УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ СИЛИКАГЕЛЯ
SILICA GEL REGENERATION DEVICE

Изобретение относится к газовой промышленности, предназначено для регенерации силикагеля и/или цеолита за счет тепловой энергии продуктов сгорания от газотурбинной установки (ГТУ).
Силикагель, широко используется на газокомпрессорных и газораспределительных станциях, а также на линейной части магистрального газопровода в качестве адсорбента. При увлажнении адсорбента более 2% требуется его восстановление. Для регенерации силикагеля можно использовать тепловую энергию продуктов сгорания ГТУ. При работе ГТУ образуются продукты сгорания топлива, представляющие собой газовый поток высокой температуры (поток выхлопных газов). Для отвода продуктов сгорания от газотурбинной установки (ГТУ) и выброса их в атмосферу, а также для утилизации тепла продуктов сгорания ГТУ предназначена система выхлопа газоперекачивающего агрегата (ГПА).
Заявляемое устройство работает в соединении с выхлопной системой ГПА, а именно, устанавливается на боковую стенку диффузора выхлопной системы ГПА. Продукты сгорания ГТУ подводятся к корпусу заявляемого устройства регенерации силикагеля по трубопроводу через электрозадвижку, и, нагревая адсорбент в осушительной камере, расположенной внутри корпуса, отводятся через трубопровод обратно в выхлопную систему ГПА вместе с парами воды, образующимися при нагревании влажного силикагеля. Поддержание необходимой температуры при регенерации силикагеля осуществляется за счет регулирования движения потока выхлопных газов электрозадвижками, связанными с термодатчиком и терморегулятором, с помощью которых поддерживается заданная температура внутри устройства.
Тепловую энергию продуктов сгорания ГТУ также можно использовать для регенерации цеолита.
Из уровня техники известно устройство для регенерации силикагеля (патент РФ № 104933, МПК С01В 33/158, дата публ. 27.05.2011), позволяющее проводить сушку силикагеля без потери его работоспособности путём изменения режимов работы нагревательного элемента, содержащее контейнер с отверстиями для засыпки мокрого (насыщенного водой) силикагеля, нагревательный элемент, установленный в основании контейнера, вентилятор, воздуховод, соединяющий вентилятор с нагревательным элементом и с контейнером через отверстие, расположенное в его верхней части, паровой выпускной клапан, полку для размещения мокрого силикагеля, установленную внутри контейнера, термодатчик с верхним порогом срабатывания при плюс 170°С, установленный в месте размещения силикагеля и подключенный к цепи питания нагревательного элемента.
Недостатками данного устройства является наличие только термодатчика и отсутствие терморегулятора, позволяющего регулировать температуру в заданном диапазоне.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является устройство для регенерации силикагеля (Silica gel regeneration device) (патент CN102500348, МПК: B01J20/10, B01J20/34, опубл. 20.06.2012), содержащее сушильный шкаф и поддон для насыпания силикагеля, при этом сушильный шкаф снабжен открывающейся дверцей, а поддон для силикагеля расположен в сушильном шкафу; на внутренней поверхности сушильного шкафа устроен теплоизоляционный слой; впускное отверстие для воздуха расположено в нижней части сушильной печи, а выпускное отверстие для воздуха расположено в верхней части сушильной печи; и нагревательный механизм расположен в нижней части поддона для силикагеля. Увлажненный силикагель помещается в поддон для силикагеля, а затем поддон с силикагелем устанавливается в сушильный шкаф для сушки горячим воздухом.
Недостатком устройства является неравномерное осушение силикагеля вследствие отсутствия его перемешивания во время осушения. Также, отсутствие контроля и поддержания заданной температуры в процессе осушения силикагеля вследствие отсутствия термодатчика и электрозадвижки, позволяющих регулировать температуру нагревания внутри устройства, что может привести к перегреванию силикагеля и потере им адсорбционных свойств.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является расширение арсенала устройств для регенерации силикагеля (цеолита), создании устройства для эффективной регенерации силикагеля за счёт полезного использования тепловой энергии продуктов сгорания, поступающих от ГТУ.
Технический результат заключается в повышении эффективности регенерации силикагеля путём поддержания оптимальной температуры для регенерации в осушительной камере устройства за счёт автоматического регулирования движения потока продуктов сгорания, поступающих от ГТУ, дополнительное повышение эффективности регенерации происходит вследствие равномерного просушивания силикагеля за счёт его перемешивания в процессе осушения.
Технический результат достигается за счёт того, что устройство для регенерации силикагеля состоит из корпуса, осушительной камеры, установленной внутри корпуса на опорах так, чтобы между стенками корпуса и осушительной камеры сохранялся зазор, при этом осушительная камера выполнена с перфорированными стенками (из перфорированной стали либо металлической мелкоячеистой сетки); в боковых стенках корпуса расположены подводящий и отводящий трубопроводы с установленными на них электрозадвижками, в верхней части корпуса выполнен патрубок в котором установлен термодатчик, соединённый с электрозадвижками и терморегулятором, размещённым на щите управления.
Автоматическое регулирование температуры в устройстве осуществляется за счёт наличия взаимосвязанных термодатчика, терморегулятора и электрозадвижек на подводящем и отводящем трубопроводах.
Корпус устройства выполнен из листовой стали, к боковым частям корпуса присоединены (методом сварки) подводящий и отводящий трубопроводы, в которых установлены электрозадвижки, другим концом подводящий и отводящий трубопроводы присоединены к диффузору выхлопной системы ГПА, таким образом, чтобы обеспечивалась возможность поступления газового потока из диффузора ГПА в подводящий и отводящий трубопроводы. Электрозадвижки подключены к трубопроводам через фланцевые соединения.
При открытых электрозадвижках поток выхлопных газов ГТУ, имеющих высокую температуру, поступает из диффузора выхлопной системы ГПА по подводящему трубопроводу внутрь устройства, проходя через перфорированные стенки осушительной камеры, в которой размещён влажный силикагель, и повышая в ней температуру, далее отводится от устройства обратно в диффузор выхлопной системы ГПА, унося испарившуюся из силикагеля влагу. Продвижение газового потока сквозь устройство обеспечивается за счёт энергии продуктов сгорания, поступающих от ГТУ, при этом нет необходимости в использовании вентилятора и нагревательных элементов, что упрощает конструкцию. При закрывании электрозадвижек поступление потока выхлопных газов в устройство прекращается и происходит постепенное остывание рабочей среды.
Осушительная камера зафиксирована внутри корпуса на опорах таким образом, чтобы между корпусом и осушительной камерой оставался зазор, при этом стенки осушительной камеры выполнены перфорированными. Это позволяет газовому потоку свободно циркулировать внутри осушительной камеры, нагревая осушаемый силикагель и унося испарившуюся влагу в систему выхлопа ГПА. Стенки осушительной камеры могут быть изготовлены из перфорированной стали или мелкоячеистой металлической сетки, при этом размер ячеек или перфорации должен быть меньше размера частиц силикагеля, чтобы предотвратить его высыпание и (или) выдувание за пределы осушительной камеры.
Фиксация осушительной камеры внутри корпуса осуществлена методом сварки: нижняя часть осушительной камеры приварена к опорам, а опоры приварены к нижней части корпуса.
В верхней части корпуса находится патрубок с внутренней резьбой, в который устанавливается (вкручивается) термодатчик.
Для загрузки силикагеля в передней части устройства расположен люк с дверцей.
В заявляемом устройстве регенерация силикагеля происходит за счет нагрева горячими газами ГТУ. При этом важным условием эффективной регенерации силикагеля является поддержание температуры в осушительной камере в пределах до 200°С, так как высокая температура нагревания силикагеля разрушает ОН-группы на его поверхности (при температуре свыше 200°С), что приводит к резкому ухудшению его адсорбционных свойств, а, следовательно, к потере его работоспособности.
Поддержание необходимой температуры регенерации силикагеля осуществляется за счет регулирования поступления в устройство потока выхлопных газов ГТУ электрозадвижками.
Для того, чтобы не превысить температуру 200°С в осушающей камере устройства, его корпус оснащён термодатчиком, электрически связанным с терморегулятором, расположенным на щите управления, и связанным в свою очередь с электрозадвижками, установленными на подводящем и отводящем трубопроводах. Термодатчик измеряет текущую температуру внутри устройства, передаёт информацию на терморегулятор, который поддерживает температуру в заданном диапазоне значений: 140°С – 190°С, подавая сигнал на электрозадвижки, которые открываются при температуре 140°С и закрываются при достижении 190°С.
Для равномерного и более быстрого просушивания силикагеля устройство может оснащаться лопастной мешалкой, установленной в нижней части внутреннего пространства осушительной камеры на валу, выходящем наружу сквозь дно осушающей камеры и корпуса, с возможностью вращения, при этом вал лопастной мешалки соединён с валом электродвигателя, а вращение лопастей обеспечивается за счёт вращения вала электродвигателя. Лопастная мешалка позволяет осуществлять перемешивание силикагеля для его равномерного прогревания без открывания устройства, что улучшает осушку силикагеля и ускоряет процесс регенерации.
Просушка силикагеля занимает 3 часа, затем дожидаются пока температура опустится до 50 – 60°С и извлекают силикагель из устройства. За один раз можно восстановить 120 кг силикагеля.
Изобретение поясняется следующими иллюстрирующими материалами:
Фиг. 1 – общий вид устройства для регенерации силикагеля;
Фиг. 2 – вид сбоку устройства для регенерации силикагеля;
Фиг. 3 – вид сверху устройства для регенерации силикагеля;
Фиг. 4 – схема подключения устройства к выхлопной системе ГПА;
Фиг. 5 – 3D-модель устройства для регенерации силикагеля с направлением движения среды;
Фиг. 6 – 3D-модель присоединения устройства для регенерации силикагеля к диффузору ГПА.
Элементы устройства обозначены на фигурах следующими позициями:
1. Устройство для регенерации силикагеля;
2. Корпус;
3. Опоры осушительной камеры;
4. Осушительная камера;
5. Патрубок для подключения термодатчика;
6. Термодатчик;
7. Входной люк;
8. Подводящий трубопровод;
9. Отводящий трубопровод;
10. Электрические задвижки;
11. Диффузор ГПА;
12. Газоперекачивающий агрегат (ГПА);
13. Переходник ГПА;
14. Труба выхлопа ГПА;
15. Терморегулятор;
16. Электрические кабели;
17. Лопастная мешалка;
18. Вал лопастной мешалки;
19. Электродвигатель;
20. Запорное устройство;
21. Щит управления.
Устройство для регенерации силикагеля 1 состоит из корпуса 2, внутри которого на опорах 3 установлена осушительная камера 4, выполненная с перфорированными стенками (перфорированная сталь или металлическая мелкоячеистая сетка), обеспечивающими беспрепятственное протекание газового потока. Осушительная камера 4 установлена таким образом, чтобы между осушительной камерой 4 и корпусом 2 сохранялось свободное пространство для циркуляции газового потока, на верхней поверхности корпуса 2 установлен патрубок 5 для подключения термодатчика 6, на фронтальной поверхности корпуса 2 выполнен открывающийся входной люк 7, предназначенный для загрузки/выгрузки силикагеля; для надежности закрытого положения входного люка 7 предусмотрено запорное устройство 20; к боковым поверхностям корпуса 2 присоединены подводящий трубопровод 8 и отводящий трубопровод 9, на которых установлены электрические задвижки 10. Свободные концы подводящего 8 и отводящего 9 трубопроводов, выполнены с возможностью их присоединения (методом сварки) к диффузору 11 газоперекачивающего агрегата (ГПА) 12, таким образом, чтобы обеспечить протекание через устройство потока отработанных (выхлопных) газов ГТУ. Диффузор 11 расположен между переходником ГПА 13 и трубой выхлопа ГПА 14. Для регулировки подачи в устройство 1 газового потока предусмотрены две электрозадвижки 10, установленные на подводящем 8 и отводящем 9 трубопроводах, электрически связанные с терморегулятором 15, установленным на щите управления, который электрически связан с термодатчиком 6, установленным в патрубке 5. Электрическая связь между электрозадвижками 10, терморегулятором 15 и термодатчиком 6 осуществляется посредством электрических кабелей 16.
Для равномерного и более быстрого просушивания силикагеля при регенерации устройство оснащается лопастной мешалкой 17, установленной в нижней части осушительной камеры 4 на валу 18 и приводимой в движение посредством вала 18 электродвигателя 19.
Включение и выключение устройства производят со щита 21 управления, расположенного рядом с устройством, посредством кнопки подачи электропитания (на чертежах отсутствует). Щит 21 управления электрически связан с устройством 1, в частности с термодатчиком 6, электрозадвижками 10 и электродвигателем 19. Также на щите 21 управления размещен терморегулятор 15, осуществляющий автоматическое управление электрозадвижками 10, их открывание-закрывание при заданных значениях температур.
Работает устройство следующим образом.
Перед первым использованием устройство 1 для регенерации силикагеля должно быть установлено на диффузор 11 ГПА. Установка осуществляется методом приваривания подводящего 8 и отводящего 9 трубопроводов к диффузору 11 ГПА 12, таким образом, чтобы обеспечивалась возможность поступления потока отработанных (выхлопных) газов из диффузора 11 ГПА в подводящий 8 и отводящий 9 трубопроводы. После этого устройство 1 готово к работе.
Далее влажный силикагель загружают в осушительную камеру 4 устройства через входной люк 7, который по окончании загрузки закрывают посредством запорного устройства 20.
Включают устройство 1 нажатием кнопки подачи электричества на щите 21 управления. При этом электрозадвижки 10 установленные на подводящем 8 и отводящем 9 трубопроводах открываются (в периоды, когда электропитание устройства отключено, электрозадвижки находятся в закрытом состоянии) поток горячих отработанных (выхлопных) газов ГТУ из диффузора 11 ГПА 12 начинает поступать через подводящий трубопровод 8 внутрь устройства 1. Далее, газовый поток, поступая в пространство между осушительной камерой 4 и корпусом 2, а также протекая через перфорированные стенки осушительной камеры 4, нагревает силикагель, находящийся в осушительной камере 4. Благодаря нагреванию силикагеля, влага начинает испаряться и отводится вместе с газовым потоком по отводящему трубопроводу 9 в диффузор 11 ГПА, далее выносится в трубу 14 выхлопа ГПА и в атмосферу. Продвижение газового потока сквозь устройство обеспечивается за счёт энергии продуктов сгорания, поступающих от ГТУ.
Дальнейшее регулирование открывания и закрывания электрозадвижек 10 происходит терморегулятором 15 в автоматическом режиме: для этого термодатчик 6, фиксирует текущее значение температуры рабочей среды во внутреннем пространстве корпуса 2 и передаёт сведения на терморегулятор 15, который в соответствии с заданным диапазоном значений температур (140°С – 190°С) направляет электрозадвижкам 10 команду на закрывание или открывание: при температуре 140°С на электрозадвижки 10 подаётся сигнал открывания, а при достижении 190°С - сигнал закрывания.
При закрывании электрозадвижек 10 поступление потока выхлопных газов в устройство прекращается и происходит постепенное остывание рабочей среды, устройства, силикагеля.
В случае, когда устройство 1 оснащено лопастной мешалкой 17, при нажатии на щите 21 управления кнопки подачи электропитания, электродвигатель 19 начинает работать, вращая вал 18 и лопастную мешалку 17, которая, находясь под слоем влажного силикагеля, загруженного в осушительную камеру 4, перемешивает его, благодаря чему происходит равномерное нагревание силикагеля, улучшается и ускоряется его регенерация.
Через 3 часа работы устройство 1 выключают повторным нажатием кнопки электропитания на щите 21 управления, при этом электрозадвижки 10 закрываются и происходит процесс охлаждения. Дождавшись остывания устройства 1 до 50 – 60°С, открывают входной люк 7 и силикагель извлекают из осушительной камеры 4 устройства.
Также, устройство можно использовать для регенерации цеолита.