RU2754851C1

RU2754851C1 - Adsorber

Info

Publication number: RU2754851C1
Application number: RU2020132912A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Ряжских; Ольга Николаевна Филимонова; Сергей Вячеславович Викулин; Александр Александрович Воробьев; Андрей Сергеевич Викулин; Станислав Владимирович Бородкин; Сергей Александрович Гаршин
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2021-09-08

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for separating gas impurities from the air stream or gas mixtures and can be used in air separation plants and gas-charging facilities. An adsorber containing a housing made in the form of a hollow cylinder with profiled flanges with fittings installed at both ends of the housing for the supply and discharge of the drained gas, while an adsorbent, mainly zeolite, is placed in the housing, and the adsorber housing is made consisting of several autonomous isolated parts forming a block with an adsorbent, and an adsorbent is placed in each part to absorb a certain type of impurities, in this case, the mentioned parts are made and installed in series in the block with the possibility of autonomous replacement of each part and are hermetically connected to each other, preferably by means of flange connections.

EFFECT: extension of the range of means to separate impurities from gas mixtures and air streams.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отделения газовых примесей из воздушного потока или газовых смесей, и может быть использовано в воздухоразделительных установках и газозарядных средствах.The invention relates to a device for separating gas impurities from an air stream or gas mixtures, and can be used in air separation plants and gas charging means.

Известны устройства для осушки воздуха, включающие два адсорбера, соединенных трубопроводами, которые связаны с клапанами, обеспечивающими переключение режимов их работы с режима осушки в режим регенерации по команде от системы управления клапанами (см. заявку Японии N 61-35891 В, МКИ В01D 53/26, 53/02 от 86.08.15; заявка ЕПВ N 0212101, МКИ В01D 53/04, 53/26 от 87.03.04; заявка ФРГ N 3514473, МКИ В01D 53/26, от 86.10.23).Known devices for drying air, including two adsorbers connected by pipelines, which are associated with valves, providing switching modes of their operation from drying mode to regeneration mode on command from the valve control system (see Japanese application N 61-35891 B, MKI B01D 53 / 26, 53/02 of 08.86.15; EPO application N 0212101, MKI B01D 53/04, 53/26 dated 03/07/04; application of the Federal Republic of Germany N 3514473, MKI B01D 53/26, from 86.10.23).

Известно устройство для осушки сжатого воздуха (заявка ФРГ N 3304722, кл В01D 53/26), содержащее два адсорбера, соединенных трубопроводами с установленными на них клапанами, которые обеспечивают поочередное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа, при пониженном давлении, в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.A device for drying compressed air (application of the Federal Republic of Germany N 3304722, class B01D 53/26) is known, containing two adsorbers connected by pipelines with valves installed on them, which provide alternate switching of adsorbers from drying mode to regeneration mode, a throttle with a dried gas supply pipeline, at reduced pressure, into a regenerated adsorber and a moisture separator with a moisture removal valve that opens according to the adsorber switching rhythm.

Недостатком известного устройства является то, что выброс накопившегося конденсата происходит в окружающую среду, а также при высоком давлении, поэтому использование приведенного устройства невозможно при осушке, например, природного газа, где в конденсате могут содержаться компоненты, опасные для человеческого организма и вредно воздействующие на окружающую среду.The disadvantage of the known device is that the accumulated condensate is released into the environment, as well as at high pressure, therefore, the use of the given device is impossible when drying, for example, natural gas, where the condensate may contain components that are dangerous to the human body and have a harmful effect on the environment. Wednesday.

Известно устройство для осушки сжатого газа, включающее два адсорбера, соединенных трубопроводами, содержащими клапаны, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, отличающееся тем, что в нем влагоотделитель разделен на два резервуара: резервуар высокого давления, в полости которого размещен обратный клапан, механически связанный с поплавковым устройством, и резервуар низкого давления с автономно управляемым влагоотводящим клапаном, снабженный предохранительным клапаном (Патент РФ №2165786, МПК B01D 53/26).A device for drying compressed gas is known, which includes two adsorbers connected by pipelines containing valves that ensure switching of adsorbers from drying mode to regeneration mode, a throttle with a dry gas supply pipeline at reduced pressure to a regenerated adsorber and a moisture separator with a moisture-removing valve, characterized in that in The water separator is divided into two reservoirs: a high-pressure reservoir, in the cavity of which a check valve is located, mechanically connected to a float device, and a low-pressure reservoir with an autonomously controlled moisture-removing valve, equipped with a safety valve (RF Patent No. 2165786, IPC B01D 53/26).

Устройство работает следующим образом. Влажный газ с конденсатом поступает в резервуар высокого давления влагоотделителя, где конденсат накапливается. Отделенный от конденсата влажный газ поступает в один из адсорберов, работающих поочередно: один в режиме осушки; другой в режиме регенерации. Переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, по мере насыщения адсорбента влагой, обеспечивается при помощи распределительных клапанов.The device works as follows. The wet gas with condensate enters the high-pressure tank of the moisture separator, where the condensate accumulates. The wet gas separated from the condensate enters one of the adsorbers, which operate alternately: one in the drying mode; the other is in regeneration mode. Switching the adsorbers from the drying mode to the regeneration mode, as the adsorbent is saturated with moisture, is ensured by means of control valves.

Для регенерации адсорбера используется часть осушенного газа, который при пониженном давлении, за счет дросселирования дросселем, пропускается через регенерируемый адсорбер. В режиме регенерации часть сухого газа подается в адсорбер в обратном направлении. Газ, проходя через внутреннюю полость адсорбера и слой адсорбента, насыщается влагой. Достигнув верхнего фланца корпуса, имеющего температуру, отличную от температуры газа, влажный газ конденсируется на конической поверхности фланца. Капли конденсата, стекая с конической поверхности фланца, попадают на верхние слои адсорбента, проникают вглубь слоя адсорбента и впитываются зернами адсорбента.For the regeneration of the adsorber, a part of the dried gas is used, which is passed through the regenerated adsorber at a reduced pressure due to throttling by a throttle. In the regeneration mode, part of the dry gas is fed to the adsorber in the opposite direction. The gas, passing through the inner cavity of the adsorber and the adsorbent bed, is saturated with moisture. Having reached the upper flange of the body, which has a temperature different from that of the gas, the wet gas condenses on the tapered surface of the flange. Drops of condensate, flowing down from the conical surface of the flange, fall on the upper layers of the adsorbent, penetrate deep into the layer of the adsorbent and are absorbed by the grains of the adsorbent.

Основным недостатком указанного адсорбера является то, что капли влаги, попадая на слой адсорбента, впитываются зернами адсорбента, что приводит к их ускоренному разрушению и сокращению срока службы всего адсорбера в целом.The main disadvantage of this adsorber is that drops of moisture, falling on the adsorbent layer, are absorbed by the adsorbent grains, which leads to their accelerated destruction and a reduction in the service life of the entire adsorber as a whole.

Известно устройство для очистки и осушки воздуха от двуокиси углерода, ацетилена и паров воды, включающее два адсорбера, соединенных трубопроводами, содержащими клапаны, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации. Осушка и очистка воздуха от двуокиси углерода, ацетилена и водяных паров в адсорберах происходит в результате адсорбции синтетическими цеолитами марки NaX (Герш С.Я. Глубокое охлаждение. Госэнергоиздат, 1960, часть II, с. 127, рис. 2-38; АКДС-70 М2. Альбом рисунков к техническому описанию и инструкции по эксплуатации КО 101.000.000-ТО1. РИО Упрполиграфиздат, Омск, 1985, с. 16, рис. 16).A device for cleaning and drying air from carbon dioxide, acetylene and water vapor is known, which includes two adsorbers connected by pipelines containing valves that enable the adsorbers to be switched from the drying mode to the regeneration mode. Drying and purification of air from carbon dioxide, acetylene and water vapor in adsorbers occurs as a result of adsorption by synthetic zeolites of the NaX brand (Gersh S.Ya. Deep cooling. Gosenergoizdat, 1960, part II, p. 127, Fig. 2-38; DTP- 70 M2. Album of figures for the technical description and operating instructions KO 101.000.000-TO1. RIO Uprpoligrafizdat, Omsk, 1985, p. 16, fig. 16).

Основными недостатками указанных блоков конструкции являются снижение надежности в результате накопления в системе станции закупоривающих примесей, тем самым происходит снижение ресурса станции до очередного ремонта.The main disadvantages of these design blocks are a decrease in reliability as a result of the accumulation of clogging impurities in the station system, thereby reducing the station's resource until the next repair.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке конструкции адсорбера, имеющего высокие эксплуатационные характеристики, в частности, включающие высокую избирательную поглотительную способность в процессе адсорбции в отношении воздушной смеси газов и высокий коэффициент извлечения примесей в процессе десорбции.The objective of the present invention is to develop an adsorber design having high performance characteristics, in particular, including a high selective absorption capacity in the adsorption process in relation to the air mixture of gases and a high coefficient of extraction of impurities in the desorption process.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном адсорбере, содержащий корпус, выполненный в виде полого цилиндра с профилированными фланцами со штуцерами, установленными с обоих торцов корпуса для подвода и отвода осушаемого газа, при этом в корпусе размещен адсорбент, преимущественно, цеолит, отличающийся тем, что корпус адсорбера выполнен состоящим из нескольких автономных изолированных частей, образующих блок с адсорбентом, причем в каждой части размещен адсорбент для поглощения определенного типа примесей, при этом упомянутые части выполнены и установлены последовательно в блоке с возможностью автономной замены каждой части и герметично соединены между собой, предпочтительно, при помощи фланцевых соединений.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed adsorber containing a housing made in the form of a hollow cylinder with profiled flanges with fittings installed at both ends of the housing for supplying and removing the dried gas, while the housing contains an adsorbent, mainly zeolite, characterized in that that the adsorber body is made up of several autonomous isolated parts, forming a block with an adsorbent, and in each part there is an adsorbent for absorbing a certain type of impurities, while the said parts are made and installed in series in the block with the possibility of autonomous replacement of each part and are hermetically connected to each other preferably by means of flange connections.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана схема установки адсорбера.The essence of the invention is illustrated in the drawings, where FIG. 1 shows a diagram of the adsorber installation.

Адсорбер 1 содержит вертикальный цилиндрический корпус, входной патрубок 2, выходной патрубок 3, запорные вентиля 4, 5, 6, 7, электроподогреватель 8 - необходимый для процесса десорбции, термометр 9, газоанализатор 10. Насыпной слой каждой части зависит от нескольких факторов, в частности от поглотительной способности адсорбентов, состава исходной газовой смеси, скорости прохождения потока.Adsorber 1 contains a vertical cylindrical body, inlet 2, outlet 3, shut-off valves 4, 5, 6, 7, electric heater 8 - necessary for the desorption process, thermometer 9, gas analyzer 10. The bulk layer of each part depends on several factors, in particular on the absorption capacity of adsorbents, the composition of the initial gas mixture, the flow rate.

Предложенный адсорбер работает следующим образом. Работа предложенного адсорбера рассмотрена в составе блока комплексной очистки воздуха, для которого данный адсорбер и предназначен.The proposed adsorber works as follows. The operation of the proposed adsorber is considered as part of a complex air purification unit, for which this adsorber is intended.

Воздух с температурой +5÷8°С при давлении 70 200 кгс/см², пройдя влагоотделитель, поступает от компрессора через входной патрубок 2 в адсорбер 1 через открытый вентиль 4. В адсорбере 1 происходит процесс адсорбции через первый слой цеолита КА_co - очистка воздуха от влаги; через второй слой NaX - очистка от подавляющего большинства компонентов сложных смесей - все типы углеводородов, органические, сернистые, азотистые и кислотные соединения, галогенозамещенные углеводороды; через третий слой NaA - очистка от большинства компонентов промышленных газов, критический размер молекул которых не превышает 4

(СН₄, С₂, С₃Н₆, CO₂, CS₂, H₂S, СН₃ОН и т.д.). После адсорбера 1, через открытый вентиль 6, очищенный воздух проходит к газоанализатору 10 и направляется по технологическому назначению. При работе одного адсорбера на режиме очистки воздуха, во втором проводится регенерация адсорбента (последовательные операции десорбции и охлаждения цеолита).Air with a temperature of + 5 ÷ 8 ° C at a pressure of 70 200 kgf / cm ² , passing the moisture separator, enters from the compressor through the inlet pipe 2 into the adsorber 1 through the open valve 4. In the adsorber 1, the adsorption process takes place through the first layer of zeolite KA _co - cleaning air from moisture; through the second layer of NaX - cleaning from the vast majority of components of complex mixtures - all types of hydrocarbons, organic, sulfurous, nitrogenous and acidic compounds, halogenated hydrocarbons; through the third layer of NaA - removal of most of the components of industrial gases, the critical size of the molecules of which does not exceed 4

(CH ₄ , C ₂ , C ₃ H ₆ , CO ₂ , CS ₂ , H ₂ S, CH ₃ OH, etc.). After the adsorber 1, through the open valve 6, the cleaned air passes to the gas analyzer 10 and is directed according to the technological purpose. When one adsorber is operating in the air purification mode, in the second, the adsorbent is regenerated (successive operations of desorption and cooling of the zeolite).

Использование предложенного технического решения позволит создать адсорбер с высокой избирательной поглотительной способностью в процессе адсорбции в отношении воздушной смеси газов и с обеспечением высокого коэффициента извлечения примесей в процессе десорбции.The use of the proposed technical solution will make it possible to create an adsorber with a high selective absorption capacity in the process of adsorption in relation to the air mixture of gases and with the provision of a high coefficient of extraction of impurities in the process of desorption.

Claims

An adsorber containing a body made in the form of a hollow cylinder with profiled flanges with fittings installed at both ends of the body for supplying and discharging the dried gas, while the body contains an adsorbent, mainly zeolite, characterized in that the adsorber body is made up of several autonomous isolated parts forming a block with an adsorbent, and each part contains an adsorbent for absorbing a certain type of impurities, while the said parts are made and installed in series in the block with the possibility of autonomous replacement of each part and are tightly connected to each other, preferably by means of flange connections.