АДСОРБЕР

Полезная модель относится к устройствам для разделения газов адсорбцией, в частности, к адсорберам для осуществления циклического адсорбционно-десорбционного процесса разделения воздуха.
Известна адсорбционная установка для получения кислорода короткоцикловой адсорбцией, содержащая заполненные гранулированным адсорбентом адсорберы, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки подключены к ресиверу. Каждый адсорбер выполнен двухходовым с внутренней обечайкой, формирующей центральную полость, к которой подсоединен выходной патрубок, и кольцеобразную периферийную полость, к которой подсоединен входной патрубок. Ось внутренней обечайки и ось его входного патрубка смещены в противоположные стороны относительно оси корпуса адсорбера, а диаметр внутренней обечайки составляет 0,4-0,7 от диаметра корпуса. (См., например, патент РФ №2096072, МПК B01D 53/04, С01В 13/02, 1997 г).
Однако такая конструкция адсорбера не обеспечивает достаточную функциональную надежность по сохранению основных технических характеристик адсорбционного материала в циклах адсорбции - десорбции. В процессе эксплуатации происходит изменение сопротивления потоку из-за повышенного механического износа гранулированного адсорбента. Это обусловлено тем, что процесс короткоцикловой адсорбции протекает с циклическим изменением направления газового потока и неравномерного распределения потока газа по объему адсорбера.
Известен адсорбер для разделения газов короткоцикловой адсорбцией, содержащий корпус, заполненный гранулированным цеолитовым адсорбентом и установленную внутри, по меньшей мере, одну кольцевую коническую перегородку и штуцеры для подвода (отвода) обрабатываемой газовой среды и отбора целевого компонента, снабженные фильтрующими перегородками (Заявка Франции N 25557809, МПК В01D 53/04, 1985 г.).
Такое конструктивное выполнение адсорбера способствует выравниванию скоростей газового потока по объему адсорбера и снижению механического износа адсорбционного материала.
Однако механический износ гранулированного адсорбента приводит к пылеобразованию, в результате чего на фильтрующей перегородке происходит накопление фрагментов разрушившихся частиц адсорбента, пылевидная часть которых задерживается в порах фильтрующей перегородки, что приводит к значительному росту сопротивления и, соответственно, к снижению эффективности процесса разделения. В результате снижается надежность работы адсорбера.
Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Известен также адсорбер для разделения газов короткоцикловой адсорбцией, содержащий корпус, в котором смонтированы трубы с каналами, общий объем которых не превышает 20% от объема адсорбера, штуцерами для подвода (отвода) обрабатываемой газовой среды и отбора целевого компонента, снабженные решетками, в которых закреплены трубы. (Патент США N 2008/0282892, МПК B01D 53/047, 2008 г.).
Однако недостатком данной конструкции является то, что поток газа соприкасается со слоем адсорбента по поверхности каналов в трубах, что делает работу адсорбера недостаточно надежной из-за неравномерного распределения потока газа по объему адсорбера.
Указанные недостатки также обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Задачей изобретения является снижение механического износа адсорбента.
Технический результат, заключается в повышении надежности блока адсорбента.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Технический результат достигается тем, что в адсорбере для короткоцикловой адсорбции, содержащем корпус с крышками, с помещенным в него монолитным адсорбентом и штуцеры для подвода и отвода обрабатываемой газовой среды и отбора целевого компонента, причем в качестве адсорбента использованы монолитные цеолитные блоки в виде цилиндров, а корпус снабжен центральным кольцевым выступом с уплотнительными элементами по обоим торцам, к которым прилегают цеолитные блоки, в крышках с возможностью осевого перемещения установлены штуцеры для подвода и отвода обрабатываемой газовой среды, взаимодействующие с коническими вставками, герметично установленными в корпусе. Использование монолитного цеолитного адсорбента позволяет добиться производительности по продукционному газу, эквивалентной производительности адсорбера с гранулированным адсорбентом, при меньших размерах и массе адсорбера. Это возможно за счет уменьшения толщины слоя адсорбента и использования длительности цикла адсорбции - десорбции менее 2 сек.
Коническая вставка снабжена уплотнительным элементом и втулкой из антифрикционного материала.
Коническая вставка прилегает к цеолитному блоку через уплотнительный элемент.
Один из цеолитных блоков выполнен из цеолита марки NaX, а второй - из цеолита марки КА.
В качестве газопроницаемого связующего использовано глинистое связующее каолинитовой или монтмориллонитовой природы.
Использование в качестве адсорбента монолитных цеолитных блоков в виде цилиндров, снабжение корпуса центральным кольцевым выступом с уплотнительными элементами по обоим торцам, к которым прилегают цеолитные блоки, установка в крышках с возможностью осевого перемещения штуцеров для подвода и отвода обрабатываемой газовой среды, взаимодействующих с коническими вставками, герметично установленными в корпусе обеспечивает простоту конструкции при использовании цилиндрических цеолитных блоков за счет отсутствия герметизации по образующей. Для получения кислорода требуется предварительная очистка воздуха от паров влаги. Использование цеолита одной марки вызывает резкое увеличение длины адсорбера. Использование цеолитных блоков на основе двух различных видов адсорбентов позволяет максимально использовать адсорбционные емкости как по воде, так и по азоту.
Снабжение конической вставки уплотнительным элементом и втулкой из антифрикционного материала позволяет уплотнять торец цеолитного блока, обращенный к крышке. При уплотнении резьбовой штуцер может вращаться в втулке из антифрикционного материала, не передавая вращение цеолитному блоку, что повышает надежность работы адсорбера.
Прилегание конической втулки к цеолитному блоку через уплотнительный элемент обеспечивает простоту и надежность герметизации.
Выполнение одного из цеолитных блоков из цеолита марки NaX, a второго - из цеолита марки КА обеспечивает максимальное использование адсорбционной емкости каждой марки примененных цеолитов.
В качестве газопроницаемого связующего использовано глинистое связующее каолинитовой или монтмориллонитовой природы.
Выполнение монолитного цеолитного блока с газопроницаемым связующим обеспечивает механическую прочность блока в процессе эксплуатации и отсутствие изменения сопротивления потоку.
Использование в монолитном цеолитном блоке в качестве газопроницаемого связующего глинистого связующего каолинитовой или монтмориллонитовой природы обеспечивает механическую прочность блока при сохранении необходимой адсорбционной емкости.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций адсорберов с получением технического результата, заключающегося в снижении механического износа адсорбента и повышении надежности его работы, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где:
На фиг.1 показан общий вид адсорбера в разрезе,
на фиг.2 показан прижимной штуцер,
на фиг.3 - сечение прижимного штуцера по А-А.
На представленных чертежах изображены:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - штуцер;
4 - антифрикционная втулка;
5 - коническая вставка;
6 - уплотнение конической вставки;
7 - уплотнительная прокладка;
8 - кольцевой выступ;
9 - блок из NaX;
10 - блок из КА.
Адсорбер для короткоцикловой адсорбции содержит корпус 1, в верхней и нижней части которого в резьбовых гнездах установлены крышки 2 с резьбовыми отверстиями по центру, в которых установлены штуцеры 3. Штуцеры 3 своим торцом примыкают к антифрикционным втулкам 4, установленным в конических вставках 5, которые примыкают к корпусу 1 через уплотнение конической вставки 6. На торцах конических вставок 5 установлены уплотнительные прокладки 7. В центральной части корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 8, к которому через уплотнительные прокладки 7 примыкают блок из NaX и блок из КА.
Кольцевая прокладка 7 изготавливается из мягкой резины, чтобы обеспечить надежный контакт с нижним торцом цеолитных монолитных блоков 9 и 10.
Сборка устройства осуществляется следующим образом.
При снятой крышке 2 на кольцевой выступ 8 устанавливается уплотнительная прокладка 7, на которую устанавливается цеолитный блок из NaX 9, на верхнюю поверхность которого устанавливается еще одна уплотнительная прокладка 7. На эту прокладку устанавливается коническая вставка 5 с антифрикционной втулкой 4 и в корпус 1 устанавливается крышка 2. Герметизация верхней половины адсорбера достигается вворачиванием штуцера 3 до упора в антифрикционную втулку 4. Установка цеолитного блока из КА в нижнюю половину корпуса 1 осуществляется аналогично описанному выше.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Через нижний штуцер 3 в адсорбер подается разделяемый воздух под давлением от 0,05 до 0,3 МПа. Проходя через слой адсорбента КА, воздух за счет избирательности поглощения освобождается от влаги, и осушенный воздух поступает в слой адсорбента NaX, где за счет избирательности поглощения освобождается от азота, и воздух с избыточным содержанием кислорода поступает на выход продукционного газа через верхний штуцер 3.
При сбросе давления воздух с избытком азота сбрасывается в нижнюю часть адсорбера и производит осушку блока адсорбента КА и сбрасывается в атмосферу через нижний штуцер 3. При этом количество воздуха, проходящего адсорбент в обоих направлениях примерно равно. Часть продукционного газа (30-50% от общего количества) при сбросе давления вновь поступает в адсорбер через штуцер 3. Этого количества продукционного газа достаточно, чтобы осуществить промывку адсорбента, после чего адсорбент вновь готов к адсорбции азота.
Устройство позволяет повысить надежность работы адсорбера при эксплуатации в реверсивном потоке.