RU2140806C1 - Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха - Google Patents
Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU2140806C1 RU2140806C1 RU98122564A RU98122564A RU2140806C1 RU 2140806 C1 RU2140806 C1 RU 2140806C1 RU 98122564 A RU98122564 A RU 98122564A RU 98122564 A RU98122564 A RU 98122564A RU 2140806 C1 RU2140806 C1 RU 2140806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorbers
- receiver
- adsorption
- adsorber
- consumable
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с получением газовой смеси с повышенным содержанием кислорода. Установка состоит из воздушного компрессора, блока осушки и адсорбционного блока, содержащего ресивер, два заполненных сорбентом адсорбера, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки - к ресиверу, трубопроводы, соединяющие адсорберы с ресивером, источником сжатого воздуха, потребителем, и два параллельных трубопровода, соединяющих выходные патрубки адсорберов между собой, с установленными на них управляемыми клапанами и сужающими устройствами типа расходных шайб, причем проходные сечения расходных шайб различны и подобраны специальным образом, клапаны управления газовыми потоками и блок управления, осуществляющий переключение клапанов в определенной последовательности с целью реализации в адсорберах цикла адсорбция-регенерация. Технический результат - оптимизация величины расхода продуктового газа, подаваемого на регенерацию адсорбента, повышение эффективности процесса регенерации и улучшение рабочих характеристик установки в целом без дополнительных затрат энергии. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с получением газовой смеси с повышенным содержанием кислорода.
Известна короткоцикловая безнагревная адсорбционная установка для разделения воздуха с получением газовой смеси с повышенным содержанием кислорода, состоящая из воздушного компрессора и адсорбционного блока, содержащего ресивер, два заполненных сорбентом адсорбера, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки к ресиверу, трубопроводы, соединяющие адсорберы с ресивером, источником сжатого воздуха, потребителем и между собой, клапаны управления газовыми потоками и блок управления, осуществляющий переключение клапанов в определенной последовательности с целью реализации в адсорберах цикла адсорбция-регенерация /см. заявка Франция N 2569352, кл. B 01 D 53/02, A 61 M 16/10, 1986 г./
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности нормирования расхода газа с повышенным содержанием кислорода, подаваемого на регенерацию адсорбента независимо в каждый из адсорберов, что не позволяет учитывать индивидуальные особенности массообменных и гидродинамических процессов, происходящих в них, и снижает эффективность работы установки в целом.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности нормирования расхода газа с повышенным содержанием кислорода, подаваемого на регенерацию адсорбента независимо в каждый из адсорберов, что не позволяет учитывать индивидуальные особенности массообменных и гидродинамических процессов, происходящих в них, и снижает эффективность работы установки в целом.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является установка получения обогащенного кислородом воздуха, содержащая всасывающее устройство /компрессор/, влагоотделитель для подсушки воздуха и адсорбционный блок, состоящий из двух адсорберов с адсорбентом, ресивера, клапанов, соединительных трубопроводов /см. патент США N 4491459, кл. 55-163, 1985 г./
Вследствие неравенства рабочих характеристик адсорберов, которое всегда имеет место в реальных устройствах такого типа /различие по качеству адсорбента, различие гидравлического сопротивления слоя, различие геометрических размеров, причем отличия эти тем существеннее, чем больше размеры и чем сложнее конструкция/ эффективность работы этой установки ниже максимально достижимой, поскольку для уменьшения влияния этого фактора необходимо обеспечить возможность подачи газа на регенерацию каждого из адсорберов с расходом, соответствующим его индивидуальным особенностям, что в данной конструкции не предусмотрено.
Вследствие неравенства рабочих характеристик адсорберов, которое всегда имеет место в реальных устройствах такого типа /различие по качеству адсорбента, различие гидравлического сопротивления слоя, различие геометрических размеров, причем отличия эти тем существеннее, чем больше размеры и чем сложнее конструкция/ эффективность работы этой установки ниже максимально достижимой, поскольку для уменьшения влияния этого фактора необходимо обеспечить возможность подачи газа на регенерацию каждого из адсорберов с расходом, соответствующим его индивидуальным особенностям, что в данной конструкции не предусмотрено.
Предложена установка для получения кислорода из атмосферного воздуха, состоящая из воздушного компрессора, блока осушки и адсорбционного блока, содержащего ресивер, два заполненных сорбентом адсорбера, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки к ресиверу, трубопроводы, соединяющие адсорберы с ресивером, источником сжатого воздуха, потребителем и между собой, клапаны управления газовыми потоками и блок управления, осуществляющий переключение клапанов в определенной последовательности с целью реализации в адсорберах цикла адсорбция-регенерация, отличающаяся тем, что в установку введен второй трубопровод, соединяющий выходной патрубок одного адсорбера с выходным патрубком другого, причем на первом и на втором трубопроводах установлены клапаны и сужающие устройства типа расходных шайб, причем проходные сечения расходных шайб различны и подобраны специальным образом.
Предлагаемая установка, в отличие от прототипа, имеет в составе адсорбционного блока два параллельных трубопровода, соединяющие выходные патрубки адсорберов, с установленными на них управляемыми клапанами и расходными шайбами разного диаметра. Это позволяет при отладке технологического цикла оптимизировать величину расхода продуктового газа, подаваемого на регенерацию адсорбента, независимо для каждого из адсорберов, что повышает эффективность процесса регенерации и улучшает рабочие характеристики установки в целом без дополнительных затрат энергии.
На чертеже представлена схема предлагаемой установки.
Установка включает в себя воздушный компрессор 1, блок осушки 2, адсорбционный блок 3, связанные между собой трубопроводами. Адсорбционный блок 3, в свою очередь, состоит из двух адсорберов АД1, АД2, заполненных сорбентом, в слое которого происходит преимущественная сорбция азота, ресивера АК, в котором происходит накопление продуктового газа и усреднение его концентрации, а также сглаживание колебаний давления, вызванных циклической работой установки, и системы трубопроводов а, б, в, г, д, е, связывающих адсорберы АД1, АД2 и ресивер АК между собой, с источником сжатого воздуха, с потребителем и с дренажной магистралью. На трубопроводах установлены управляемые клапаны K1.., К6, обратные клапаны K01, К02 и сужающие устройства типа расходных шайб ДРН1, ДРН2, обеспечивающие управление газовым потоками в адсорбционном блоке, с помощью блока управления БУ, осуществляющего переключение клапанов K1,..., К6 для попеременной реализации в адсорберах АД1, АД2 цикла адсорбция-регенерация.
Установка работает следующим образом.
Воздушный компрессор 1 засасывает атмосферный воздух, сжимает его до давления 8...10 кгс/см2 и подает на вход блока осушки 2, в котором происходит отделение влаги и масла. Далее осушенный сжатый воздух поступает на вход адсорбционного блока 3. Блок управления БУ адсорбционного блока 3 управляет клапанами K1, ..., К6 таким образом, что каждый из адсорберов АД1, АД2, попеременно проходит цикл адсорбция-регенерация, причем в момент, когда один из них находится в стадии адсорбции, другой регенерируется.
Сжатый воздух, проходя по трубопроводу а через открытый клапан K1, поступает на вход адсорбера АД1 и движется через слой сорбента, в котором происходит преимущественная сорбция молекул азота. По мере повышения давления газа в адсорбере, концентрация кислорода на его выходе растет и достигает значения 90...95%.
Одновременно с этим из адсорбера АД2 осуществляется сброс оставшегося после предшествующей стадии адсорбции обогащенного азота газа, в дренаж через открытый клапан К4 и дренажный трубопровод б. По мере снижения давления в адсорбере АД2 происходит выделение молекул азота, поглощенных сорбентом ранее, т.е. его регенерация.
При достижении давления газа в адсорбере АД1 величины, большей, чем давление в ресивере АК, обратный клапан K01 автоматически открывается, и продуктовый газ с выхода АД1 поступает в ресивер АК. Одновременно с этим открывается клапан К5 и продуктовый газ по трубопроводу в через расходную шайбу ДРН 1 с оптимальным расходом поступает в выходной патрубок адсорбера АД2 и далее через слой сорбента и через открытый клапан К4 в дренажный трубопровод б, осуществляя продувку слоя от остатков обогащенного азотом газа.
Через определенный промежуток времени дренажный клапан К4 закрывается и в адсорбере АД2 происходит частичное восстановление давления за счет продолжающейся подачи продуктового газа с выхода АД1.
Во время осуществления продувки и частичного восстановления давления в АД2 продуктовый газ продолжает поступать в ресивер АК через обратный клапан K01, возмещая потери давления в ресивере, вызванные отбором газа потребителю.
При достижении давления газа в АД2 оптимальной величины, клапаны К5 и K1 закрываются и открываются клапаны К2 и К3 и цикл повторяется таким образом, что в адсорбере АД2 начинается стадия адсорбции, а в адсорбере АД1 - стадия регенерации, причем продувка и частичное восстановление давления в АД1 осуществляется подачей газа с выхода АД2 через открытый клапан К6 по трубопроводу г с оптимальным расходом, определяемым проходным сечением расходной шайбы ДРН2, и закрытием клапана К3, а потери давления в ресивере АК, вызванные отбором газа потребителю, возмещаются подачей продуктового газа с выхода АД2 через обратный клапан К02 по трубопроводу д.
Подбор проходных сечений расходных шайб для оптимизации процесса регенерации сорбента осуществляется расчетно-экспериментальным методом, который заключается в следующем: на стадии проектирования рассчитывают ориентировочный диаметр отверстия расходной шайбы по следующей формуле
где d - диаметр отверстия расходной шайбы, см;
3,62•10-2 - коэффициент, определяющий минимально необходимое значение расхода продувочного газа через единицу площади сечения адсорбера (определен экспериментально), кг/(c•см2);
S - площадь поперечного сечения адсорбера, см2;
T - температура газа перед расходной шайбой, К;
μ - - коэффициент расхода расходной шайбы;
P - расчетное значение давления адсорбции, кгс/см2;
B*- коэффициент рода газа, в нашем случае B* = 0,417 (для кислорода при надкритическом перепаде давлений).
где d - диаметр отверстия расходной шайбы, см;
3,62•10-2 - коэффициент, определяющий минимально необходимое значение расхода продувочного газа через единицу площади сечения адсорбера (определен экспериментально), кг/(c•см2);
S - площадь поперечного сечения адсорбера, см2;
T - температура газа перед расходной шайбой, К;
μ - - коэффициент расхода расходной шайбы;
P - расчетное значение давления адсорбции, кгс/см2;
B*- коэффициент рода газа, в нашем случае B* = 0,417 (для кислорода при надкритическом перепаде давлений).
При изготовлении в трубопроводы В, Г устанавливают расходные шайбы с диаметром отверстия, равным расчетному значению d. В процессе отладки фиксируют значение давления в каждом из адсорберов в конце стадии адсорбции. Диаметр отверстия расходной шайбы, устанавливаемой в трубопровод, через который осуществляется продувка адсорбера, имеющего большее давление в конце стадии адсорбции при условии установки в оба трубопровода расходных шайб с диаметром отверстия d, определяется экспериментально из условия достижения максимальной концентрации кислорода путем последовательного его увеличения от значения d до d1 с шагом 0,05-0,1 мм.
Так например, при испытаниях макетного образца предлагаемой установки, были получены следующие результаты (см. таблицу).
Таким образом предлагаемая установка для получения кислорода из атмосферного воздуха позволяет при тех же затратах энергии, что и у прототипа, получить более высокие технические характеристики.
Claims (1)
- Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха, состоящая из воздушного компрессора, блока осушки и адсорбционного блока, содержащего ресивер, два заполненных сорбентом адсорбера, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки - к ресиверу, трубопроводы, соединяющие адсорберы с ресивером, источником сжатого воздуха, потребителем и между собой, клапаны управления газовыми потоками и блок управления, осуществляющий переключение клапанов в определенной последовательности с целью реализации в адсорберах цикла адсорбция - регенерация, отличающаяся тем, что в установку введен второй трубопровод, соединяющий выходной патрубок одного адсорбера с выходным патрубком другого, причем на первом и на втором трубопроводах установлены клапаны и сужающие устройства типа расходных шайб, причем проходные сечения расходных шайб различны и диаметр отверстия одной из них определяется по формуле
где d - диаметр отверстия расходной шайбы, см;
3,62 • 10-2 - коэффициент, определяющий минимально необходимое значение расхода продувочного газа через единицу площади сечения адсорбера (определен экспериментально), кг/(с • см2);
S - площадь поперечного сечения адсорбера, см2;
Т - температура газа перед расходной шайбой, К;
μ - коэффициент расхода расходной шайбы;
Р - расчетное значение давления адсорбции, кгс/см2;
В* = 0,417 - коэффициент рода газа,
а диаметр отверстия другой расходной шайбы, устанавливаемой в трубопровод, через который осуществляется продувка адсорбера, имеющего большее давление в конце стадии адсорбции при условии установки в оба трубопровода расходных шайб с диаметром отверстия d, определяется экспериментально из условия достижения максимальной концентрации кислорода путем последовательного его увеличения от значения d до d1 с шагом 0,05 - 0,1 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122564A RU2140806C1 (ru) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122564A RU2140806C1 (ru) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2140806C1 true RU2140806C1 (ru) | 1999-11-10 |
Family
ID=20213388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98122564A RU2140806C1 (ru) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2140806C1 (ru) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202010009330U1 (de) | 2010-06-21 | 2011-10-20 | Ai Mediq S.A. | Einrichtung zur Komplexhypoxietherapie |
RU2607735C1 (ru) * | 2015-12-02 | 2017-01-10 | Леонид Федорович Шестиперстов | Разделение многокомпонентных газовых смесей способом короткоцикловой безнагревной адсорбции с трехэтапным извлечением целевого газа высокой чистоты |
RU169867U1 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-04-04 | Александр Владимирович Гущин | Устройство для извлечения кислорода из воздуха |
RU2628393C1 (ru) * | 2016-03-02 | 2017-08-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ТамбовСорбТех" | Роторно-пластинчатая адсорбционная установка |
RU2690285C1 (ru) * | 2018-11-02 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Осушитель воздуха кассетный колонного типа |
RU2690271C2 (ru) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Осушитель воздуха кассетный |
RU2749130C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-06-04 | Леонид Григорьевич Кузнецов | Устройство для выделения газообразного кислорода из смеси углекислого газа и кислорода |
RU2760134C1 (ru) * | 2021-04-28 | 2021-11-22 | Акционерное Общество "Грасис" | Способ получения кислорода из воздуха |
RU217973U1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-04-27 | Анастасия Дмитриевна Малыхина | Портативный кислородный концентратор |
-
1998
- 1998-12-08 RU RU98122564A patent/RU2140806C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202010009330U1 (de) | 2010-06-21 | 2011-10-20 | Ai Mediq S.A. | Einrichtung zur Komplexhypoxietherapie |
RU2607735C1 (ru) * | 2015-12-02 | 2017-01-10 | Леонид Федорович Шестиперстов | Разделение многокомпонентных газовых смесей способом короткоцикловой безнагревной адсорбции с трехэтапным извлечением целевого газа высокой чистоты |
RU2628393C1 (ru) * | 2016-03-02 | 2017-08-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ТамбовСорбТех" | Роторно-пластинчатая адсорбционная установка |
RU169867U1 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-04-04 | Александр Владимирович Гущин | Устройство для извлечения кислорода из воздуха |
RU2690271C2 (ru) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Осушитель воздуха кассетный |
RU2690285C1 (ru) * | 2018-11-02 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Осушитель воздуха кассетный колонного типа |
RU2749130C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-06-04 | Леонид Григорьевич Кузнецов | Устройство для выделения газообразного кислорода из смеси углекислого газа и кислорода |
RU2760134C1 (ru) * | 2021-04-28 | 2021-11-22 | Акционерное Общество "Грасис" | Способ получения кислорода из воздуха |
RU217973U1 (ru) * | 2022-05-30 | 2023-04-27 | Анастасия Дмитриевна Малыхина | Портативный кислородный концентратор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2189232C (en) | Method of recovering oxygen-rich gas | |
US4892566A (en) | Pressure swing adsorption process and system | |
US4640694A (en) | Adsorption process | |
ES8300304A1 (es) | Procedimiento de absorcion para descomponer por lo menos dos corrientes de gas crudo . | |
RU2140806C1 (ru) | Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха | |
EP0085155A1 (en) | Nitrogen generation system | |
NO179129B (no) | Fremgangsmåte ved separasjon av gassblandinger | |
US4521221A (en) | Method of producing a methane-rich gas mixture from mine gas | |
CN108619859B (zh) | 一种耦合式变压吸附制气系统及方法 | |
JPH02290219A (ja) | ガス混合物の分離 | |
US6461410B1 (en) | Method and apparatus for separating, removing, and recovering gas components | |
RU2754881C1 (ru) | Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха и способ управления | |
RU101646U1 (ru) | Установка для получения кислорода из атмосферного воздуха | |
KR101647017B1 (ko) | 응축 수분 배출 기능을 가지는 산소 농축 방법 및 장치 | |
CN108236829B (zh) | 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置 | |
CN101229472A (zh) | 气体干燥净化装置 | |
AU629740B2 (en) | Economical air separator | |
RU101645U1 (ru) | Установка для получения азота из кислородосодержащих смесей | |
RU196293U1 (ru) | Портативный мембранно-адсорбцонный концентратор кислорода | |
RU122907U1 (ru) | Адсорбционно-мембранная установка для разделения газовых смесей | |
CA1153316A (en) | Rapid cycle gas separation system | |
CN201127880Y (zh) | 气体干燥净化装置 | |
CN104449925B (zh) | 脱除合成气/天然气中co2的分离系统 | |
RU2760134C1 (ru) | Способ получения кислорода из воздуха | |
RU2278723C2 (ru) | Адсорбционная установка для концентрирования кислорода |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111209 |