АДСОРБЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С АДСОРБИРУЮЩИМ АГЕНТОМ

Полезная модель относится к адсорбционному устройству, предназначаемому для обработки сжатого газа, в частности к адсорбционному устройству с адсорбирующим агентом, который может применяться для осушения сжатого газа, например сжатого воздуха.
Известны адсорбционные устройства в виде сушильных устройств для сжатого газа, содержащие емкость, в которой расположен осушающий агент или десикант. Емкость снабжена впуском для подачи сжатого газа, подлежащего осушению, и выпуском для выхода осушенного газа.
Осушающий агент обычно используется в форме регенерируемого осушителя или, другими словами, осушителя, который после достижения некоторой степени насыщения может быть восстановлен. Действительно, когда осушитель извлекает влагу из подлежащего осушению газа, этот осушитель становится все более и более насыщенным поглощенной влагой. Обычной практикой является восстановление осушающего агента после его использования в течение некоторого времени для сушки сжатого газа, например, воздействием на него регенерирующим потоком газа, который удаляет из осушителя влагу. Такой регенерирующий поток газа может состоять, например, из осушенного и/или горячего газа, относительная влажность которого достаточно низка для того, чтобы сделать возможным регенерацию осушителя.
В некоторых устройствах для осушения сжатого газа применяются по две или более емкостей с осушителем. Сушильные устройства с двумя емкостями также называются двухбашенными. В сушильном устройстве такого типа сжатый газ, например, создаваемый компрессором, может быть пропущен, например, через первую из вышеупомянутых емкостей, где он будет высушиваться находящимся в данной емкости осушителем после прохождения через доохладитель и отделитель конденсата (который может являться или не являться частью доохладителя). Эта емкость последовательно выступает в качестве осушающей емкости.
Наряду с этим, через вторую вышеупомянутую емкость может пропускаться регенерирующий поток газа для восстановления осушающего агента в этой второй емкости посредством удаления влаги из этого осушителя. Это может реализовываться с помощью газа, который уже был высушен, например, выходящего из осушительной емкости, и/или, например, подачей потока нагретого газа, например, с помощью рекуперации тепла, выделяющегося в компрессоре в процессе сжатия. В последнем случае этот процесс называется «нагрев сжатием» или HOC-осушителем (Heat Of Compression Dryer – осушитель, использующий теплоту сжатия).
Когда осушитель в осушительной емкости достигает определенной степени насыщения, потоки газа через первую и вторую емкости могут быть переключены так, чтобы осушитель в первой емкости подвергался восстановлению регенерирующим потоком газа, а вторая емкость выполняла функцию осушительной емкости. Таким образом, эти две или большее количество емкостей поочередно выступают в качестве осушительного сосуда высокого давления и регенерационного сосуда высокого давления, обеспечивая непрерывность процесса сушки. Примеры таких сушильных устройств с несколькими емкостями описаны, например, в патентных документах US 2003/023941, US 4783432, US 6375722, EP 1776171 и WO 2006/050582.
3
Осушающий агент, который применяется в таких сушильных устройствах с несколькими емкостями, часто состоит из зерен силикагеля, активированного оксида алюминия, материала молекулярного сита или их комбинации. Как известно, активированный оксид алюминия производится в результате термической дегидратации или активации гидроксида алюминия Al(OH), а молекулярные сита состоят из синтетических цеолитов (кристаллические алюмосиликаты).
Ограничением для такого типа сушильных устройств, которые содержат осушитель в гранулированной форме, является то, что скорости протекающих через емкости потоков газа должны быть ограничены так, чтобы не допускать движения зерен друг относительно друга или даже псевдоожижения. Действительно, из-за того, что зерна приводятся в движение, между ними будет происходить трение, которое, в свою очередь, ведет к образованию пыли и снижению осушающей способности. Другими причинами образования такой пыли являются, например, изменения давления и/или тепловые удары. Кроме того, падение давления в двухбашенном осушителе относительно велико, а зерна десиканта имеют довольно высокую тепловую массу.
Известны альтернативные сушильные устройства для сжатых газов, в которых осушитель помещен во вращающийся барабан, а зона сушки и зона регенерации продолжаются в емкости. В процессе функционирования такого сушильного устройства сушильный барабан приводится во вращение с помощью соответствующего двигателя, в результате чего осушитель в этом сушильном барабане будет поочередно проходить через зону сушки и зону регенерации. Подлежащий осушению сжатый газ направляется через зону сушки, а регенерирующий поток газа направляется через зону регенерации, в результате чего одновременно происходят осушение сжатого газа в зоне сушки и регенерация осушителя в зоне регенерации.
Примеры таких сушильных устройств, оснащенных вращающимся сушильным барабаном, описаны, например, в патентных документах WO 00/033943, WO 00/074819, WO 01/078872, WO 01/087463, WO 02/038251, WO 2007/079533, WO 2005/070518, WO 2006/012711, GB 1226348, GB 1349732, GB 1426292, US 3490201, US 5385603 и US 8349054.
Осушитель или десикант, который применяется в известных сушильных устройствах для осушения сжатых газов, состоит, например, из силикагеля, молекулярных сит, активированного оксида алюминия или их комбинации. Известно, что осушитель может быть закреплен на носителе, таком как гофрированная структура, например, из стекловолокна или из керамических волокон, которые скручиваются таким образом, чтобы образовать в емкости ячеистую структуру, например, как описано в патентном документе US 5683532.
На практике оказывается, что с известными сушильными устройствами для осушения сжатых газов при некоторых условиях, таких как недостаточность регенерации осушителя и его перенасыщенность, происходит сложный процесс падения производительности осушителя, который в итоге в некоторых случаях может приводить к отказу сушильного устройства, например, при использовании силикагеля в качестве осушителя в роторе, поскольку связывающая функция силикагеля ухудшается, что приводит к потере структурной прочности несущей матрицы стекловолокна, а также снижения поглощающей способности силикагеля в результате гидролизации и ослабления его структуры.
Таким образом, поглощающие свойства и адсорбционная емкость силикагелевого ротора в жестких условиях высокой влажности и высокой температуры существенно изменяются в течение срока эксплуатации ротора.
Задачей полезной модели является создание усовершенствованного адсорбционного устройства с адсорбирующим агентом, предназначенным для обработки сжатого газа, которое позволяет устранить один или несколько недостатков общеизвестных адсорбционных устройств.
Указанная задача решается в адсорбционном устройстве для обработки сжатого газа, содержащем кожух со впуском для подлежащего обработке газа, выпуск для обработанного газа и адсорбирующий агент, расположенный в указанном кожухе.
Согласно полезной модели адсорбирующий агент содержит монолитную несущую структуру и расположенное на ней спеченное покрытие, содержащее адсорбирующее вещество.
Преимуществом адсорбционного устройства согласно полезной модели является отсутствие какого-либо риска движения зерен друг относительно друга или псевдоожижения адсорбирующего агента в процессе его использования в адсорбционном устройстве для обработки сжатого газа, поскольку в данном случае не используются свободно лежащие зерна адсорбирующего агента. В результате предупреждается образование пыли даже при относительно высокой скорости прохождения подлежащего осушению сжатого газа через сушильное устройство.
Кроме того, такой осушающий агент закреплен в сушильном устройстве при использовании его в любой пространственной ориентации: вертикальной, наклонной или даже горизонтальной, что невозможно со стандартными осушителями, в которых используется гранулированный осушающий агент, поскольку в горизонтальном положении может измениться расположение зерен с образованием внутренних путей утечки и, следовательно, к снижению производительности осушительного устройства.
Предпочтительно монолитная несущая структура содержит один или несколько следующих материалов: керамический материал, металлическая фольга, волоконная структура и полимер. Особенно хорошие результаты были получены с применением керамической структуры, которая содержит кордиерит.
Предпочтительно адсорбирующее вещество содержит один или несколько следующих материалов: цеолит, силикагель, активированный оксид алюминия, активированный уголь, металлоорганические каркасные структуры, углеродное молекулярное сито (CMS, Carbon Molecular Sieve), импрегнированный адсорбент и гибридный материал. Особенно предпочтительными являются гидрофильные цеолитные носители. Хорошие результаты были получены при использовании фожазитного цеолита X-типа, в котором отношение кремний/алюминий находится между 2 и 3.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично показано адсорбционное устройство.
Показанное на фигуре адсорбционное устройство 1 содержит кожух 2 со впуском 3 для подлежащего обработке сжатого газа и выпуском 4 для обработанного газа.
В кожухе 2 находится адсорбирующий агент 5, содержащий монолитную несущую структуру 6 и расположенное на ней спеченное покрытие 7 с адсорбирующим веществом.
Предпочтительному указанная монолитная несущая структура 6 состоит из керамической структуры, которая содержит кордиерит, например, Celcor© производства Corning.
Как вариант, указанная несущая структура также может быть изготовленной из другого материала, например, из:
других керамических материалов, например, муллита, γ- или α-оксида алюминия, или карбида кремния (SiC);
металлической фольги;
волоконной структуры, например, основанной на стекловолокне, керамическом волокне или других волокнах, или же на смеси различных типов волокон;
полимера.
Разумеется, вышеупомянутый список не является исчерпывающим, и не исключается применение других материалов.
Также не исключено изготовление монолитной несущей структуры из комбинации двух или большего числа вышеупомянутых и/или других материалов.
Предпочтительно материал, из которого изготавливается несущая структура, содержит от 200 до 1200 CPSI (ячеек на квадратный дюйм), а более предпочтительно – от 350 до450 CPSI.
Толщина стенки несущей структуры предпочтительно составляет 2 – 11 мил (тысячная доля дюйма), более предпочтительно 3 – 9 мил, более предпочтительно 5 – 7,5 мил. В наиболее предпочтительном варианте толщина стенки находится между 6 и 7 мил, предпочтительно составляя около 6,5 мил.
Предпочтительно пористость стенки несущей структуры превышает 5%, более предпочтительно превышает 10%, а наиболее предпочтительно превышает 20%.
Предпочтительно ячейки имеют квадратную форму, но могут быть иметь и другие формы, например, треугольную, синусоидальную, круглую, гексагональную и другие подобные.
Адсорбирующее вещество указанного покрытия может содержать один из следующих материалов:
цеолит, предпочтительно гидрофильный, но также возможен и гидрофобный цеолит – этот цеолит может быть фожазитным цеолитом X-типа, например, Zeolum F9 Tosoh, или смесью цеолитов типов X и A;
силикагель;
активированный оксид алюминия;
активированный уголь;
металлоорганические каркасные структуры;
углеродное молекулярное сито (CMS);
импрегнированный адсорбент;
гибридное адсорбирующее вещество.
Указанный выше список не является исчерпывающим, и возможны также и другие материалы. Выбор адсорбирующего вещества зависит от того, какую обработку должен пройти подлежащий обработке газ, например, сушку или селективное удаление других молекул, таких как, например, кислород или диоксид углерода в случае применения данных поглощающих средств в азотном генераторе или другом подобном устройстве, при этом предназначаемый для обработки газ может быть, например, сжатым воздухом.
50
Предпочтительно распределение размера частиц адсорбирующего вещества таково, что D составляет менее 10 мкм, а более предпочтительно – менее 10 мкм.
Настоящая полезная модель не ограничивается описанными и показанными на чертеже примерами; и, не выходя за объем полезной модели, адсорбционное устройство может быть реализовано во многих других видах и формах.