Получение кислорода в больницах - RU2562975C2

Описание

Изобретение относится к устройству для получения кислорода в учреждениях, которое имеет по меньшей мере один блок для получения медицинского воздуха и одну вакуумную систему.

Далее, данное изобретение относится к способу эксплуатации данного устройства.

Под понятием "учреждение" в дальнейшем следует понимать любые устройства и учреждения, в частности больницы, мобильные (для неотложных случаев) больницы, амбулатории, врачебные кабинеты, оздоровительные центры, и.т.д., в которых получают кислород и которые имеют в распоряжении вакуумную систему. Также под понятием "учреждение" следует понимать в частности применяемые в сфере домашнего ухода (мобильные) устройства, которые можно укреплять, например, на инвалидной коляске. Далее, под понятием "учреждение" также следует понимать предприятия, (крупные) установки, и т.д., в которых получают кислород. При этом неважно, для каких целей применения служит полученный кислород.

Инфраструктура современной больницы предусматривает среди прочего снабжение пациентов так называемым «медицинским воздухом», обогащенным кислородом воздухом, а также чистым кислородом. Под понятием «медицинский воздух» обычно понимают газовую смесь, которая содержит примерно 20% кислорода и примерно 80% азота, а в отношении других компонентов, таких как, например, вода и оксид углерода удовлетворяет соответствующим спецификациям и/или инструкциям. Далее, инфраструктура больницы содержит, как правило, вакуумную систему. При этом речь идет о системе, которая с помощью вакуумного насоса и буферных емкостей поддерживает в системе трубопроводов вакуум, который в больнице находится в распоряжении для всех областей применения всасывания, например в операционных.

Медицинский воздух производится либо непосредственно на месте, при этом существенными стадиями процесса являются сжатие воздуха, очистка воздуха и анализ воздуха, или в случае незначительного потребления он поставляется в баллонах для сжатого газа.

Снабжение больниц кислородом в странах с хорошей инфраструктурой происходит, как правило, через доставку сжиженного кислорода, а также с помощью расположенного непосредственно в больнице резервуара для жидкостей, к которому присоединен испаритель. В развивающихся странах с плохой инфраструктурой, напротив, распространено производство на месте с помощью небольших PSA-устройств (Pressure Swing Adsorption- метод разделения газов с адсорбцией кислорода). Однако подобные устройства расходуют сравнительно большое количество энергии и имеют высокие требования к обслуживанию, так что полученный с помощью данных устройств кислород не конкурентоспособен, если в распоряжении имеется не требующий высоких затрат сжиженный кислород. В EP-A 1245267 раскрыто подобное снабжение кислородом с несколькими PSA-устройствами.

Уже давно применяют VPSA- устройства (Vacuum Pressure Swing Adsorption- метод разделения газов с адсорбцией кислорода с использованием вакуума) в качестве так называемых местных устройств для получения кислорода, и данные устройства имеют оптимальную потребность в энергии. Под небольшими устройствами в данном случае следует понимать устройства с мощностью менее 100 норм. м³/ч, и данные устройства могли бы потребоваться для снабжения больниц, однако они по причине высоких капитальных затрат, которые следуют из того, что дополнительно необходим вакуумный насос и существует повышенная потребность в адсорбирующем средстве, до сих пор не внедрены.

Относящиеся к уровню техники решения для получения кислорода непосредственно на месте имеют следующие недостатки: они служат причиной относительно высоких капитальных затрат, имеют плохие показатели расходов и требуют значительных дополнительных затрат на обслуживание. Установленные законом предписания требуют, как правило, избыточности систем, необходимых для получения кислорода непосредственно на месте. Это приводит к дополнительному повышению необходимых капитальных затрат.

Задачей данного изобретения является предоставление устройства рассмотренного вначале типа для получения кислорода в учреждениях, а также способа эксплуатации такого устройства, с помощью которых избегают упомянутых недостатков.

Для решения данной задачи предлагается установка для получения кислорода в учреждении, отличающаяся тем, что PSA-блок и вакуумная система таким образом соединены друг с другом, что с помощью вакуумной системы возможна реализация регенерации адсорбера или адсорберов PSA-блока.

Заявляемый способ эксплуатации устройства согласно изобретению, отличается тем, что PSA-блок эксплуатируют при давлении адсорбции от 1,3 до 12 бар, предпочтительно от 2 до 8 бар, и/или при давлении десорбции от 0,05 до 0,9 бар, предпочтительно от 0,1 до 0,6 бар.

Другие предпочтительные варианты осуществления предлагаемого устройства для получения кислорода в учреждении, а также предлагаемый изобретением способ эксплуатации такого устройства, представляют собой объекты зависимых пунктов формулы изобретения и отличаются тем, что

- получаемый поток кислорода имеет чистоту по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90%,

- если учреждение имеет по меньшей мере один газоаналитический блок, то газоаналитический блок связан со стороной продукта PSA-блока,

- предусмотрены дополнительные средства для подачи воздуха как исходного газа для PSA-блока;

- к устройству присоединена по меньшей мере одна накопительная емкость, которая служит в частности для хранения сжиженного кислорода;

- устройство выполнено таким образом, что оно является передвижным, и

- в случае по меньшей мере частичной неисправности вакуумной системы PSA-блок регенерируют не с помощью вакуумной системы, а эксплуатируют при давлении десорбции от 1,01 до 1,5 бар абс., предпочтительно от 1,01 до 1,1 бар абс.

Лежащая в основе данного изобретения идея состоит в том, чтобы для эксплуатации PSA-устройства или, соответственно, блока как можно больше использовать имеющуюся инфраструктуру больницы. Предлагаемое изобретением соединение PSA-блока и вакуумной системы позволяет регенерировать PSA-блок или, соответственно, его абсорбер в условиях вакуума. Преимущества и недостатки вакуумной регенерации известны специалистам. Так как преимущества в данном случае могут приобретаться более или менее бесплатно, так как необходимая для регенерации вакуума вакуумная система уже имеется в наличии, то получаются существенные улучшения, принимая во внимание необходимые капитальные и эксплуатационные затраты.

Если кроме того также относящийся к инфраструктуре больницы блок для получения медицинского воздуха выбрать как источник для поступающего в PSA-блок потока воздуха, то получаются дополнительные преимущества, так как можно отказаться от необходимой прежде предварительной очистки поступающего в PSA-блок исходного воздуха. Далее, не требуется отдельная стадия сжатия исходного воздуха, так как она, как правило, уже предусмотрена в блоке для получения медицинского воздуха.

Как правило, больницы имеют газоаналитические устройства. Согласно одному варианту осуществления устройства согласно изобретению такое газоаналитическое устройство может быть устроено или расширено таким образом, чтобы оно также привлекалось для анализа полученного в PSA-блоке потока кислорода. Таким образом, собственный блок анализа потока полученного кислорода является излишним.

Устройство согласно изобретению, способ согласно изобретению, а также другие варианты осуществления подробнее разъяснены далее с помощью представленных на фигурах примеров осуществления.

Через трубопровод 1 воздух (из окружающей среды) поступает в устройство для получения медицинского воздуха, которое обычно предусмотрено в больнице. Данное устройство для получения медицинского воздуха состоит из одно- или многоступенчатого компрессорного узла V, а также из последовательно присоединенного очищающего устройства R. С помощью компрессорного узла V воздух сжимается до давления от 4 до 12 бар, а затем в очищающем устройстве R очищается от нежелательных компонентов, в частности от воды, оксида углерода, диоксида углерода и при необходимости от оксида азота. Первая часть потока полученного таким образом медицинского воздуха поступает через участки 3 и 4 трубопровода в сеть трубопроводов для медицинского воздуха. Перед поступлением происходит анализ медицинского воздуха с помощью соответствующего аналитического устройства GA.

Вторая часть 2 потока медицинского воздуха поступает в PSA-блок A в качестве исходного потока. PSA-блок A имеет обычно два или более расположенных параллельно адсорберов, которые попеременно или со сдвигом во времени проходят фазы адсорбции и регенерации. Однако в принципе PSA-блок A также может состоять только из одного адсорбера и дополнительных буферных емкостей. PSA-блок A предпочтительно эксплуатируют при давлении адсорбции от 1,3 до 12 бар, предпочтительно от 3 до 8 бар, и/или при давлении десорбции от 0,05 до 0,9 бар, предпочтительно от 0,1 до 0,6 бар.

Все параметры PSA-блока A выбирают таким образом, чтобы получаемый поток кислорода имел чистоту по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90%.

Полученный в PSA-блоке A поток кислорода через участки 5 и 6 трубопровода поступает в сеть трубопроводов с кислородом больницы. С помощью описанного выше аналитического устройства GA можно и этот поток кислорода подвергать газовому анализу.

Особые требования чистоты к кислороду, который применяют в больницах, можно соблюсти без дополнительных затрат за счет использования медицинского воздуха.

В противоположность реализованным до сих пор решениям для получения кислорода непосредственно на месте в больницах в соответствующем PSA-способе, вакуумная регенерация теперь реализуется с помощью имеющейся в больнице вакуумной системы. Таким образом, сравнительно высокое давление адсорбции PSA-способа сочетается с вакуумной регенерацией VPSA-способа.

Через участки 7 и 9 трубопровода сторона остаточного газа PSA-блока A соединена с собственной вакуумной системой больницы VS. Вакуумная система VS имеет, как правило, среди прочего несколько вакуумных насосов и буферных емкостей.

В начале фазы десорбции или регенерации до достижения атмосферного давления через участки 7 и 8 трубопровода десорбированный газ через соответствующие выпускные трубопроводы, предпочтительно возвращается в окружающую среду. После переключения трехходового вентиля c PSA-блок A может регенерироваться через участки 7 и 9 трубопровода с помощью вакуумной системы VS до желаемого давления регенерации ниже атмосферного.

В участке 9 трубопровода дополнительно может быть предусмотрен регулирующий вентиль d, который служит для выравнивания выводимого через вакуумную систему VS остаточного потока газа, вследствие чего можно эффективно избегать нежелательного сильного повышения давления в вакуумной системе VS больницы.

Предпочтительно происходит автоматический учет находящейся в распоряжении мощности вакуума с помощью установившегося давления десорбции. В зависимости от этого (автоматически) устанавливается максимальный отбор продукта; таким образом, при высоком давлении регенерации отбирают меньше продукта или, соответственно кислорода, а при низком давлении регенерации отбирают больше кислорода.

Наряду с упомянутыми вентилями c и d как в трубопроводе исходного газа 2, так и в трубопроводе продукта 5, как правило, предусмотрены вентили a и b, которые служат для регулирования количества поступающего в PSA-блок A воздуха 2, а также количества выходящего из PSA-блока A кислорода 5. Управление всеми вентилями, а также PSA-блоком A и необязательно газоаналитическим блоком GA происходит с помощью блока управления S и обозначено пунктирными линиями.

Альтернативно представленному на фигуре, последовательно подключенному к компрессорному узлу V очищающему устройству R может быть предусмотрен очищающий блок R' в области трубопровода 3. В этом случае PSA-блок A должен быть выполнен таким образом или применяемое в нем адсорбирующее средство должно быть выбрано таким образом, чтобы нежелательные компоненты можно было в достаточной мере удалить из исходного потока воздуха, поступающего через трубопровод 2 в PSA-блок A.

Следующий, не представленный на фигуре вариант осуществления установки для получения кислорода согласно изобретению отличается тем, что поступающий в PSA-блок A воздух сжимается с помощью отдельного, не присоединенного к устройству для получения медицинского воздуха компрессорного узла. В таком случае может иметь смысл, принимая во внимание необходимую потребность в энергии, выбирать более низкое давление абсорбции, а выходящий через трубопровод 5 из PSA-блока A поток полученного кислорода при необходимости дополнительно сжимать.

Далее к устройству может быть присоединена не представленная на фигуре накопительная емкость, которая служит для хранения сжиженного кислорода. Данный вариант осуществления, например, предпочтителен тогда, когда с помощью PSA-блока должно обеспечиваться только основное обеспечение кислородом, в то время как максимальные потребности покрываются хранящимся в накопительных емкостях кислородом.

PSA-блок A эксплуатируют, например, с давлением адсорбции 3 бар абс. и давлении десорбции 0,45 бар абс.; количество продукта составляет 10 норм. м³/ч, при этом содержание кислорода составляет 93%. Такой процесс с вакуумной регенерацией имеет значительно более высокий выход готового продукта, чем PSA-процесс, а именно примерно 70% по сравнению с примерно 40% PSA-процесса. Для предоставления количества продукта 10 норм. м³/ч требуется только количество воздуха 62 норм. м³/ч, который берут из собственной сети медицинского воздуха больницы. Необходимая производительность всасывания для регенерации вакуума составляет при выбранном давлении десорбции 0,45 бар абс. примерно 60 эффективных м³/ч.

Необходимые для реализации устройства для получения кислорода согласно изобретению, а также способа согласно изобретению капитальные вложения ограничиваются PSA-блоком A, а также соответствующей системой трубопроводов, соединяющей с собственной сетью медицинского воздуха и вакуумной системой VS больницы. Дополнительные механизмы и устройства для реализации устройства согласно изобретению, а также способа согласно изобретению не требуются.

Оказалось, что при способе с высоким давлением адсорбции вместе с вакуумной регенерацией для оптимального режима эксплуатации поддержка регенерации с помощью продувки по меньшей мере частью потока продукта не является необходимой. Более того, после фазы выравнивания давления и фазы разгрузки в верхней части адсорбера находится достаточное количество кислорода для того, чтобы достичь достаточного эффекта продувки. Отказ от цикла продувки упрощает оснащение трубопроводами на стороне продукта PSA-блока A и вместе с этим повышает его надежность. Также можно уменьшить размер необходимых адсорберов по сравнению с традиционными PSA-процессами. Далее, затраты на обслуживание PSA-блока A существенно ниже, чем для отдельных PSA- или VPSA-устройств, так как он ограничивается по существу исключительно блоком адсорбера и вместе с тем по существу лишь небольшим количеством вентилей переключения.

Способ согласно изобретению предлагается усовершенствовать тем, что в случае по меньшей мере частичного повреждения вакуумной системы VS PSA-блок A регенерируется не с помощью вакуумной системы VS, а эксплуатируется при давлении десорбции, незначительно превышающем атмосферное давление воздуха, то есть от 1,01 и 1,5 бар абс., предпочтительно от 1,01 до 1,1 бар абс.

В случае отказа вакуумной системы VS PSA-блок A эксплуатируют как отдельное PSA-устройство. Однако в этом случае получаемое количество кислорода существенно сокращается.

Устройство согласно изобретению для получения кислорода в учреждениях предлагается усовершенствовать таким образом, чтобы оно являлось передвижным. Под понятием «передвижное» при этом следует понимать, что устройство выполнено пригодным к перевозке или, например, его можно транспортировать в контейнере или с помощью грузового автомобиля. Такой усовершенствованный вариант осуществления устройства согласно изобретению для получения кислорода в учреждениях в частности целесообразен тогда, когда устройство, например, должно применяться в мобильных (для неотложных случаев) больницах. Далее, при этом устройство согласно изобретению выполнено предпочтительно таким образом, что оно учитывает условия наземной, воздушной, морской транспортировки относительно температуры, влажности воздуха, пыли и.т.д.

Независимо от того, сооружается ли учреждение, в котором необходимо реализовать устройство согласно изобретению для получения кислорода, заново или уже существует, согласно предлагаемому изобретением способу для установки или сборки устройства согласно изобретению PSA-блок и вакуумная система должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы с помощью вакуумной системы можно было реализовать регенерацию адсорбера или адсорберов PSA-блока, и/или устройство для получения медицинского воздуха таким образом должно быть связано с PSA-блоком, чтобы по меньшей мере часть потока полученного медицинского воздуха могла поступать в PSA-блок как исходный газ.

Устройство согласно изобретению для получения кислорода в учреждениях позволяет уменьшить необходимые капитальные затраты для получения кислорода непосредственно на месте. Одновременно можно существенно уменьшить расходы на получение кислорода, а также на необходимое техническое обслуживание по сравнению с существующими до сих пор решениями.

Устройство согласно изобретению, а также предлагаемый изобретением способ эксплуатации устройства для получения кислорода имеют существенные преимущества по сравнению с соответствующими уровню техники устройствами в случае их реализации в сфере домашнего ухода, где, в частности, находят применение передвижные, предпочтительно устанавливаемые на инвалидные кресла, вырабатывающие кислород устройства.

Реферат

Изобретение относится к системе для получения кислорода в учреждении, содержащей по меньшей мере одно устройство для получения медицинского воздуха, блок адсорбции с перепадом давления, который служит для получения потока кислорода, и учреждение, содержащее сеть трубопроводов для медицинского воздуха и вакуумную систему, причем по меньшей мере одно устройство для получения медицинского воздуха присоединено к сети трубопроводов для медицинского воздуха, при этом по меньшей мере первая часть потока получаемого медицинского воздуха подается из по меньшей мере одного устройства для получения медицинского воздуха к сети трубопроводов для медицинского воздуха. При этом по меньшей мере одно устройство для получения медицинского воздуха присоединено к блоку адсорбции с перепадом давления, при этом по меньшей мере вторая часть потока получаемого медицинского воздуха подается в качестве исходного газа в блок адсорбции с перепадом давления, причем блок адсорбции с перепадом давления и вакуумная система соединены между собой, при этом обеспечивается регенерация адсорбера или адсорберов блока адсорбции с перепадом давления с помощью вакуумной системы. Также изобретение относится к способу работы системы и способу ее монтажа. Использование настоящего изобретения позволяет использовать имеющуюся инфраструктуру медицинского учреждения. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула