Ротационный генератор кислорода

Связанные проекты: Утилизация отходов. Улучшение характеристик двигателей внутреннего сгорания. Производство углекислоты на базе существующих производств.

В проекте рассматривается создание генераторов кислорода на базе технологии короткоцикловой адсорбции, принципиально новой конструкции с улучшенными технико-экономическими показателями. Рассматриваются в качестве направлений реализации проекта или направлений его дальнейшего развития, создания устройств на базе предлагаемого генератора кислорода.

Ключевые слова: производство кислорода, КЦА кислородные станции, утилизация отходов, производство углекислоты.

 

Краткое описание сути проекта

Способ получения технического кислорода методом короткоцикловой адсорбции (КЦА) является одним из наиболее эффективных, с точки зрения затрат энергии, производительности и ряда других технико-экономических показателей. КЦА технология получила широкое распространение во всем мире, а установки, ее реализующие, выпускаются рядом отечественных и зарубежных производителей.

Существующая, ставшая классической, схема КЦА генераторов кислорода предполагает наличие как минимум двух баллонов, заполненных цеолитом. Пока через один баллон продувается воздух, под некоторым избыточным давлением, вследствие чего внутри этого баллона происходит адсорбция и удержание азота, с получением на выходе технического кислорода, цеолит в другом баллоне подвергается регенерации. Регенерация осуществляется путем стравливания давления до атмосферного и десорбции накопившегося в порах цеолита, азота. После предельного насыщения цеолита в первом баллоне азотом, поток сжатого воздуха переключается на второй баллон с регенерированным цеолитом, а цеолит в первом баллоне регенерируют. Для увеличения производительности и минимизации объемов баллонов, заполненных цеолитом, процесс ведут при достаточно высоких давлениях, много больших, чем необходимо для реализации процесса выделения кислорода, как такового. Использование высоких давлений, электроники и скоростных клапанов переключения между баллонами (в ряде установок скорость переключения достигает десятков переключений в минуту) не только увеличивают стоимость установки, но и снижают ее энергетическую эффективность из-за возникающих потерь в циклах сжатие/разряжение.

Суть предлагаемого к реализации проекта является создание и производства КЦА генераторов кислорода принципиально новой конструкции. Новый генератор кислорода предполагает непрерывный способ выделения кислорода при реализации небольших перепадов давления (на уровне 0,5ати). Это достигается за счет специальной конструкции генератора, состоящего из вращающегося ротора и согласованных с ним устройств подвода воздуха и вывода чистого кислорода. Ротор генератора содержит отдельные сектора, заполненные цеолитом, которые при его вращении попеременно входят в зону повышенного давление (зона устройства подвода воздуха и вывода чистого кислорода) и открытую зону атмосферного давления. Таким образом, в зоне повышенного давления реализуется выделение кислорода из воздуха, а в зоне атмосферного давления – регенерация цеолита, при этом достигается непрерывность процесса генерации технического кислорода в целом.

Преимуществами нового типа КЦА генератора технического кислорода являются нижеследующие:

    • Меньшая цена самого генератора и затрат, связанных с его эксплуатацией, включая затраты на потребляемую электроэнергию.
    • Большая компактность и меньшая масса предлагаемого генератора в сочетании с большей надежностью по отношению к КЦА генераторам кислорода традиционной конструкции.
    • За счет меньшей стоимости генератора становится экономически целесообразным ряд новых направлений его использования. Среди таких направлений можно выделить направления, связанные с процессом сжигания. В чистом кислороде хорошо горят высоковлажные топлива, например, твердые бытовые отходы, влажный торф или уголь, иловый кек очистных сооружении и ряд других отходов. Применительно к сжиганию обычных топлив, может быть достигнута интенсификация процесса горения и его большая экономичность, поскольку резко снизятся тепловые потери, связанные с уносом тепла топочными газами (в воздухе 78% азота, выступающего в процессе горения вредным балластом). Одновременно, практически полностью решается проблема по экологичности выбросов в части содержания в топочных газах окислов азота. Интересным направлением является использования генераторов в автомобильной промышленности, как в части модификации существующих двигателей на спортивных автомобилях, так и разработки новых двигателей с лучшими показателями экономичности и экологичности.
    • В случае использования при сжигании топлива (например, природного газа) в качестве окислителя кислорода, а не воздуха, получаемый топочный газ будет состоять из смеси водяного пара и углекислого газа. После конденсации пара и при необходимости легкой доочистки оставшегося газа может быть получен товарный углекислый газ, востребованный на рынке, по цене производства существенно ниже, чем в традиционных методах его выделения из разбавленных азотом воздуха топочных газов.

 

Существующий научно-технический задел с точки зрения технических рисков проекта

КЦА технология выделения кислорода из воздуха в целом хорошо известна и изучена. В настоящее время создан прототип устройства, на котором подтверждены технические показатели эффективности предлагаемых генераторов. Выполнены работы по компьютерному моделированию конструкции генератора, оценены показатели надежности и технологичности его производства.

Принципиальная схема устройства

 

Возможные варианты реализации и развития проекта

Вариантами развития проекта или направления его изначального развития может стать создание специализированных устройств/установок на базе предлагаемого базового технического устройства. Ниже приводятся некоторые из таких направлений.

    • Установки по сжиганию отходов (ТБО, иловых кеков, помета и других отходов) с получением тепла и электроэнергии. При этом, учитывая высокую реакционоспособность концентрированного кислорода, конструкция печи для сжигания будет максимально простой, что существенно снизит себестоимость
      установки в целом, а также решит проблемы ее экологичности, ввиду более полного сгорания органического вещества отходов в сравнении со сжиганием их в воздухе.
    • Системы для улучшения характеристик существующих двигателей внутреннего сгорания, в части повышения их мощности, экономичности и экологических показателей.
    • Комплексные системы по производству углекислого газа из дымовых газов, на базе существующих производств (модернизация ТЭЦ, котельных и т.п.).

 

Сроки и стоимость реализации проекта

Стоимость проекта зависит от конкретно выбранного направления и обсуждается во время переговоров и уточнения финансовой модели. Сроки, необходимые на создание конструкторской документации и изготовление опытных образцов серийных изделий, – не более 5 месяцев. Производство может быть развернуто на базе ряда существующих площадок.

Уважаемые коллеги! Большая просьба, прежде чем обращаться за консультацией по техническим вопросам по телефонной связи, пожалуйста, сформулируйте их и пришлите на адрес электронной почты info@niiepf.ru, указав при необходимости свою контактную информацию. Вопросы будут изучены и переданы профильным специалистам для подготовки ответа.