КОМБИНИРОВАННЫЙ АДСОРБЕР ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОЧИСТКИ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ГАЗА ОТ ДВУХ ВИДОВ ГАЗООБРАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к контактным массообменным реакционным сепарационным аппаратам для очистки многокомпонентного газа и может быть использована для очистки синтез-газа от сероводорода и сераорганических соединений.
Уровень техники
Известен выбранный в качестве прототипа полезной модели комбинированный адсорбер для очистки многокомпонентного газа от двух видов газообразных соединений, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с установленными в нем соответственно двумя адсорбционными аппаратами газоочистки, первый из которых по ходу очищаемого газа расположен в центральной осевой части корпуса и составляет первую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в восходящем вертикальном направлении, а второй - в охватывающем центральную осевую часть концентричном ей кольцевом пространстве и составляет вторую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в радиальном направлении от центра к периферии, причем первый адсорбционный аппарат представляет собой заполненную твердым адсорбентом обечайку со входным патрубком для подвода очищаемого газа в нижней части и выпускными отверстиями для него в верхней части, а второй - заполненную твердым адсорбентом кольцевую коробку со входными и выходными отверстиями для очищаемого газа в боковых цилиндрических стенках указанной коробки, между первым и вторым адсорбционными аппаратами предусмотрено кольцевое пространство для перепуска очищаемого газа из верхней части первого адсорбционного аппарата на вход второго адсорбционного аппарата, между вторым адсорбционным аппаратом и цилиндрической стенкой корпуса предусмотрен кольцевой коллектор для сбора очищенного газа и выпуска его через выводной патрубок в его нижней части, а в верхней части второго адсорбционного аппарата установлен горизонтальный ряд наклонных направляющих кольцевых пластин (US 5593475, B01D 53/04, 1997).
К недостаткам указанного известного адсорбера можно отнести сравнительно низкую производительную способность, связанную с недостаточно интенсивным массообменом между твердым адсорбентом и адсорбируемыми веществами очищаемого газа. При заданной производительности газоочистки в сочетании с требованием высокой концентрации поглощаемых газовых компонентов это приводит к необходимости существенного увеличения габаритов аппарата с соответствующим увеличением металлоемкости и большим объемам загружаемого в него адсорбента.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение производительности адсорбера при заданных габаритах или при заданной производительности уменьшение его габаритов и расхода твердого адсорбента, а достигаемым техническим результатом - повышение интенсивности массообмена между твердым адсорбентом и очищаемым газом, а также возможность многократного использования твердого адсорбента.
Указанные задачи и достигаемый технический результат обеспечиваются тем, что в комбинированном адсорбере для очистки многокомпонентного газа от двух видов газообразных соединений, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с установленными в нем соответственно двумя адсорбционными аппаратами газоочистки, первый из которых по ходу очищаемого газа расположен в центральной осевой части корпуса и составляет первую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в восходящем вертикальном направлении, а второй - в охватывающем центральную осевую часть концентричном ей кольцевом пространстве и составляет вторую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в радиальном направлении от центра к периферии, причем первый адсорбционный аппарат представляет собой заполненную твердым адсорбентом обечайку со входным патрубком для подвода очищаемого газа в нижней части и выпускными отверстиями для него в верхней части, а второй - заполненную твердым адсорбентом кольцевую коробку со входными и выходными отверстиями для очищаемого газа в боковых цилиндрических стенках указанной коробки, между первым и вторым адсорбционными аппаратами предусмотрено кольцевое пространство для перепуска очищаемого газа из верхней части первого адсорбционного аппарата на вход второго адсорбционного аппарата, между вторым адсорбционным аппаратом и цилиндрической стенкой корпуса предусмотрен кольцевой коллектор для сбора очищенного газа и выпуска его через по меньшей мере один выводной патрубок в его нижней части, а в верхней части второго адсорбционного аппарата установлен горизонтальный ряд наклонных направляющих кольцевых пластин, согласно полезной модели обечайка первого адсорбционного аппарата имеет форму усеченного конуса с малым основанием, примыкающим к входному патрубку, в сечении указанного основания установлена распределительная ситчатая тарелка для создания в первом адсорбционном аппарате псевдоожиженного слоя адсорбента, выпускные отверстия в верхней части указанной обечайки выполнены просечными с направлением просечного язычка вниз и наружу обечайки, а в пространстве второго адсорбционного аппарата ниже верхнего ряда наклонных направляющих кольцевых пластин дополнительного установлено по меньшей мере еще два горизонтальных ряда аналогичных пластин.
При этом угол наклона образующей обечайки первого адсорбционного аппарата к оси конуса может составлять (20…40)°, угол наклона к вертикальной оси адсорбера направляющих кольцевых пластин в каждом ряду второго адсорбционного аппарата - (40…50)°, второй адсорбционный аппарат может быть снабжен кольцевым конусообразным днищем с уклоном от периферии к центру под углом образующей конуса к центральной вертикальной оси адсорбера равным (35…50)° и с по меньшей мере одним патрубком в нижней части для выгрузки сорбента, корпус адсорбера может быть снабжен охлаждающей рубашкой с по меньшей мере одним патрубком для ввода и по меньшей мере одним патрубком для вывода хладоагента.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг.1 схематично изображен адсорбер согласно полезной модели в продольном разрезе; на фиг.2 - узел Б фиг.1 с изображением просечного отверстия; на фиг.3 - адсорбер согласно полезной модели в поперечном разрезе по А-А фиг.1.
Подробное описание полезной модели
Комбинированный адсорбер для очистки многокомпонентного газа от двух видов газообразных соединений (в рассматриваемом примере - для очистки синтез-газа от сероводорода и сераорганических соединений) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 (фиг.1, 3) с установленными в нем двумя адсорбционными аппаратами газоочистки. Первый адсорбционный аппарат 2 по ходу очищаемого газа расположен в центральной осевой части корпуса 1 и составляет первую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в восходящем вертикальном направлении. Второй адсорбционный аппарат 3 расположен в охватывающем центральную осевую часть концентричном ей кольцевом пространстве и составляет вторую зону адсорбции, в которой очищаемый газ движется в радиальном направлении от центра к периферии. Первый адсорбционный аппарат 2 представляет собой заполненную твердым адсорбентом 4 (фиг.1) обечайку 5 со входным патрубком 6 для подвода очищаемого газа в нижней части и выпускными отверстиями 7 (фиг.1, 2, 3) для него в верхней части. Второй адсорбционный аппарат 3 представляет собой заполненную твердым адсорбентом (на чертеже не показан) кольцевую коробку 8 со входными и выходными отверстиями для очищаемого газа в боковых цилиндрических стенках указанной коробки 8. Между первым адсорбционным аппаратом 2 и вторым адсорбционным аппаратом 3 предусмотрено кольцевое пространство 9 (фиг.1, 3) для перепуска очищаемого газа из верхней части первого адсорбционного аппарата 2 на вход второго адсорбционного аппарата 3. Между вторым адсорбционным аппаратом 3 и цилиндрической стенкой корпуса 1 предусмотрен кольцевой коллектор 10 (фиг.1) для сбора очищенного газа и выпуска его через выводные патрубки 11 в его нижней части, а в верхней части второго адсорбционного аппарата 3 установлен горизонтальный ряд наклонных направляющих кольцевых пластин 12. Обечайка 5 первого адсорбционного аппарата 2 имеет форму усеченного конуса с малым основанием, примыкающим к входному патрубку 6. В сечении указанного основания установлена распределительная ситчатая тарелка 13 для создания в первом адсорбционном аппарате 2 псевдоожиженного слоя адсорбента 4. Выпускные отверстия 7 в верхней части обечайки 5 выполнены просечными (фиг.2) с направлением просечного язычка 14 вниз и наружу обечайки 5. В пространстве второго адсорбционного аппарата 3 ниже верхнего ряда наклонных направляющих кольцевых пластин 12 дополнительного установлено в данном примере еще два горизонтальных ряда аналогичных пластин. Угол α наклона образующей обечайки 5 первого адсорбционного аппарата 2 к оси соответствующего конуса составляет α=(20…40)°. Угол β наклона к вертикальной оси адсорбера направляющих кольцевых пластин 12 в каждом ряду второго адсорбционного аппарата 3 составляет β=(40…50)°. Второй адсорбционный аппарат 3 снабжен кольцевым конусообразным днищем 15 с уклоном от периферии к центру под углом γ образующей конуса к центральной вертикальной оси адсорбера равным γ=(35…50)° и с по меньшей мере одним патрубком 16 в нижней части для выгрузки сорбента. Корпус 1 адсорбера снабжен охлаждающей рубашкой 17 (фиг.1, 3) с по меньшей мере одним патрубком 18 для ввода и по меньшей мере одним патрубком 19 для вывода хладоагента. Для загрузки сорбента в адсорбционные аппараты 2 и 3 предусмотрены соответственно патрубки 20 и 21 (фиг.1).
Работа адсорбера согласно полезной модели
До начала работы в адсорбционные аппараты 2 и 3 загружают через загрузочные патрубки 20 и 21 соответствующие адсорбенты, селективно действующие в отношении сероводорода и сераорганических соединений. Для первого аппарата 2 могут использоваться природные железомарганцевые сорбенты, а для второго аппарата 3 - специальным образом приготовленные адсорбенты на основе красной глины и оксидов цинка, состав которых зависит от состава и концентраций очищаемых газов. Подлежащий очистке синтез- газ вводят в первый адсорбционный аппарат 2 через нижний патрубок 6. Проходя через распределительную ситчатую тарелку 13 очищаемый газ псевдоожижает твердые частицы адсорбента первой зоны адсорбции, в которой осуществляется поглощение сероводорода. Очищенный от сероводорода синтез-газ поступает через просечные отверстия 7 из верхней части адсорбционного аппарата 2 в адсорбционный аппарат 3. При этом направленные вниз язычки 14 просечных отверстий 7 отклоняют газовый поток вдоль внутренней перфорированной цилиндрической стенки аппарата 3, через отверстия которой по всей ее высоте очищаемый газ входит во вторую зону адсорбции, где реагирует с адсорбентом этой зоны при одинаковой температуре с адсорбентом первой зоны. Затем синтез-газ выводится через перфорированные отверстия наружной цилиндрической стенки кольцевой коробки 8 аппарата 3, проходя через кольцевой коллектор 10 в выводной патрубок 11. В кольцевом пространстве коробки 8 второго адсорбционного аппарата 3 для организации упорядоченного движения газового потока и предотвращения слеживания адсорбента установлены направляющие кольцевые пластины 12 в несколько рядов по всей высоте аппарата. Для замены адсорбента второй зоны адсорбции днище 15 кольцевой коробки 8 аппарата 3 имеет уклон в сторону центральной оси адсорбера, облегчающий выгрузку отработавшего адсорбента через патрубки 16. Регенерацию адсорбентов первой и второй зон адсорбции при необходимости осуществляют кислородосодержащим газом при более высокой температуре процесса, превышающей рабочую температуру в адсорбере примерно на 250°C, что происходит за счет теплового эффекта реакции регенерации. Отвод теплоты от адсорбера в процессе регенерации адсорбентов осуществляется хладоагентом (водой), циркулирующей через охлаждающую рубашку 17.
Таким образом, адсорбер согласно полезной модели позволяет осуществлять эффективную очистку синтез-газов от опасных компонентов соединений серы одновременно в вертикальном и горизонтальном токе, в условиях режимов псевдоожижения и фильтрации, ускоряющих процессы массообмена, что обеспечивает существенное повышение эффективности его работы.