation of the device:

1. Стадия заполнения.1. The stage of filling.

Закрывается клапан 15, открывается клапан 7, и компрессор 1 подает сжатый атмосферный воздух в адсорбер 2 через клапан 7 через нижнюю часть адсорбера. Давление поднимается до заданного значения Р_ад.The valve 15 closes, the valve 7 opens, and the compressor 1 supplies compressed atmospheric air to the adsorber 2 through the valve 7 through the lower part of the adsorber. The pressure rises to the set value P _ad .

В это время клапан 14 закрывается, клапан 10 открывается, и давление в адсорбере 3 снижается до Р_дес путем сброса воздуха в адсорбере через клапан 10 в атмосферу. Затем клапан 10 закрывается, открывается клапан 12, и в адсорбер 3 подается перегретый пар из генератора перегретого пара 6 через клапан 12 через верхнюю часть адсорбера. Внутри адсорбера создаются условия для перехода влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. Потом клапан 12 закрывается, открывается клапан 16, и отработанный пар с влагой, испаренной из адсорбента, через клапан 16 поступает в конденсатор влаги 4, конденсируется и поступает в накопитель влаги 5. Если накопитель влаги 5 переполнен, то открывается клапан 10 и остатки пара выпускаются в атмосферу.At this time, the valve 14 closes, the valve 10 opens, and the pressure in the adsorber 3 decreases to P _des by venting the air in the adsorber through the valve 10 into the atmosphere. Then, valve 10 closes, valve 12 opens, and superheated steam is supplied to adsorber 3 from the superheated steam generator 6 through valve 12 through the upper part of the adsorber. Inside the adsorber, conditions are created for the transition of moisture accumulated in the adsorbent into a vaporous state. Then the valve 12 closes, the valve 16 opens, and the exhaust steam with moisture evaporated from the adsorbent passes through the valve 16 to the moisture condenser 4, condenses and enters the moisture accumulator 5. If the moisture accumulator 5 is full, then valve 10 opens and the remaining steam is discharged in atmosphere.

2. Стадия вытеснения.2. Stage of displacement.

Открывается клапан 13, и воздух, обогащенный кислородом, вытесняется из адсорбера 2 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 7 таким образом, чтобы не разрушить фронт адсорбции. Затем через клапан 13 поток воздуха, обогащенного кислородом, поступает в поток отбора системы Р.The valve 13 opens, and the oxygen-enriched air is displaced from the adsorber 2 by the air flow from the compressor 1 through the valve 7 so as not to destroy the adsorption front. Then, through the valve 13, a stream of oxygen enriched air enters the bleed stream of system R.

В это время клапан 16 закрывается, клапан 8 открывается, и заполнение адсорбера 3 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 8 через нижнюю часть адсорбера. Давление поднимается до заданного значения Р_ад.At this time, valve 16 closes, valve 8 opens, and the adsorber 3 is filled with air from compressor 1 through valve 8 through the bottom of the adsorber. The pressure rises to the set value P _ad .

3. Стадия регенерации.3. The stage of regeneration.

Клапан 7 и 13 закрывается, открывается клапан 9. Давление в адсорбере 2 снижается до значения Р_дес путем сброса воздуха в адсорбере через клапан 9 в атмосферу. Затем клапан 9 закрывается, клапан 11 открывается и в адсорбер 2 подается перегретый пар из генератора перегретого пара 6 через клапан 11 через верхнюю часть адсорбера. Внутри адсорбера создаются условия для перехода влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. Потом клапан 11 закрывается, клапан 15 открывается, и пар с влагой, испаренной из адсорбента, через клапан 15 поступает в конденсатор влаги 4, конденсируется и поступает в накопитель влаги 5. Если накопитель влаги 5 переполнен, то открывается клапан 9, и остатки пара выпускаются в атмосферу.Valve 7 and 13 closes, valve 9 opens. The pressure in the adsorber 2 decreases to the value of P _des by venting the air in the adsorber through valve 9 into the atmosphere. Then, valve 9 closes, valve 11 opens, and superheated steam is supplied to adsorber 2 from the superheated steam generator 6 through valve 11 through the upper part of the adsorber. Inside the adsorber, conditions are created for the transition of moisture accumulated in the adsorbent into a vaporous state. Then the valve 11 closes, the valve 15 opens, and steam with moisture evaporated from the adsorbent passes through the valve 15 to the moisture condenser 4, condenses and enters the moisture accumulator 5. If the moisture accumulator 5 is full, then valve 9 opens and the remaining steam is discharged in atmosphere.

В это время открывается клапан 14, и воздух, обогащенный кислородом, вытесняется из адсорбера 3 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 8 таким образом, чтобы не разрушить фронт адсорбции. Затем через клапан 14 поток воздуха, обогащенного кислородом, поступает в поток отбора системы Р.At this time, valve 14 opens and oxygen-enriched air is displaced from the adsorber 3 by the air flow from the compressor 1 through valve 8 so as not to destroy the adsorption front. Then, through the valve 14, a stream of oxygen enriched air enters the bleed stream of system R.

После завершения стадии регенерации в адсорбере 2 начинается стадия заполнения, и весь процесс повторяется сначала.After completion of the regeneration step in adsorber 2, the filling step begins, and the whole process is repeated again.

Таким образом предложенное устройство позволяет осуществлять более глубокую регенерацию адсорбента, что повысит эффективность воздухоразделения, а также качество воздуха, обогащенного кислородом, необходимого для лечебной терапии, медицинской, химической и других промышленных отраслей, где требуется использование воздуха с повышенным содержанием кислорода.Thus, the proposed device allows for deeper regeneration of the adsorbent, which will increase the efficiency of air separation, as well as the quality of the air enriched with oxygen, necessary for therapeutic therapy, medical, chemical and other industrial sectors, where the use of air with a high oxygen content is required.

Claims

A device for enriching air with oxygen, containing a compressor, at least two adsorbers, a system of control valves interconnected by pipelines, characterized in that it contains a moisture condenser, a moisture accumulator and a superheated steam generator, which are connected to the adsorbers and outlet pipes through the control valves.