SU1028349A1 - Способ селективной адсорбции кислорода - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ АД;СОРБЦИИ КИСЛОРОДА ИЗ газовой смеси на молекул рных ситах под давлением, о т л и чают и йс   тем, что, с целью увеличени  степени извлечени  за счет повшаени  адсорбционной емкости , адсорбцию ведут на углеродных молекул рных ситах, нмек цих размер микропор 2,9-3,8 А и объем микропор 0,05-0,25 , при температуре сло  адсорбента, измен к цейс  от температу конденсации- очищаемого газа до температур окружающей среды, и возрастаквдей скорости пропускани  газового потока через адсорбент . 2. Способ по п. 1, отличающий с   тем, что температуру сло  адсорбента по ходу газа повышают от 40 до 300 град/м. 2. Способ по п. 1, отличающийс  тем, что скорость газового С потока повьшают в 2-4 раза по сравнению с начальной.

Description

Изобретение относитс  к способам селективной адсорбции кислорода и может быть применено на предпри ти х в цехах и лаборатори х, использующих особо чистые газы в качестве защитной среды, газа-носител  или рабочего тела. Известен способ разделени  бинарной газовой смеси, заключающийс  в том, что определенное количество газовой смеси ввод т под давлением в адсорбционную колонну, заполненную цеолитом. Отвод газовых фракций из адсорбционной колонны осуществл ют п од вакуумом при температуре близ кой к температуре газовой смеси, вво димой в колонну. Дл  разделени  смеси аргон - кислород примен ют цеолит с диаметром пор около 4 А. Дл  покры ти  теплоты десорбции скорость пропускани  газовой смеси через колонну поддерживают более высокой, чем это требуетс  дл  установлени  адсорбционного равновеси  f 1 . Недостатки способа в том, что селективность поглощени  кислорода из потока аргона про вл етс  на цеолите типа 4 А только в узком диапазоне температур 108-90 К. Способ не пригоден дл  разделени  смеси азот-кислород вследствие значительной адсорбции азота цеолитом 4 А. Давление адсорбции при указанных услови х не превышает 1,5 ата(1520 гПа) Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ очистки аргона от кислорода низкотемпературной адсорбцией на цеолитах NaA,KA или АдА при давлении 1,530 ата (1520-30390 гПа) в нескольких адсорберах 2 . Известный способ может использоватьс  лишь дл  очистки сырого арго на и смеси аргон - гелий от примеси кислорода, в присутствии же азота в очищаемых газовых смес х он не обес печивает высокой степени извлечени  кислорода вследствие одновременной адсорбции азота. Цель изобретени  - увеличение сте пени извлечени  кислорода за счет по вышени  адсорбционной емкости сорбента . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу селективной адсорбции кислорода адсорбцию ведут на углеродных молекул рных ситах, имеющкх размер микропор 2,9-3,8 А и объем микропор 0,05-0,25 смVr, при температуре сло  адсорбента, измен ющейс  от температуры конденсации очищенного газа до температуры окружающей среды, и возрастающей скорос ти пропускани  газового потока чере адсорбент. Предпочтительным  вл етс  повыше ние температуры сло  адсорбента по ходу от 40 до 300 град/м и скорости газового потока - в 2-4 раза по сравнению с начальной. На фиг. 1,2 приведены схемы процесса при давлении выше и ниже критического соответственно; на фиг.З график зависимости адсорбционной емкости углеродного молекул рного сита в зависимости от размера микропор. Технологи  способа состоит в следующем . Дл  осуществлени  процесса селективной адсорбции кислорода при давлении выше критического (фиг. 1) сжиженный в ректификационной колонне или конденсаторе очищаемый газ (азот или аргон с примес ми кислорода ) сжимают в жидкостном насосе 1 до 15-16,5 МПа, направл ют в низкотемпературный теплообменник 2, где осуществл ют газификацию сжатого сжиженного газа. Из теплообменника очищаемый газ с температурой равной критической поступает снизу в один из адсорберов 3, заполненный углеродным Молекул рным ситом. Нижние слои адсорбента, охлаждаемые до 130155 К поглощают максимальное количество кислорода (около 12 см /г), а верхние слои адсорбента, имеющие температуру близкую к 300 К, поглощают минимальное количество кислорода (около 0,6 ). Очищенный газ подогревают в теплообменнике 4 и закачивают в баллоны. В процессе очистки скорость газового потока, отнесенна  к полному сечению адсорбента , увеличиваетс  за счет увеличени  обьема очищаемого газа. При термической десорбции, с повышением температуры сло  адсорбента , в межтрубное пространство адсорбента направл ют гор чий регенерирующий газ (воздух, азот) по линии 5 и отвод т его из системы по линии 6. Одновременно производ т снижение давлени  от .рабочего до атмосферного с последующим вакуумированием сло  углеродного молекул рного сита до 0,1-0,01 мм рт.ст. (0,13-0,01 гПа) по линии 7. В процессе селективной адсорбции кислорода при давлении ниже критического (фиг. 2) воздух при температуре близкой к насыщению поступает в ректификационную колонну 8, где производ т его разделение в аппарате двухкратной ректификации и получают чистый кислород с концентрацией не ниже 99,7% и чистый азот, содержащий 0,01-1,0% кислорода. Газообразный азот при давлении 0,13-0,1-4 МПа отбирают из верхней части ректификационной колонны низкого давлени  и направл ют в один из двух переключающихс  адсорберов 9. Температура очи .щаемого азота на входе в адсорберы 178-80 К, на выходе из адсорберов около 300 К. При этом скорость газо вого потока увеличиваетс  в 4 раза. Полна  адсорбционна  емкость углеродного молекул рного сита при 7880 К - около 17 . Очищенный азот сжимают компрессором и закачивают в баллоны. Регенерацию адсорбента провод т в изотермических или неизотермических услови х, использу  гор чий регенерирующий газ (воздух, азот). Продукты десорбции (кислород) удал  ют вакуумированием сло  адсорбента. П р и м .е р 1 (фиг. 1). Сжиженный аргон, содержащий 3% кислорода и менее 0,001% азота, сжимают в жидкостном насосе до 15 МПа, нагревают в теплообменнике до 152 К и направл ют в один из адсорберов с углеродным ситом, имею1дим размер микропор 3,8 А и объем микропор 0,15 . В процессе селективной адсорбции кислорода температуру очищаемой смеси и адсорбента повышают от 152 до 295 К. Очищенный аргон, содержащий менее 0,001% кислорода, имеющий температуру 295 К, поступает в пред в ари те ль ный те пл оо бме н н ик, на гре в а- етс  до 310 К и направл етс  в баллоны . При прохождении через адсорбер скорость очищаемой газовой смеси увеличиваетс  в два раза. Производительность установки 12 , вы сота сло  углеродного молекул рного сита 2,5 м. TeivtnepaTypy сло  адсорбента Т повышают -по графику показательной функции с показателем степе ни равным 2,0: Т-Т. тическа  температура смеси или темп ратура насыщени , К - констатнта, и ен юца с  в пределах 1,1-2,0; Н высота сло  адсорбента. П р и м е р 2 (фиг. 1). Сжиженный аргон, содержащий 2% кислорода и менее 0,001% азота, сжимают в жидкостном насосе до 16 МПа, нагревают в теплообменнике до 151 К и направл ют в один из адсорберов с углеродным молекул рным ситом, имеющим размер микропор 3,3 А и объем микропор 0,25 . В процессе селективной адсорбции кислорода температуру очи щаемой смеси и адсорбента повышают от 151 -до 300 К. Очищенный аргон, с держащий менее 0,002% кислорода, имеющий температуру 300 К, направл  ют в предварительный теплообменник, нагревают до 310 К и нагнетают в баллоны. При прохождении через адсорбер скорость очищаемой газовой смеси увеличиваетс  в два раза. Про изводительность установки 5 , высота сло  углеродного молекул рно го сита 2,1 м. Температуру сло  адсорбента повышают по графику показа тельн:и функции с показателем степе ни 1,3. Примерз,(фиг. 2). Газообазный азот, содержащий 1,0% кислоода , при 0,13 МПа и 78 К поступает в один из переключающихс  дсорбентов , заполненных углеродным молекул рным ситом с размером микропор 3,1 А и объем микропор 0,11 CMVr. В процессе селективной адсорбции кислорода температуру очищаемой газовой смеси и адсорбента повышают от 78 до 300 К. Очищенный азот, содержащий менее 0,001% кислорода, направл ют при 300 К в мембранный компрессор , сжимают и закачивают в баллоны. При прохождении через адсорбер скорость очищаемой газовой смеси увеличиваетс  в четыре раза. Высота сло  адсорбента 2,0 м. Температуру сло  адсорбента по высоте повышают по графику показательной функции с показателем степени 1,5. П р и м е р 4 (фиг. 2). Газообразный азот, содержащий 0,01% кислорода , при 0,14 МПа и 80 К поступает в один из переключающихс  адсорберов , заполненный углеродным молекул рным ситом с размером микропор 2,9 А и объем микропор 0,05 . -В процессе селективной адсорбции кислорода температуру очищаемой смеси и адсорбента повышают от 80 до 300 К. Очищаемый азот, содержащий менее 0,003% кислорода, направл ют при 300 К в мембранный компрессор, сжимают и закачивают в баллоны. При прохождении через адсорбер скорость очищаемой газовой смеси увеличиваетс  в четыре раза. Высота.сло  адсорбента 3,0 м. Температуру сло  адсорбента по высоте повышают по графику показательной функции с показателем степени 1,1. В процессе селективной адсобции кислорода в качестве адсорбента используют углеродные молекул рные сита , с размером микропор 2,9-3,8 X и объем микропор 0,05-0,25 см Vr. Эффективный размер молекулы кислорода 2,8 А, а молекул gsora и аргона соответственно 3,7 А и 3,8 А. В св зи с этим нижний предел размера микропор углеродного молекул рного сита (2,9 А) определ етс  возможностью адсорбции молекул кислорода в указанном диапазоне температур. При увеличении размера микропор более 3,8 А происходит совместна  адсорбци  кислорода и очищаемого газа (азота или аргона), т.е. прекращаетс  процесс селективной адсорбции кислорода , Таким образом, диапазон 2,9-3,8 А обеспечиваем процесс селективной адсорбции кислорода из потока очищаемого аргона или азота. При синтезе углеродных молекул рных сит происходит планомерное образование микропор определенного размера и определенного объемй. В таблице приваде ны результатты исследовани  микропористой структуры углеродных молекул рных сит, имеющих различную степень обгара.

Увеличение объема микропор приводит к увеличению адсорбционной емкости углеродного молекул рного сита , т.е. к увеличению количества поглощаемого кислорода.

I CtaumftHHfe Itor

untmnu M t ftmtH uKenuiHHjf jPtff. r

лмму

Углеродные молекул рные сита, имеющие строго определенные параметры микропористой структуры, позвол ют производить селективную адсорбцию кислорода из газовых смесей, содержащих азот, аргон, гелий и некоторые другие газы. В отличие от цеолитов типа NaA, КА и AgNaA область селективной адсорбции наблюдаетс  от температуры конденсации дл  этой смеси до температуры окружающей среды. Поглощение примесей кислорода произ вод т при любом давлении вьиие атмосферного .

Согласно данному способу селективную адсорбцию кислорода провод т, при переменной температуре, хладагент дл  термостатировани  сло  адсорбен;Та не используетс , в то врем  как в известном способе расход хладагент . 2,0-0,8 кгум очищаемого газа.

Охлаждение сло  адсорбента производ т очищаемым газом, адсорбиру  при этом только примесь кислорода. Способ позвол ет повысить степень использовани  адсорбционной емкости адсорбента до 0,95-0,97 в.Ызвестном 0,8), а также получить азот особой чистоты по ГОСТу 9293-74 или аргон высокой чистоты по ТУ 6-21-12-74.

7 Ktayyteuy «осаег

Claims (2)

1. СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ АДСОРБЦИИ КИСЛОРОДА из газовой смеси (на молекулярных ситах под давлением, о т л и чают и й с я тем, что, с целью увеличения степени извлечения| за счет повышения адсорбционной емкости, адсорбцию ведут на углеродных молекулярных ситах, имеющих размер микропор 2,9-3,8 А и объем микропор 0,05-0,25 см*/г, при температуре слоя адсорбента, изменяющейся от температуры конденсации- очищаемого газа до температуры окружающей г-рр-дм, и возрастающей скорости пропускания газового потока через адсорбент.

2. Способ поп. 1, отличающи й с я тем, что температуру слоя адсорбента по ходу газа повышают от 40 до 300 град/м.

2. Способ по π. 1, о т л и ч а говд и й с я тем,¹ что скорость газовогоg потока повывают в 2-4 раза по срав нению с начальной.