ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АДСОРБЕР С ПЕРЕМЕННЫМ ВНУТРЕННИМ ОБЪЕМОМ
VERTICAL ADSORBER WITH VARIABLE INTERNAL VOLUME

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей методом короткоцикловой безнагревной адсорбции. Поток разделяемой газовой смеси подвергают сжатию в компрессоре и последовательно циклически пропускают через слой адсорбента в двух параллельно соединенных адсорбционных колоннах, в которых циклически и последовательно организуют режимы повышения и понижения давления. Режимы повышения и понижения давления организуют с помощью синхронного переключения системы входных и выходных клапанов.
В технологии промышленной адсорбции газов и паров широкое применение нашли вертикальные адсорберы, внутренняя полость которых заполнена неподвижным слоем зернистого адсорбента. При этом адсорбент равномерно распределен по всей площади поперечного сечения аппарата.
Вертикальные адсорберы с неподвижным слоем адсорбента просты по конструкции. Они пригодны для осуществления процесса адсорбции в достаточно большом диапазоне давлений и расходов перерабатываемых газов. Их широко используют в технологии очистки и осушки углеводородных газов, таких как природные, нефтяные, газы пиролиза углеводородного сырья и др. Они также применяются для процессов очистки газов, например, от летучих растворителей, осушки воздуха, получения чистых инертных газов. В качестве поглотителей при осуществлении процесса адсорбции в зависимости от того, какой компонент поглощается из газовой смеси, чаще других применяют активный уголь, цеолиты, силикагели и активную окись алюминия.
Известна конструкция адсорбера, используемая для проведения адсорбционных процессов (патент РФ №2530112 опубликовано 10.10.2014 бюл. №28), который в своем составе содержит типовые элементы: вертикальный корпус, штуцер для входа перерабатываемого газа, установленный по оси верхнего днища корпуса, штуцер для выхода перерабатываемого газа, который установлен по оси нижнего эллиптического днища. В нижней части корпуса смонтировано опорное устройство, содержащее опорную решетку, опорное кольцо, приваренное к корпусу. В крышках смонтированы штуцеры для подачи исходной смеси с распределительной сеткой и для отвода компонентов при десорбции. Через входной штуцер в адсорбер подается разделяемый газ под давлением. При сбросе давления более сорбирующийся компонент сбрасывается из адсорбера через выходной штуцер в атмосферу.
Также известна конструкция адсорбера (патент РФ №2011937 опубликовано 30.04.1994), вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, полость для адсорбента, входные и выходные клапаны. Сжатый газ поступает в установку по трубопроводу через открытый электроуправляемый клапан, далее он поступает в адсорбер, который заполнен селективным адсорбентом. Газовый поток на очистку подается в нижнюю часть аппарата через входной клапан и далее проходит через распределительную сетку. Очищенный газовый поток выводится из адсорбера через выходной клапан. Десорбция осуществляется при пониженном давлении и закрытом входном клапане.
К недостаткам указанных конструкций вертикальных адсорберов следует отнести относительно высокие энергетические затраты на регенерацию адсорбента в режиме десорбции. Затраты связанны с тем, что в режиме десорбции разрежение происходит по всему внутреннему объему колонны, включая области, не заполненные адсорбентом, объем которых сравним с заполненным объемом. В режиме десорбции не заполненные адсорбентом внутренние области объема адсорбера вызывают дополнительную нагрузку на откачивающий насос, таким образом снижая качество условий регенерации за счет увеличения энергозатрат на работу откачивающего насоса и времени десорбции.
Наиболее близкой к заявленному изобретению является конструкция адсорбера (патент РФ №2530112 опубликовано 10.10.2014 бюл. №28) и принята за прототип.
Недостатками такого адсорбера является одинаковый внутренний объем колонны в режиме адсорбции и десорбции, что сказывается на энергетических затратах в режиме десорбции.
Технический результат - повышение эффективности процесса регенерации адсорбента в режиме десорбции и снижение энергетических затрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом вертикальном адсорбере с переменным внутренним объемом, состоящем из цилиндрического корпуса с верхней и нижней крышкой и расположенной внутри корпуса цилиндрической сетчатой емкостью, заполненным адсорбентом, с входным и выходными клапанами, установлена неподвижная перегородка с подвижной заслонкой в форме усеченного конуса с возвратно-поступательным движением. В режиме десорбции за счет уменьшения внутреннего объема адсорбционной колонны снижается нагрузка на насос.
Вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом предназначен для очистки бинарной смеси, состоящей из сорбирующегося компонента и несорбирующегося компонента.
На фиг. 1 изображен вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом работающий в режиме адсорбции.
На фиг. 2 изображен вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом работающий в режиме десорбции.
На фиг. 3 изображен поперечный разрез вертикального адсорбера с переменным внутренним объемом в области емкости с цеолитом.
На фиг. 4 изображен поперечный разрез вертикального адсорбера с переменным внутренним объемом в области пространства не заполненного адсорбентом.
Вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом включает в себя следующие компоненты: клапаны для выхода несорбирующегося компонента 1; неподвижные направляющие 2; подвижные заслонки в форме усеченного конуса 3; сетчатая цилиндрическая емкость заполненная адсорбентом 4; клапан для выхода сорбирующегося компонента 5; объем колонны незаполненный адсорбентом 6; входной клапан для бинарной смеси, состоящей из сорбирующегося компонента и несорбирующегося компонента 7; корпус адсорбционной колонны 8; неподвижные перегородки 9; отверстия для направляющих 10.
Вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом работает следующим образом, процесс очистки бинарной смеси включает в себя два последовательных режима: режим адсорбции и режим десорбции. В режиме адсорбции бинарная смесь при повышенном давлении поступает в корпус адсорбционной колонны 8 через входной клапан для бинарной смеси, состоящей из сорбирующегося компонента и несорбирующегося компонента 7, далее газовая смесь проходит через сетчатую цилиндрическую емкость заполненную адсорбентом 4, который под действием манометрического давления смеси адсорбирует на своей поверхности сорбирующейся компонент. Смесь, проходя через адсорбер, очищается, концентрация несорбирующегося компонента повышается, и очищенный газ выходит из корпуса адсорбционной колонны 8 через клапаны для выхода несорбирующегося компонента 1. При этом подвижные заслонки в форме усеченного конуса 3, с отверстиями для направляющих 10, закрепленные на неподвижных направляющих 2, под действием манометрического давления газового потока двигаются поступательно по нормали к неподвижной перегородке 9 в направлении от сетчатой цилиндрической емкости заполненной адсорбентом 4, обеспечивая тем самым открытое состояние заслонок. При этом клапан для выхода сорбирующегося компонента 5 закрыт.
В режиме десорбции происходит регенерация адсорбента за счет удаления сорбирующегося компонента при пониженном давлении, при этом закрываются клапаны для выхода несорбирующегося компонента 1 и клапан для бинарной смеси, состоящей из сорбирующегося компонента и несорбирующегося компонента 7, открывается клапан для выхода сорбирующегося компонента 5. Подвижные заслонки в форме усеченного конуса 3, с отверстиями для направляющих 10, закрепленные на неподвижных направляющих 2, под действием вакуумметрического давления, создаваемого откачивающим насосом через клапан для выхода сорбирующегося компонента 5, втягиваются по неподвижным направляющим 2 двигаясь возвратно по нормали к неподвижным перегородкам 9 в направлении к емкости с адсорбентом, и прижимаются к неподвижным перегородкам 9, закрепленным по торцам сетчатой цилиндрической емкости заполненной адсорбентом 4, тем самым происходит уменьшение внутреннего объема колонны, на величину объема колонны незаполненного адсорбентом 6. Часть объема колонны незаполненного адсорбентом 6 заштрихована на фиг. 2. В результате предложенного изменения конструкции, снижается нагрузка на откачивающий насос и повышается эффективность процесса регенерации адсорбента. Удаление сорбирующегося компонента происходит через клапан для выхода сорбирующегося компонента 5.
Затем процесс циклически повторяется.
Таким образом, в вертикальном адсорбер с переменным внутренним объемом, по сравнению с прототипом, в режиме десорбции объем колонны уменьшается, а в режиме адсорбции объем остается прежним.