способ разделения газа переменного состава короткоцикловой безнагревной адсорбцией

Формула изобретения

1. Способ разделения газа переменного состава короткоцикловой безнагревной адсорбцией, включающий повышение давления в адсорберах с цеолитом и продувку адсорберов газом переменного состава с получением кислородообогащенного газа, понижение в них давления с получением азотообогащенного газа, отличающийся тем, что в качестве газа переменного состава используют газ с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода, а продувку дополнительно проводят атмосферным воздухом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед повышением давления в адсорберах газом переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода их продувают частью ранее полученного кислородообогащенного газа и/или частью газа переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед повышением давления в адсорберах газом переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода его предварительно повышают частью ранее полученного кислородообогащенного газа и/или частью газа переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед понижением давления в адсорберах их продувают частью ранее полученного азотообогащенного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии разделения газов на цеолитах короткоцикловой безнагревной адсорбцией и может быть использовано для рекуперации кислорода, например, в медицине после оксигенотерапии.

Известен способ разделения газа постоянного состава (атмосферного воздуха) на кислород и азотообогащенные газы (US 4013423, 22.03.1977).

Наиболее близким к изобретению является способ разделения газа переменного состава короткоцикловой безнагревной адсорбцией, включающий повышение давления в адсорберах с цеолитом и продувку адсорберов газом переменного состава (газом, с постоянно возрастающей концентрацией азота) с получением кислородообогащенного газа, понижение давления с получением азотообогащеного газа (SU 874137, 23.10.1981).

Недостатком данного способа является необходимость предварительного получения газа переменного состава с постоянно возрастающей концентрацией азота из атмосферного воздуха.

Технической задачей изобретения является применение для разделения на кислородо- и азотообогащенные газы газа переменного состава с постоянно возрастающей концентрацией кислорода, без предварительного использования атмосферного воздуха.

Она достигается тем, что в адсорберах с цеолитом газом переменного состава с постоянно возрастающей концентрацией кислорода повышают давление и проводят продувку. Затем проводят дополнительную продувку атмосферным воздухом до формирования обрывного фронта выходных концентрационных кривых. При продувке получают кислородообогащенный газ. После продувки адсорберов в них понижают давление и получают азотообогащенный газ.

Для повышения концентрации кислорода в кислородообогащенном газе перед повышением давления в адсорберах газом переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода их продувают частью ранее полученного кислородообогащенного газа и/или частью газа переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода, или(и) предварительно повышают давление в адсорберах частью ранее полученного кислородообогащенного газа и/или частью газа переменного состава с постоянно увеличивающейся концентрацией кислорода.

Для повышение концентрации азота в азотообогащенном газе адсорберы перед понижением в них давления продувают частью ранее полученного азотообогащенного газа.

На чертеже изображена одна из возможных схем установки, реализующей изобретение.

Установка включает адсорбер с цеолитом 1, периодический источник кислородообогащенного газа переменного состава с постоянно возрастающей концентрацией кислорода 2, компрессор 3, вакуум-насос 4, ресивер кислородообогащенного газа 5, ресивер азотообогащенного газа 6, управляемые клапаны 7-15, обратные клапаны 16-17.

Установка работает циклично с периодическим продуцированием кислородо- и азотообогащенных газов.

Рассмотрение работы установки начинается с момента времени, соответствующего началу повышения давления в адсорбере 1. Указанный момент времени соответствует открытию клапана 7 при всех остальных закрытых клапанах.

Кислородообогащенный газ из источника 2 поступает в предварительно отвакуумированный адсорбер 1 и поднимает в нем давление. В результате преимущественной сорбции азота на цеолитах и постоянно возрастающей концентрации кислорода в газе, направляемом на разделение, газовая фаза в адсорбере обогащается кислородом с незначительным концентрационным градиентом по высоте слоя цеолита. При достижении в адсорбере 1 давления, равного атмосферному, открывают клапан 8 и кислородообогащенный газ поступает в ресивер 5 и через клапан 17 идет на потребление.

По мере сближения концентраций кислорода во входном и выходном газах адсорбера закрывают клапан 7 и открывают клапан 9. В адсорбере 1 осуществляют продувку атмосферным воздухом с помощью компрессора 3. При этом атмосферным воздухом вытесняют обогащенную кислородом газовую фазу и за счет преимущественной сорбции азота адсорбированная фаза обогащается азотом. С формированием обрывного фронта концентрационной кривой продувку адсорбера 1 воздухом прекращают. Закрывают клапаны 8, 9 и открывают клапаны 10 и 11.

В адсорбере 1 вакуум-насосом 4 понижают давление. Азотообогащенный газ на выходе из вакуум-насоса 4 направляют в ресивер 6 и далее через клапан 16 на потребление. При достижении в адсорбере 1 заданного остаточного давления закрывают клапаны 10 и 11 и открывают клапан 7. Цикл повторяют.

Для повышения концентрации кислородообогащенного газа перед повышением давления в адсорбере 1 открывают клапаны 8(15), 10, 12 и вакуум-насосом 4 продувают адсорбер 1 частью ранее полученного кислородообогащенного газа, находящегося в ресивере 5 или(и) частью газа переменного состава с высокой концентрацией кислорода из источника 2, или(и) при понижении давления после закрытия клапанов 10 и 11 открывают клапан 8(15) и в адсорбере 1 частью ранее полученного кислородообогащенного газа, находящегося в ресивере 5, или(и) частью газа переменного состава с высокой концентрацией кислорода из источника 2, предварительно повышают давление.

Для повышения концентрации азотообогащенного газа перед понижением давления в адсорбере 1 открывают клапаны 13 и 14 и частью ранее полученного азотообогащенного газа, находящегося в ресивере 6, продувают адсорбер 1.

Пример. Проверку способа осуществили на установке, представленной на чертеже. Объем адсорбера 5,8 л. Высота насыпного слоя 1,0 м. Адсорбер был засыпан цеолитом NaX фракции 2-3 мм. В качестве источника газа переменного состава с постоянно возрастающей концентрацией кислорода использовали модель медицинской барокамеры объемом 45 л, продуваемую баллонным кислородом концентрацией 99,8%. Величина остаточного давления в адсорбере составила 0,05 ата. Адсорбер работал в описанном режиме.

В первом цикле изменение концентрации кислорода в газе переменного состава было 21-75%. Концентрация кислорода в кислородообогащенном газе составила 68%. Концентрация азота в азотообогащенном газе - 91%.

Во втором цикле изменение концентрации кислорода в газе переменного состава было 75-95%. Концентрация кислорода в кислородообогащенном газе составила 90%. Концентрация азота в азотообогащенном газе - 90%.

При предварительном заполнении адсорбера частью кислородообогащенного газа, полученного после второго цикла до остаточного давления 0,6 ата, концентрация кислорода в кислородообогащенном газе после первого цикла составила 74%. Такая же концентрация была достигнута на первом цикле после продувки адсорбера 65% кислородообогащенного газа, полученного после второго цикла.

При предварительном заполнении адсорбера частью газа переменного состава с концентрацией кислорода 80-95% до остаточного давления 0,5 ата концентрация кислорода в кислородообогащенном газе после первого цикла составила 75%. При продувке адсорбера частью газа переменного состава с концентрацией кислорода 80-95% на первом цикле концентрация кислорода в кислородообогащенном газе составила 81%.

При продувке адсорбера 60% азотообогащенного газа, полученного после второго цикла, в первом цикле концентрация азота в азотообогащенном газе составила 95%.