Устройство для разделения, по меньшей мере, одного компонента газовой смеси путем адсорбции переменного давления

Изобретение относится к разделению, по меньшей мере, одного компонента газовой смеси путем адсорбции переменного давления. Устройство построено по принципу горизонтальной циркуляция газа и содержит гибкую перегородку (9), удерживаемую прижатой на внешнем крае набивки адсорбента (4). Объем между мембраной (9) и крышкой (10) камеры (1) сообщается трубопроводом (12) с одной (7) из камер (7, 5) с обеих сторон адсорбента (4). Крышка (2) сообщается через внешний трубопровод (12) и электроуправляемый клапан (14) с линией (8) получаемого газа, так что давление на верхней части гибкой перегородки по существу отслеживает давление получаемой газовой смеси, одновременно оставаясь в каждый момент цикла не ниже максимального реального давления процесса в адсорбенте 4. Применяется, в частности, для разделения компонентов воздуха. Изобретение обеспечивает повышение срока эксплуатации устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройству для разделения по меньшей мере одного компонента газовой смеси путем адсорбции переменного давления типа называемого "PSA" (Pressure Swing Adsorption) или "VSA" (Vacuum Swing Adsorption), содержащему в емкости, ориентированной в целом вертикально, содержащей верхнюю крышку, по меньшей мере одну набивку адсорбента, разделяющую первую вертикальную камеру, принимающую газовую смесь, которую нужно разделить, от второй вертикальной камеры, собирающей разделенную газовую смесь, причем гибкая перегородка, расположенная по существу горизонтально, удерживается прижатой над верхним краем набивки адсорбента средствами приложения давления.

Устройство такого типа описано в патенте US-A-5176721 (Hay/Vigor), принадлежащем фирме-заявителю. В устройстве этого типа, где циркуляция газов осуществляется горизонтально, уплотненная мембрана отделяет верхний объем, находящийся под по существу постоянным давлением, от нижнего объема, который подвергается периодическим изменениям давления, иногда значительным. Это приводит к предельному росту усталости конструкционных деталей устройства (на практике: металлических деталей, соединенных механически, таких как решетки, листовое железо, пластинки, обечайки, трубы, основания), к размерам которых предъявляются повышенные требования (толщина, классы сварки, точность пригонки), что существенно увеличивает стоимость производства и монтажа.

Задачей настоящего изобретения является разработка схемы устройства, позволяющей снизить издержки производства и монтажа, а также облегчить ремонт существующего парка устройств для заметного повышения срока эксплуатационной годности.

Для этого, согласно одному отличительному признаку изобретения, устройство содержит средства для управления давлением в объеме между гибкой перегородкой и крышкой.

Согласно частным характеристикам изобретения:

- верхний объем между гибкой перегородкой и крышкой сообщается с одной из указанных первой и второй камер,

- устройство дополнительно содержит средства нагружения гибкой перегородки,

- устройство содержит трубопровод, соединяющий верхний объем со второй камерой,

- устройство содержит проход между объемом и первой камерой,

- набивка адсорбента является кольцевой, причем первая и вторая камеры являются концентрическими.

Согласно предложенной схеме, давление в верхнем объеме больше не остается постоянным, но регулируется в зависимости от рабочих давлений в адсорбенте, обычно уравновешивается с одним из рабочих давлений перед адсорбентом или за ним, что также в значительной мере устраняет паразитные силы, передававшиеся до настоящего времени гибкой перегородкой на остальную часть конструкции устройства.

С другой стороны, устройство трубопровода или соединительного канала можно осуществить без существенной модификации существующих форм устройства.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания вариантов его осуществления, являющихся иллюстративными и неограничительными, и приводимого со ссылками на приложенные чертежи, в числе которых:

Фиг.1 изображает в разрезе по вертикали первый вариант осуществления устройства согласно изобретению, и

Фиг.2 - в частичном разрезе по вертикали второй вариант осуществления устройства согласно изобретению.

В варианте осуществления, представленном на фиг.1, можно видеть радиальный адсорбер, содержащий, в вертикальной по оси цилиндрической емкости 1, верхнюю крышку 2 и нижнее основание 3, по меньшей мере одну кольцевую набивку 4 адсорбента, коаксиальную с осью емкости 1, отделяющую внутреннюю камеру 5, образованную центральной перфорированной трубой 6, коаксиальной с осью емкости 1, от внешней камеры 7, сообщающейся с нижним объемом емкости 1, откуда на стадии получения через выходящий трубопровод 8 выходит полученная газовая смесь, отделенная от подаваемой газовой смеси, вводимой через нижний край центральной трубы 6. В фазе регенерации набивка адсорбента 4 продувается газовой смесью, выходящей при уменьшенном давлении через тот же нижний край центральной трубы 6. Адсорбент удерживается снаружи и отделен от наружной камеры 7 по меньшей мере одним перфорированным кольцом 15, коаксиальным с осью емкости 1.

Известным способом непроницаемая гибкая перегородка или мембрана 9 расположена горизонтально в емкости 1, чтобы полностью покрыть верхние края кольцевой камеры 7, кольцевой набивки адсорбента 4 и центральной трубы 5.

В показанном варианте реализации мембрана 9 накрыта по меньшей мере одним слоем 10 индивидуальных элементов или дисперсного материала, образующего балласт, такого как стеклянные, металлические или керамические шарики, а верхняя часть объема между крышкой 2 и мембраной 9 занята газонепроницаемой пленкой 11, сообщающейся через внешний трубопровод 12, проходящий через крышку 2, с линией 8 получаемого газа. Эта линия содержит электроуправляемый клапан 14, позволяющий регулировать давление в крышке 2 в зависимости от технологических параметров. В этом варианте реализации давление на верхней части мембраны 9 почти "отслеживает" давление получаемой газовой смеси, оставаясь в каждый момент цикла не ниже максимального реального давления процесса в адсорбенте 4.

Как вариант, линия 12 может просто выходить в верхнюю часть крышки 2, чтобы напрямую создать избыточное давление в верхнем объеме выше мембраны 9, причем основная часть этого внутреннего объема занята дисперсным материалом плотностью ниже, чем у дисперсного материала, наполняющего мембрану 9 и наложенного на последнюю.

В варианте реализации согласно фиг.2, объем выше мембраны 9 постоянно сообщается через по меньшей мере один калиброванный проход 13 с внутренней камерой 5 и "отслеживает" таким образом давление в этой внутренней камере 5.

Настоящее изобретение особенно актуально для устройств разделения компонентов воздуха, в частности для снабжения кислородом со степенью чистоты выше 90%. В этом случае адсорбент 4 содержит по меньшей мере один цеолит, предпочтительно типа LSX, предпочтительно LiLSX, причем мембрана 9 выполнена из материала, продающегося под названием "Hypalon", и/или из неопрена.

Хотя изобретение было описано в связи с частными вариантами осуществления, оно ими не ограничено, но может быть дополнено изменениями и вариантами, которые, как очевидно для специалиста, охватываются рамками нижеследующей формулы изобретения.

1. Устройство для разделения, по меньшей мере, одного компонента газовой смеси путем адсорбции переменного давления, содержащее в основном вертикальную емкость (1), содержащую верхнюю крышку (2), по меньшей мере, одну набивку (4) адсорбента, отделяющую первую вертикальную камеру (5), получающую газовую смесь, подлежащую разделению, от второй вертикальной камеры (7), собирающей отделенную газовую смесь, причем гибкая перегородка (9), расположенная, по существу, горизонтально, удерживается прижатой на верхнем крае набивки (4) адсорбента средствами приложения давления (10, 11), отличающееся тем, что оно содержит внешний трубопровод (12) и электроуправляемый клапан (14) для регулирования давления в объеме между гибкой перегородкой (9) и крышкой (2), причем крышка (2) сообщается через внешний трубопровод (12) с линией (8) получаемого газа, так что давление на верхней части гибкой перегородки, по существу, отслеживает давление получаемой газовой смеси, одновременно оставаясь в каждый момент цикла не ниже максимального реального давления процесса в адсорбенте (4).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем между гибкой перегородкой (9) и крышкой (2) сообщается (12, 13) с одной из указанных первой и второй камер.

3. Устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средства (10) нагружения гибкой перегородки (9).

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит трубопровод (12), связывающий указанный объем со второй камерой (7).

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит проход (13) между указанным объемом и первой камерой (5).

6. Устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что набивка (4) адсорбента является кольцевой, причем первая (5) и вторая (7) камеры являются концентрическими.

7. Устройство по одному из пп.1 или 2 для разделения компонентов воздуха, причем адсорбент содержит, по меньшей мере, один цеолит.