(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА . - - .1 Изобретение относитс к разделению атмосферного вoздyka методом адсорб ции на две фракции, азотообогащенную и кислородообогащенную, и может быть применено в процессах и производствах которые используют или азотообогащенную фракцию или, что предпочтительнее , обе фракции в качестве источника газовых сред при изготовлении полупро водниковых приборов, литье деталей из ьюталлов и пластмасс, созданкш взрыво пожаробезопасных защитных атмосфер эксппуатацйи авиационных и морских устройств. Известен способ получени кондаошонной азотообогащенной фракции в основу которого положен адиабатический процесс переменного давлени . Адсорбци азота происходит при возрастаиии давлени , десорбци - при поиижеиии давлени в процессе. С целью повышекй частоты азотообогащеиной фракции предусмотреИа стади продувки адсорбейта газом tn Наиболее близким к изобретению вл етс способ, согласно которому разделение воздуха провод т в двух параллельных ветв х адсорберов, работающих в попеременных циклах адсорбции-десорбции . На стадии адсорбции, осу цествл емой при околоатмосферном давлении в адсорбер, заполиенный цеолитом, подают воздух, предварительно осушенЧ ный и очищенный от двуокиси углерода в независимой установке. В результате преимущественной сорбции азота газова фаза обогащаетс кислородом. Ее вывод т из адсорбера, усредн ют по концентрации в газгольдере и используют в качестве продуктовой кисло одробогащеиной 4Факции. На стадии десорб ции, осуществл емой при вакуумировании , из адсорбера вывод т ранее адсорбированный азот, усредн ют в газгольдере по концентрации и и.спользуют в качестве продуктовой азотообогащенной 4факции. С целью повышени чистоты продуктовых фракций перед стадией адсорбции в адсорбере поднимают давление пугем заполиени его частью газа продуктовой кислородообогаценной фракции, а перед стадией десрр бции адсорбер продувают частью газа продухтовой аэотообогацеиной фракции. Со- гласио данному способу в качестве продуктов получают 97,7% азот и обогащенный по кислороду воздух 2. Недостаток известного способа заключаетс в том, что он может быть осуществлен только при работе установки адсорбционного разделени на сухом воздухе, так как использование ,влажного воздуха понижает емкость ед .сорбента по раздел емом компонентам, далее в том, что в св зи с постепенным приближением системы к стационарному состо нию из-за ввода части продуктовых фракций дл продувки и запол нени адсорбера,данный метод вл етс высокоинерционным. Цель изобретени - использование в качестве раздел емой смеси неосушенного и неочищенного воздуха и повышение интенсивности процесса. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу разделени атмэсферного воздуха на азотобогаценную и кислородобогащенную фракцииадсорбцией в адсорберах с неподвижньм слоем адсорбента при посто нной температуре включающий заполнение адсорбентов газом j продувку газом адсорбента с последующей десорбцией азотобогащенной фракции при понижении давлени , в качестве газа дл заполнени адсорберов и продувки адсорбента используют газ переменного состава с посто нно возра тающей концентрацией азота, предварительно полученный в независимой группе адсорберов при понижении в ней дав лени . Техническим средством воплощени обнаруженного эффекта, который заключаетс в возможности получений кондиционной азотообогащенной фракции; при продувке адсорбера газом переменного состава с постепенно увеличиванщимс содержанием азота, вл етс система, состо ща , по меньшей мере, из двух групп адсорберов с соответствук (им ти пом адсорбента, из которых одна проду цирует азото- и кислородообогащеиную фракции (далее названа продуцирующей группой), а друга предназначена.дл получени продувочного газа переменной концентрации (далее названа проду вочной группой) . Продувочный газ переменного состава полученный при постепенном понижении давлеии в продувочной группе, ввод т в продуцирующую группу с последу щим выводом из нее кислородообогащенной фракции, часть которой нспользуют в качестве кислородного продуктового газа и некондиционной азотообогащенной фракции. После завершени продувки в продуцирующей группе понижают давление и вывод т кондиционную азотообогащенную фракцию, используеную в качестве продуктового газа. На чертеже приведена схема установки разделени воздуха периодического дейстцн . Установка содержит трубопровод I подачи воздуха к компрессору, компрессор 2-исходной газовой смеси, трубопровод 3 подачи воздуха к адсорберу электро (пневмо/- магнитные клапаны 4, 10, 13, 14, 18, 21, 23 и 24, коллектор 5 продувочного адсорбера, продувочный адсорбер 6, продуцирующий адсорбер 7, вакуум-насос 8 азотообогаВ (енной фракции, ннжний коллектор 9 продуцирующего адсорбера, трубопровод II вывода азотообогащенной фракции, трубопровод 12 подачи азотообогаще иной акций на потребление, трубопровод 15 вывода продувочного газа из адсорбера , регул тор 16 расхода, трубопровод 17 подачи продувочного газа, верхний коллектор 19 продуцирующего адсорбера , трубопровод 20 подачи кислородообогащенной фракции на потребление | трубопровод 22 вывода продувочного га за, вакуум-насос 25 продувочного газа , трубопровод 26 подачи продувочного газа к вакуум-насосу 25, трубопровод 27 подачи продувочного газа в ресивер , ресивер 28 переменного объема, компрессор 29 продувочного газа, трубопровод 30 подачи продувочного газа к компрессору, трубопровод 31 подачи продувочного газа от компрессора. . Рассмотрение работы схемы начинаетс с момента времени, соответствующего иачалу стадии продуцировани кондиционной азотообогащенной фракцйн в адсорбере 7 (предполага , что азотообогащен«а фракцн накоплена в нём ранее) и заполнени воздухом в адсорбере 6. Указанный момент времени соответствует открытию клапанов 4 и 10 при всех остальных закрытых Kifianaaav.. Подлежащий разделению воздух по трубопроводу 1 подают на сжатие в компрессор 2, Сжатую смесь по трубопроводу 3, через клапан 4, коллектор 5 направл ют в-адсорбер 6 заполненный соответствукщим адсорбента. Ввод воздуха в адсорбер 6 сопровождаетс поглощением азота, накоплением его на адсорбенте при одновременном обогащенин газовой фазы кислородом. Давление в адсорбере 6 постепенно повышают одновременно со стадией заполнени воздухом в адсорбере 6,а в адсорбере 7 осуществл ют продуцирование кондиционной азотообогащенной фракции. Дл этого азотообогащенную фракцию вакуум-насосом 8 через коллектор 9, клапан 10 и трубопровод II вывод т из ад сорбера 7 и по трубопроводу I2 направ л ют на потребление. В ходе отбора продуктового газа давление в адсорбере 7 уменьшаетс . При достижении определенного минимального давлени в адсо рбере 7 и максимального в адсорбере 6 клапаны А и 10 закрывают и осуществл ют стадии продуцировани пр дувочного газа и заполнени продувочным газом. Дл этого открывают клапаны 13 и 14. Начальные порции продувочного газа , обогащенные кислородом, при посте пенном понижении давлени в адсорбере 6, по трубопроводу 15, через клапан 13, регул тор 16, трубопровод 17, клапан 14 и коллектор 9 поступает в адсорбер 7. Дл нормального протекани процесса максимальное давление в адсорбере 6 должно быть выше максимального давлени в адсорбере 7. Ввод про дувочного газа в адсорбер 7 сопровбждаетс поглощением азота соответствую щим тином адсорбента и одновременным обогащением газовой фазы кислородом. При достижении определенного давлени в адсорбере 7 открывают клапан , 18 и осуществл ют стадию продуцировани кис лородообогащенной фракции, начальные порции которой значительно обогащены кислородом и используютс в качестве кислородного продуктового газа..проду вочный газ, поступающий из адсорбера 6,.вытесн ет из адсорбера 7 кислородообогащенную газовую фазу через коллектор 19, клапан 18 и трубопровод 20 на потребление. Спуст определённый промежуток времени , завис щий от величины средней концентрации кислородного продуктового газа, клапан 18 закрывают и открывают , клапан 21« Поступающий иэ адсорбера 6 продувочный газ перемеиного состава через коллектор 19, клапан 21, трубопровод 22 вытесн ет из адсорбера 7 газовую фазу, ковцеитраци кислорода в которой постепенно уменьшаетс . При достижении определенной концентрации кислородообогащенна фракци смен етс некондиционной азотообогащениой фракцией, т.е. в адсорбере 7 осуцествл ют стадию продуцировани некондиционной азотообогаценной фракции. При достижении в адсорбере 6 давлени , равного давлению в адсорбере 7, которое посто нно, закрывают клапаны 13 и 14 и открывают клапаны 23 и 24. Продувочный газ, обогащенный азотом, вакуум-насосом 25 по коллектору 5, через клапан 23, трубопровод 26, трубопровод 27 подают в ресивер 28. Из ресивера 28 продувочный газ компрессором 29 сжимают до определенного давлени и по трубопроводу 30, трубопроводу 31 , через клапан 24 и коллектор 9 нагнетают в адсорбер 7. Из адсорбера 7 через коллектор 19, клапан 21, трубопровод 22 вывод т некондиционную азотообогащенную фракцию, коицемтраци азота в которой постепенио увеличиваетс . При достижении минимального давлени в адсорбере 6 все ранее открцтые клапаны закрывают и открывают клапаны 4 и 10. Цикл повтор ют, череду стадии процесса. Характер изменени концентрации азота в продувочном газе переменного состава зависит от давлени адсорб- ции и десорбции, типа, завлажненности и степени продувки адсорбента в адсорберах независимой группы. Сведени о его составе дл цеолита 11аХ при различиых сочетани х указанных факторов приведены в таблице.(54) METHOD FOR SEPARATION OF ATMOSPHERIC AIR. - - .1 The invention relates to the separation of atmospheric air by adsorption into two fractions, nitrogen-enriched and oxygen-enriched, and can be used in processes and industries that use either the nitrogen-enriched fraction or, preferably, both fractions as a source of gaseous media in the manufacture of semiconductor instrumentation, casting of parts from plastic and plastic, created explosion of fireproof protective atmospheres of aviation and marine devices. A known method for producing the kondochenial nitrogen-enriched fraction based on the adiabatic variable pressure process. Nitrogen adsorption occurs with increasing pressure, desorption - with increasing pressure and pressure in the process. In order to increase the frequency of the nitrogen-containing fraction, the stage of adsorbing is carried out with tn gas. The method closest to the invention is that air separation is carried out in two parallel branches of adsorbers operating in alternating adsorption-desorption cycles. At the adsorption stage, which is carried out at about atmospheric pressure, the adsorber is filled with zeolite and is fed with air that has been previously dried and purified from carbon dioxide in an independent installation. As a result of the predominant sorption of nitrogen, the gas phase is enriched with oxygen. It is removed from the adsorber, averaged over the concentration in the gasholder, and used as a product acid for the 4th Faction. At the stage of desorption, carried out during the evacuation, the previously adsorbed nitrogen is removed from the adsorber, averaged over the gas tank over the concentration and used as the product nitrogen-enriched 4faction. In order to increase the purity of the product fractions, before the adsorption stage in the adsorber, the pressure is raised by filling it with a part of the gas with an oxygen-rich product gas, and before the desorption stage, the adsorber is purged with a part of the gas with a production aootobogceina fraction. According to this method, 97.7% nitrogen and oxygen-enriched air are obtained as products. A disadvantage of this method is that it can be carried out only with the operation of an adsorption separation unit in dry air, since the use of moist air reduces the capacity of the adsorbent for the components to be separated, further in that, due to the gradual approach of the system to the stationary state due to the introduction of part of the product fractions for purging and filling the adsorber, this method is high oinertsionnym. The purpose of the invention is to use undiluted and untreated air as a separable mixture and to increase the intensity of the process. The goal is achieved by the fact that according to the method of separating atmospheric air into nitrogen-rich and oxygen-enriched fractions adsorption in adsorbers with a stationary layer of adsorbent at a constant temperature, which includes filling the adsorbents with gas j, purging the adsorbent with gas, followed by desorption of the nitrogen-enriched fraction under the pressure of the gas, the purge gas of the adsorbent followed by desorption of the nitrogen-enriched fraction under the pressure of the gas, followed by the release of undo-active lamination. adsorbent purges use a variable composition gas with a continuously increasing concentration of nitrogen, previously obtained in an independent group of adsorbers with a decrease in pressure in it. The technical means of implementing the observed effect, which is the possibility of obtaining the conditioned nitrogen-enriched fraction; when purging an adsorber with a gas of variable composition with a gradually increasing nitrogen content, there is a system consisting of at least two groups of adsorbers with a corresponding (named after adsorbent, one of which produces nitrogen and oxygen-rich fractions (hereinafter referred to as the producing group ), and a friend is intended to obtain a purge gas of varying concentration (hereinafter referred to as the purge group). The purge gas of variable composition obtained with a gradual decrease in pressure in the purge group, input t to the producing group, followed by withdrawal of the oxygen-enriched fraction from it, part of which is used as an oxygen product gas and substandard nitrogen-enriched fraction. After the completion of the purge, the production group decreases the pressure and displays the conditioned nitrogen-enriched fraction used as product gas. installation scheme for air separation of periodic operation. The installation contains a pipeline I to supply air to the compressor, a compressor 2-source gas mixture si, pipeline 3 for supplying air to the adsorber electro (pneumatic / - solenoid valves 4, 10, 13, 14, 18, 21, 23 and 24, manifold 5 of the purge adsorber, purge adsorber 6, producing adsorber 7, vacuum pump 8 of the fraction, the manifold 9 of the producing adsorber, pipeline II of the nitrogen-enriched fraction output, pipeline 12 for supplying nitrogen-rich gas for consumption, pipeline 15 for removing the purge gas from the adsorber, flow regulator 16, pipeline 17 for supplying the purge gas, upper collector 19 for producing an adsorber , Feed line 20 kislorodoobogaschennoy fractions consumption | a purge gas outlet pipe 22, a purge gas vacuum pump 25, a purge gas supply pipe 26 to a vacuum pump 25, a purge gas supply pipe 27 to a receiver, a variable volume receiver 28, a purge gas compressor 29, a purge gas supply pipe 30 to a compressor , pipeline 31 supplying purge gas from the compressor. . Consideration of the operation of the circuit starts from the time point corresponding to the beginning of the production stage of conditioned nitrogen-enriched fraction in adsorber 7 (assuming that the nitrogen enriched in the fraction accumulated in it earlier) and filling in air in the adsorber 6. The indicated time corresponds to the opening of valves 4 and 10 for all the others closed Kifianaaav .. The air to be separated through pipeline 1 is fed to compression into compressor 2, compressed mixture through pipeline 3, through valve 4, collector 5 directs adsorber 6 filled corresponding kschim adsorbent. The introduction of air into the adsorber 6 is accompanied by the absorption of nitrogen, its accumulation on the adsorbent, while the gas phase is enriched with oxygen. The pressure in the adsorber 6 is gradually increased simultaneously with the stage of filling with air in the adsorber 6, and in the adsorber 7 the production of the conditioned nitrogen-enriched fraction is carried out. For this, the nitrogen-enriched fraction of the vacuum pump 8 through the manifold 9, the valve 10 and the pipeline II is removed from the adsorber 7 and directed through the pipeline I2 to consumption. During the sampling of the product gas, the pressure in the adsorber 7 decreases. When a certain minimum pressure is reached in adsorber 7 and the maximum in adsorber 6, valves A and 10 close and carry out the steps of producing a spin gas and filling with a purge gas. To do this, open the valves 13 and 14. The initial portions of the purge gas, enriched with oxygen, with a gradual decrease in pressure in the adsorber 6, through the pipeline 15, through the valve 13, the regulator 16, the pipeline 17, the valve 14 and the collector 9 enters the adsorber 7. In order for the process to proceed normally, the maximum pressure in the adsorber 6 must be higher than the maximum pressure in the adsorber 7. Injecting the blown gas into the adsorber 7 is accompanied by nitrogen absorption by the corresponding adsorbent and simultaneous enrichment of the gas phase with oxygen. When a certain pressure is reached in the adsorber 7, the valve is opened, 18 and the production of the oxygen-rich fraction is carried out, the initial portions of which are significantly enriched with oxygen and used as the oxygen product gas. The feed gas coming from the adsorber 6 is displaced from the adsorber 7. oxygen-enriched gas phase through the manifold 19, valve 18 and pipeline 20 for consumption. After a certain period of time, depending on the average concentration of the oxygen product gas, valve 18 is closed and opened. Valve 21 "The adsorber 6 entering the canister purge gas through the collector 19, valve 21, pipe 22 displaces the gas phase from the adsorber 7 oxygen in which is gradually reduced. When a certain concentration is reached, the oxygen-enriched fraction is replaced by an unconditioned nitrogen-enrichment fraction, i.e. in the adsorber 7, the stage of producing an unconditioned nitrogen-rich fraction is realized. When pressure in the adsorber 6 is equal to the pressure in the adsorber 7, which constantly, close valves 13 and 14 and open valves 23 and 24. Purging gas enriched with nitrogen, vacuum pump 25 through manifold 5, through valve 23, pipeline 26, pipeline 27 is fed to receiver 28. From receiver 28, purge gas is compressed by compressor 29 to a certain pressure and through pipeline 30, pipeline 31, through valve 24 and collector 9 is injected into adsorber 7. From adsorber 7 through collector 19, valve 21, pipeline 22, output t substandard nitrogen-enriched fraction In addition, nitrogen is compensated for in a gradual manner. When the minimum pressure is reached in the adsorber 6, all previously opened valves close and open valves 4 and 10. The cycle is repeated, in the sequence of the process step. The nature of the change in the concentration of nitrogen in the purge gas of variable composition depends on the pressure of adsorption and desorption, the type, moisture content, and the degree of purge of the adsorbent in the adsorbers of the independent group. Data on its composition for zeolite 11аХ with various combinations of the indicated factors is given in the table.
Продолжение таблицыTable continuation