БЛОК КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
INTEGRATED AIR PURIFICATION UNIT

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно: к блокам комплексной очистки и осушки воздуха, и может быть использовано в воздухоразделительных установках и газозарядных средствах.
Известно устройство для осушки сжатого воздуха, 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 влагоотводяшим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов (заявка ФРГ N 3304722, кл. B01D 53/26).
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.
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 влагоотводяшим 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 влагоотводяшим клапаном, снабженный предохранительным клапаном (Патент РФ №2165786, МПК 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.
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.
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.
Известны блоки комплексной очистки воздуха в воздухоразделительных станциях, включающее два адсорбера, соединенных трубопроводами, содержащими клапаны, обеспечивающие последовательное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации. Осушка и очистка воздуха от двуокиси углерода, ацетилена и водяных паров в адсорберах происходит в результате процесса 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-прототип).
Основными недостатками указанных блоков являются то, что в процессе адсорбции выделяется энергия, при этом температура адсорбента внутри адсорбера повышается и тем самым уменьшается адсорбционная способность адсорбента - цеолита по двуокиси углерода, парам воды и другим углеводородным примесям. Кроме того, при длительной работе одного адсорбера возрастает проскоковая концентрация по двуокиси углерода, тем самым вызывая «заморозку» адсорбера и выход всего блока из строя.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в разработке конструкции адсорберов блока комплексной очистки воздуха, имеющего высокие эксплуатационные характеристики, в частности, установке теплопроводной аппаратуры (змеевика) внутри каждого адсорбера, для отвода тепла и поддержание постоянной оптимальной температуры цеолита, что обеспечит необходимую степень очистки воздуха от примесей, таких как: двуокись углерода, ацетилен, пары воды и др.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном блоке комплексной очистки воздуха, содержащем корпус, входные трубопроводы для подачи осушаемого воздуха и отбросного потока, два адсорбера с входными и выходными трубопроводами, заполненные адсорбентом и соединенные между собой системой трубопроводов, при этом корпус каждого адсорбера выполнен в виде полого цилиндра с профилированными фланцами с патрубками, установленными с обоих торцов корпуса для подвода и отвода осушаемого газа, клапаны с системой управления, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации и обратно, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа в регенерируемый адсорбер, компрессор, ресивер высокого давления, и блок регенерации, согласно изобретению, в корпусе каждого адсорбера установлен змеевик, представляющий собой изогнутый трубопровод в виде спирали для подачи охлажденных газов отбросного потока, преимущественно, азота.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного блока комплексной очистки воздуха.
Блок комплексной очистки воздуха (далее-блок) содержит входной трубопровод 1, два адсорбера 2, выходной патрубок 3, клапаны с системой управления 4, 5, 6, 7, 8, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа 9 в регенерируемый адсорбер 2, компрессор 10, ресивер высокого давления 11, делитель воздушного потока 12, змеевик 13. Указанные элементы соединены между собой при помощи трубопроводов.
Предложенный блок работает следующим образом.
2
Очищаемый воздух с температурой +5÷8°С при давлении 70÷200 кгс/см, пройдя влагоотделитель, поступает от компрессора 9 через ресивер высокого давления 10 в адсорбер 2 через открытый клапан 4. В адсорбере 2 происходит процесс адсорбции при прохождении воздуха через слой цеолита определенной температуры, при которой адсорбент имеет наилучшие поглощающие свойства. После адсорбера 2, через открытый клапан 6, очищенный воздух направляется по технологическому назначению. Через открытый клапан 8 охлажденный азот из отбросного потока поступает в змеевик, установленный в адсорбере 2, охлаждает ранее нагретый цеолит при адсорбции воздуха до температуры +10°С, повышая тем самым его абсорбционные характеристики, и выходит в атмосферу.
Во время работы одного из адсорберов на режиме очистки и осушки воздуха, в другом проводится регенерация адсорбента, заключающаяся в выполнении последовательных операций процесса десорбции и охлаждения адсорбента.
Такое изменение конструкции блока комплексной очистки воздуха позволяет повысить его эксплуатационные характеристики, путем увеличения адсорбционной способности цеолита, тем самым обеспечить необходимую степень очистки воздуха от примесей.
Использование предложенного технического решения позволит повысить эффективность работы всего блока комплексной очистки воздуха в целом за счет поддержания постоянной температуры адсорбента в каждом адсорбере блока.