Установка адсорбционной осушки газов
DEVICE OF ADSORPTION DRYING GASES

Изобретение относится к адсорбционной технике, а именно к установкам для очистки и осушки газов в стационарном слое адсорбента с периодической регенерацией последнего, и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.
Известна установка адсорбционной осушки газа, содержащая последовательно соединенные компрессор, два адсорбера, эжектор, соединенный с компрессором, теплообменник с сепаратором, вихревую трубу, установленную в линии влажного воздуха, устройство удаления сконденсировавшейся влаги, установленное в линии осушаемого газа между холодным концом вихревой трубы и адсорберами, и клапаны управления (патент SU 1690826 А1, кл. В01D 53/26, 1991).
Известная установка позволяет исключить поступление капельной влаги в адсорберы и повысить надежность установок-потребителей осушенного газа. Однако она имеет достаточно сложную структуру и порядок регенерации адсорбента при относительно невысокой эффективности процесса регенерации, требует больших энергетических затрат на термодинамическое расслоение газа в вихревой трубе и его прокачивание через адсорберы. Кроме того, наличие источника избыточного давления (компрессора) повышает металлоемкость и шумность установки, а также ее стоимость.
Наиболее близкой является установка адсорбционной осушки газов, включающая два установленных параллельно адсорбера, оснащенных подогревателями, клапаны управления, установленные в линии подачи влажного газа перед адсорберами и в магистрали подачи осушенного газа после адсорберов, дополнительно содержащая основной эжектор, газовый патрубок которого соединен с магистралью подачи осушенного газа и оснащен невозвратным клапаном, дополнительный эжектор, газовый патрубок которого соединен с магистралью подачи влажного газа и оснащен невозвратным клапаном, насос, выход которого подключен к входам основного и дополнительного эжекторов, причем основной эжектор эжектирует осушаемый газ из адсорбера, находящегося в режиме адсорбции, дополнительный эжектор эжектирует влагу из адсорбера, находящегося в режиме десорбции, а выходы обоих эжекторов соединены с входом насоса или промежуточной емкостью, имеет более простую структуру, отличающаяся тем, что регенерация адсорбента протекает в условиях разрежения, создаваемого дополнительным эжектором при незначительном поверхностном подогреве адсорберов, и тем, что исключается применение источника избыточного давления, а воздух в адсорберы поступает из атмосферы за счет разрежения, создаваемого в них основным эжектором, и тем, что регенерация адсорбента осуществляется вакуумно-термическим способом при автоматическом переключении режимов работы адсорберов (Патент РФ на изобретение №2190458, М.кл. B01D 53/26, опубл. 10.10.2002).
Недостатками известной установки являются: усложненная схема и использование для регенерации жидкого агента, что требует дополнительного оборудования и отсутствие контроля качества газа.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат изобретения заключается в упрощении устройства и контроле качества осушки газа.
Технический результат достигается тем, что установка адсорбционной осушки газов, включающая первый и второй установленные параллельно адсорберы, клапаны управления, установленные в линии подачи влажного газа перед адсорберами и в магистрали подачи осушенного газа после адсорберов, дополнительно содержит фильтр, рекуперативный теплообменник, нагреватель и охладитель, причем первые выходы первого и второго адсорберов через клапан управления и фильтр соединены соответственно с входом рекуперативного теплообменника, прибора контроля качества газа и выходом «осушенного газа» установки, выход рекуперативного теплообменника через нагреватель и клапан управления соединен со вторыми входами первого и второго адсорберов, вторые выходы первого и второго адсорберов через клапан управления соединены со вторым входом рекуперативного теплообменника, второй выход которого через охладитель соединен с входом сепаратора, выходы которого «газ регенерации» и «вода» являются выходами установки, вход установки «сырьевой газ» через клапан управления соединен с входами первого и второго адсорберов.
На чертеже приведена структурная схема установки, где: 1, 2 - адсорберы; 3 - фильтр; 4 - рекуперативный теплообменник; 5 - нагреватель; 6 - охладитель; 7 - сепаратор; 8, 9, 10, 11 - клапаны управления (распределения потока); 12 - прибор контроля качества газа (влагомер или хроматограф).
Установка адсорбционной осушки газов, включающая первый 1 и второй 2 установленные параллельно адсорберы, клапаны управления, установленные в линии подачи влажного газа перед адсорберами и в магистрали подачи осушенного газа после адсорберов, фильтр 3, рекуперативный теплообменник 4, нагреватель 5 и охладитель 6, причем первые выходы первого 1 и второго 2 адсорберов через клапан 11 управления и фильтр 3 соединены соответственно с входом рекуперативного теплообменника 4, прибора 12 контроля качества газа и выходом «осушенного газа» установки, выход рекуперативного теплообменника 4 через нагреватель 5 и клапан управления 10 соединен со вторыми входами первого 1 и второго 2 адсорберов, вторые выходы которых через клапан управления 9 соединены со вторым входом рекуперативного теплообменника 4, второй выход которого через охладитель 6 соединен с входом сепаратора 7, выходы которого «газ регенерации» и «вода» являются выходами установки, вход установки «сырьевой газ» через клапан управления 8 соединен с входами первого 1 и второго 2 адсорберов.
Установка функционирует следующим образом.
Сырьевой газ поступает в один из адсорберов, например 1 (адсорбер 2 в это время на стадии регенерации), в котором происходит осушка (очистка) газа за счет контакта его с твердым поглотителем - адсорбентом. После первого 1 адсорбера осушенный (очищенный) газ проходит через фильтр 3 для удаления адсорбентной пыли и через выход «осушенный газ» отводится потребителю. Подача газа в первый 1 или второй 2 адсорберы осуществляется клапанами 8 и 11, установленными на линиях подачи газа в адсорберы и выхода газа из них.
Регенерация адсорбента проводится термическим способом со снижением давления или без такового (определяется на стадии технологических расчетов, исходя из требуемой степени осушки газа). Регенерация проводится путем подачи осушенного газа во второй 2 адсорбер после предварительного нагрева его последовательно в рекуперативном теплообменнике 4 за счет тепла, отходящего от второго 2 адсорбера газа регенерации и нагревателе 5 (может использоваться как электронагреватель, так и рекуперативный теплообменник 4 с использованием промежуточного теплоносителя с температурой, достаточной для нагрева газа регенерации до требуемой температуры около 270°С).
Нагретый газ регенерации подается во второй 2 адсорбер с направлением, обратным подаче газа на осушку (если на осушку газ подается снизу, то на регенерацию будет подаваться сверху).
Газ регенерации, имеющий концентрацию извлекаемых компонентов ниже, чем таковая в слое адсорбента выводит поглощенные компоненты из пор адсорбента, после чего направляется в рекуперативный теплообменник 4, где отдается часть тепла холодному потоку газа регенерации, затем в охладитель 6, где охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды (в качестве охладителя может использоваться аппарат воздушного охлаждения или водяной холодильник), в результате чего происходит конденсация высококипящих компонентов (воды). Смесь газа и сконденсированной жидкости (воды) из охладителя 6 направляется на разделение в сепаратор 7, откуда жидкость (вода) отводится на утилизацию (не показано на схеме, определяется исходя из конкретных условий эксплуатации), а газ регенерации отводится из сепаратора 7 на утилизацию (например, в топливную систему или на сжигание) или в сырьевой поток после компримирования его до давления сырьевого потока (на схеме не показаны, определяется исходя из конкретных условий эксплуатации).
2
На линии осушенного (очищенного) газа для контроля качества осушки (очистки) установлен прибор контроля качества газа 12, в качестве которого может быть использован влагомер (в случае осушки газа) или поточный хроматограф (в случае очистки газа, например, от сероводорода или диоксида углерода). Функция очистки газа (извлечения отдельных компонентов СO, сероводород и др.) является дополнительной. Она может быть осуществлена путем подбора соответствующего адсорбента без изменения аппаратурного исполнения установки.
Работа установки происходит полностью в автоматическом режиме. Клапаны 8…11 переключаются по циклограмме через определенные промежутки времени, которые определяются в процессе проведения технологических расчетов установки. Поддержание температуры газа регенерации, температуры газа регенерации после охладителя 6, уровня в сепараторе 7, необходимого расхода осушенного газа и газа регенерации осуществляется также в автоматическом режиме по показаниям приборов КИП, запорной и регулирующей арматуры, которыми оснащается установка (на схеме не показаны).