БЛОК КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
INTEGRATED AIR TREATMENT 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 (заявка ФРГ N 3304722, кл B01D 53/26), 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 влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.
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 влагоотводящим 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 влагоотводящим 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 цеолит марки NaX имеет меньшую адсорбционную способностью по двуокиси углерода, чем по парам воды, при длительной работе одного адсорбера возрастает проскоковая концентрация по двуокиси углерода тем самым вызывая «заморозку» станции и выходу ее из строя.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в разработке конструкции блока комплексной очистки воздуха, имеющего высокие эксплуатационные характеристики, в частности, за счет заполнении его адсорберов цеолитами разных марок с различными адсорбционными свойствами для обеспечения необходимой 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 входной трубопровод, два адсорбера с входными и выходными трубопроводами, заполненные адсорбентом и соединенные между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного воздуха в регенерируемый адсорбер, компрессор, ресивер высокого давления, и блок регенерации, согласно изобретению, корпус каждого адсорбера выполнен состоящим из нескольких автономных изолированных частей, образующих блок с адсорбентом, причем блок выполнен состоящим из входной, центральных и выходной частей, при этом входная часть выполнена в виде полого перфорированного профилированного днища с входным патрубком и перфорированным выходным усеченным конусом, центральные части выполнены в виде полых перфорированных конусов с полым перфорированным цилиндрическим основанием, а выходная часть выполнена в виде полого цилиндра с перфорированным профилированным днищем и выходным патрубком, причем внутри него установлен полый перфорированный усеченный конус, при этом упомянутые части установлены последовательно в адсорбере с возможностью автономной замены каждой части и герметично соединены между собой при помощи фланцевых соединений.
Такое исполнение частей адсорбера в виде входящих друг в друга конусов позволяет значительно развить площадь для прохода очищаемого газа.
Известны современные марки синтетических цеолитов, которые благодаря своим специфическим свойствам, способны селективно сорбировать строго определенный спектр веществ. В результате чего предлагается использовать многослойную насыпную часть блока комплексной очистки воздуха, при этом в первом слое использовать цеолит с высокой степенью осушки воздуха от влаги, во втором слое -универсальный цеолит, способный очищать воздух от большинства примесей, в третьем - цеолит с высокой степенью очистки воздуха от двуокиси углерода.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид блока комплексной очистки воздуха.
Блок комплексной очистки воздуха (далее - блок) содержит входной трубопровод 1, два адсорбера 2 с выходными патрубками 3, клапаны 4, 5, 6, 7 с системой управления, регулирующий дроссель 8 с трубопроводом подачи осушенного газа в регенерируемый адсорбер, компрессор 9, регулирующий дроссель высокого давления 10, соединенные между собой при помощи трубопроводов. Каждый адсорбер 2 поочередно работает в режиме адсорбции и регенерации.
Предложенный блок работает следующим образом.
2
СО
4
2
3
6
2
2
2
3
Очищаемый воздух с температурой +5÷8°С при давлении 70÷200 кгс/см, пройдя влагоотделитель, поступает от компрессора 9 через регулирующий дроссель высокого давления 10 в адсорбер 2 через открытый клапан 4. В адсорбере 2 происходит процесс адсорбции при прохождении воздуха через первый слой цеолита КА - очистка воздуха от влаги; через второй слой цеолита NaX - очистка от подавляющего большинства компонентов сложных смесей - все типы углеводородов, органические, сернистые, азотистые и кислотные соединения, галогенозамещенные углеводороды; через третий слой NaA - очистка от большинства компонентов промышленных газов, критический размер молекул которых не превышает 4  (СН, С, СН, CO, CS, HS, СНОН и т.д.)). После адсорбера, через открытый клапан 6, очищенный воздух направляется по технологическому назначению.
Такое изменение конструкции блока комплексной очистки воздуха, в частности, выполнение адсорбера с несколькими слоями адсорбента с различными свойствами, позволяет повысить его эксплуатационные характеристики путем уменьшения проскоковой концентрации двуокиси углерода, 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 применения адсорберов с высокой избирательной поглотительной способностью в процессе адсорбции в отношении воздушной смеси газов.