ДВУХКОНТУРНАЯ МЕМБРАННО-АДСОРБЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУШКИ СЖАТЫХ ГАЗОВ
DOUBLE-CIRCUIT MEMBRANE-ADSORPTION UNIT FOR COMPRESSED GAS DRYING

Изобретение относится к мембранно-адсорбционным установкам для осушки газов и газовых смесей, может быть использована для осушки сжатого воздуха, технического и природного газа с целью их последующего сжижения, транспортировки и использования.
Из уровня техники известно устройство для адсорбционной осушки сжатого воздуха, осушитель сжатого воздуха, описанный в патенте РФ №141737, состоящий из двух адсорберов, воздухонагревателя, трубопроводов, соединяющих аппараты, распределительной, запорной и регулирующей арматуры, дросселирующего устройства, клапанов, системы управления и контроля, согласно полезной модели, содержит четыре трехходовых клапана, расположенных на штуцерах входа-выхода воздуха в адсорберы, трехходовой клапан, расположенный на линии сброса воздуха после регенерации и систему управления трехходовыми клапанами включающую два датчика давления, расположенных на адсорберах, датчик температуры, расположенный на линии выхода воздуха из нагревателя, датчик температуры расположенный на линии сброса воздуха после регенерации.
Недостатком указанного устройства является сложная система коммуникаций и использование для регенерации адсорбента дополнительного нагревателя, который повышает энергопотребление устройства и способствует высоким теплопотерям.
Из уровня техники известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, описанная в патенте РФ №74188, включающая блок осушки и очистки газа, содержащий водомаслоотделитель, промежуточный углеродный фильтр, систему регенерации с двумя регенерируемыми адсорберами, имеющими наружный электрообогрев, концевой фильтр и запорную шаровую электроуправляемую арматуру, а на выходном трубопроводе установки установлен подключенный к блоку автоматического управления узел замера влажности (точки росы) импульсного газа.
Недостатком указанной установки является сложная система управления процессами осушки и регенерации основанная на показаниях узла замера влажности газа и отсутствие возможности обеспечения постоянного потока сухого воздуха.
Из уровня техники известна установка для осушки сжатого воздуха, описанная в патенте РФ №2236892, содержащая два установленных рядом адсорбера, в которых расположены электронагреватели, связанные с датчиками температуры, снаружи адсорберы имеют соединительные трубопроводы с запорной арматурой, а внутри заполнены адсорбентом, отличающаяся тем, что адсорберы установлены в металлическом контейнере и в корпусе каждого адсорбера расположены распределители воздуха - верхний и нижний, пространство между которыми заполнено адсорбентом, а электронагреватели проходят через нижний распределитель и установлены в адсорбентах перпендикулярно распределителям, которые соединены вертикальным стержнем, верхняя часть которого проходит через верхний распределитель и входит в люк загрузки, расположенный на корпусе адсорберов, при этом на другом конце стержня закреплен диск с крестообразной направляющей, которая установлена в люке выгрузки, расположенном в днище корпуса адсорберов и соединенном с нижним распределителем.
Недостатком указанной установки является ee высокая энергоемкость при производстве сосудов, работающих под давлением, с учетом требований к сосудам и низкая эффективность при регенерации сорбента, вызванная использованием части продуктового потока.
Наиболее близким по конструктивному исполнению и принятым за прототип является установка для осушки сжатого воздуха, описанная в патенте РФ №83712. Данная установка включает в себя два попеременно работающих адсорбера, содержащих адсорбент, регенерация которого осуществляется продувкой адсорбера частью осушенного воздуха, трубопровод воздуха управления, подключенный к выходу осушенного воздуха, линию регенерации, подключенную к выходам адсорберов, систему продувки, включающую продувочные трубопроводы, подключенные к входам адсорберов и содержащие два пневмоуправляемых клапана для обеспечения сброса воздуха регенерации из адсорберов, и прибор управления, отличающаяся тем, что на линии регенерации установлен дроссель двухстороннего действия, выполненный с возможностью регулировки, а на продувочных трубопроводах установлены индикаторы влажности для контроля процесса регенерации в адсорберах.
Однако данная установка имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, регенерация адсорбента в адсорберах осуществляется за счет возврата части сухого продуктового газа в регенерируемый адсорбер, что сокращает количество получаемого продуктового газа, во-вторых, часть газа сбрасывается в атмосферу перед началом стадии регенерации и в-третьих система оснащена сложной системой контроля и управления.
Технической задачей предложенного изобретения является снижение потребления энергии сорбционными системами осушки сжатых газов с целью повышения их общей энергоэффективности и производительности, для решения задач осушки сжатого воздуха, технического и природного газа с целью их последующего сжижения, транспортировки и использования.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в сокращении энергопотребления процесса разделения сорбционным методом за счет сокращения доли продуктового потока, возвращаемого в адсорберы на стадии противоточной продувки для регенерации адсорбента, путем регенерации сорбента сухим газом, получаемым в процессе осушки мембранным пароотделителем, питание которого осуществляется влажным отвальным потоком адсорбера, а продукт которого используется для регенерации адсорбента.
Указанный технический результат достигается созданием установки, содержащей три попеременно работающих адсорбера, заполненных твердым адсорбентом селективным к парам воды, входные патрубки которых соединены со входом установки через три регулировочных клапана, а выходные патрубки адсорберов через три регулировочных клапана подключены к выходу установки, мембранный пароотделитель, продуктовый поток которого используется для регенерации сорбционных свойств адсорбента в адсорберах и который состоит из расширительного ресивера, входной патрубок которого через три клапана подключен ко входам адсорберов, а выходной патрубок соединен со входом компрессора, обеспечивающего рециркуляционный поток осушаемого воздуха, соединенного своим выходным патрубком со входом мембранного модуля, ретентат которого подключен через три регулируемых клапана к выходным патрубков адсорберов, а пермеат подключен ко входу конденсатора, выходной патрубок которого соединен с входом компрессора, обеспечивающего рециркуляционный поток осушаемого воздуха, при этом сконденсированная влага выводится из установки.
Заявленное изобретение поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема двухконтурной мембранно-адсорбционной установки для осушки сжатых газов. Схема выполнена в виде графических условных обозначений элементов, связанных функционально линиями перемещения потоков сжатого газа.
Двухконтурная мембранно-адсорбционная установка для осушки сжатых газов состоит из следующих элементов: адсорберы 1-3, заполненные твердым адсорбентом, хорошо поглощающим пары воды, соединенных параллельно и поочередно проходящих стадии: заполнения, продуцирования и регенерации; мембранный пароотделитель, включающий в себя расширительный ресивер 4, компрессор 5, высокоселективный к парам воды мембранный модуль 6 и конденсатор 7, который подключается к пермеатному патрубку мембранного модуля 6; мембранный пароотделитель подключен к сбросным патрубкам адсорберов с одной стороны и дополнительным входным патрубкам в адсорберы с другой стороны; клапаны 8-19.
Устройство работает следующим образом.
В адсорбере 1 проходит стадия заполнения. Часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа поступает в адсорбер 1 через клапан 8, при этом клапаны 11, 14, 17 закрыты. Давление поднимается до необходимого рабочего значения давления осушки. В адсорбере 2 проходит стадия продуцирования. Оставшаяся часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа подается в адсорбер 2 через клапан 9, где происходит продуцирование осушенного газа через клапан 18, при этом клапаны 12, 15 закрыты.
Одновременно с заполнением адсорбера 1 и вытеснением осушенного газа из адсорбера 2 в адсорбере 3 происходит стадия регенерации. Влажный газ, оставшийся в адсорбере 3 после осушки, через клапан 13 поступает в расширительный ресивер 4, при этом давление в адсорбере и ресивере снижается до давления, близкого к атмосферному, при этом клапаны 10, 19 закрыты. С помощью компрессора 5 влажный газ подается на вход мембранного модуля, в котором происходит осушка газа и деление потока на сухой, пригодный для использования в регенерации адсорбента и влажный прошедший через мембрану газ. Непрошедший через мембрану поток сухого газа возвращается в адсорбер 3 через клапан 16 для регенерации адсорбента, а прошедший через мембрану влажный поток поступает в конденсатор 7, в котором вода конденсируется и выводится из установки, а газовый поток подмешивается к входному потоку компрессора 5 для повторной осушки в мембранном модуле.
Далее в адсорбере 3 проходит стадия заполнения. Часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа поступает в адсорбер 3 через клапан 10, при этом клапаны 13, 16, 19 закрыты. Давление поднимается до необходимого рабочего значения давления осушки. В адсорбере 1 проходит стадия продуцирования. Оставшаяся часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа подается в адсорбер 1 через клапан 8, где происходит продуцирование осушенного газа через клапан 17, при этом клапаны 11, 14 закрыты.
Одновременно с заполнением адсорбера 3 и вытеснением осушенного газа из адсорбера 1 в адсорбере 2 происходит стадия регенерации. Влажный газ, оставшийся в адсорбере 2 после осушки, через клапан 12 поступает в расширительный ресивер 4, при этом давление в адсорбере и ресивере снижается до давления, близкого к атмосферному, при этом клапаны 9, 18 закрыты. С помощью компрессора 5 влажный газ подается на вход мембранного модуля, в котором происходит осушка газа и деление потока на сухой, пригодный для использования в регенерации адсорбента и влажный прошедший через мембрану газ. Непрошедший через мембрану поток сухого газа возвращается в адсорбер 2 через клапан 15 для регенерации адсорбента, а прошедший через мембрану влажный поток поступает в конденсатор 7, в котором вода конденсируется и выводится из установки, а газовый поток подмешивается к входному потоку компрессора 5 для повторной осушки в мембранном модуле.
Затем в адсорбере 2 проходит стадия заполнения. Часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа поступает в адсорбер 2 через клапан 9, при этом клапаны 12, 15, 18 закрыты. Давление поднимается до необходимого рабочего значения давления осушки. В адсорбере 3 проходит стадия продуцирования. Оставшаяся часть подаваемого на вход устройства предварительно сжатого влажного газа подается в адсорбер 3 через клапан 10, где происходит продуцирование осушенного газа через клапан 19, при этом клапаны 13, 16 закрыты.
Одновременно с заполнением адсорбера 2 и вытеснением осушенного газа из адсорбера 3 в адсорбере 1 происходит стадия регенерации. Влажный газ, оставшийся в адсорбере 1 после осушки, через клапан 11 поступает в расширительный ресивер 4, при этом давление в адсорбере и ресивере снижается до давления, близкого к атмосферному, при этом клапаны 8, 17 закрыты. С помощью компрессора 5 влажный газ подается на вход мембранного модуля, в котором происходит осушка газа и деление потока на сухой, пригодный для использования в регенерации адсорбента и влажный прошедший через мембрану газ. Непрошедший через мембрану поток сухого газа возвращается в адсорбер 1 через клапан 14 для регенерации адсорбента, а прошедший через мембрану влажный поток поступает в конденсатор 7, в котором вода конденсируется и выводится из установки, а газовый поток подмешивается к входному потоку компрессора 5 для повторной осушки в мембранном модуле.
В частности, установка может быть снабжена, по меньшей мере тремя дополнительными адсорберами для удаления нежелательных газообразных примесей, каждый из которых установлен непосредственно перед входом в адсорбер.
Установка может быть также снабжена маслоотделителем, обеспечивающими очистку от масел в капельном виде, установленным на входе установки.
Дополнительно для удаления твердых примесей и продуктов истирания сорбента на выходе установки может быть установлен дополнительный фильтр.
Для контроля качества продуктового потока и оценки его влажности в установке предусмотрена установка индикаторов влажности, обеспечивающих измерение влажности воздуха.