АДСОРБЕР
ABSORBER

Изобретение относится к устройствам для разделения газов адсорбцией, в частности к адсорберам для осуществления циклического адсорбционно-десорбционного процесса осушки газа и его очистки от примесей.
Известно устройство для адсорбционной осушки природного газа, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, внутри корпуса соосно с его осью установлена перфорированная обечайка с образованием зазора между последней и стенкой корпуса и патрубки для подвода и отвода осушаемого газа, отличающееся тем, что дополнительно содержит отрезок трубы, проходящий вдоль оси корпуса, концы отрезка трубы служат патрубками для подвода осушаемого газа, между торцами обечайки и трубой установлены сплошные перегородки, образующие внутри корпуса три полости, часть отрезка трубы между сплошными перегородками выполнена перфорированной, а патрубки для выхода газа установлены на торцевых стенках корпуса, при этом полости между сплошными перегородками и корпусом, а также отрезок трубы заполнены муллитом, а полость между сплошными перегородками заполнена силикагелем. (см. патент RU №2095127, 1997 г.). Однако данное устройство имеет недостаток - осуществляет неравномерную скорость движения потока внутри слоя, чем ближе к центру, тем скорость выше, поэтому слои адсорбента работают в неодинаковых условиях по нагрузке и механическому износу.
Известен адсорбер для коротко цикловой безнагревной адсорбции, содержащий корпус, заполненный сорбентом, 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, при этом в сужающейся части конической перегородки установлено фильтрующее устройство в виде заключенного в корпус свернутого в поперечном направлении в виде спирали Архимеда рукавного фильтра, внутри которого размещена лента с выступами и впадинами, образующими с внутренними стенками рукавного фильтра карманы, а в качестве сорбента использована послойная загрузка фожазитовых цеолитов в кальциевой и литиевой формах в соотношении от 0,2:1 до 1:0,2, причем на линии раздела слоев установлены перфорированные перегородки с высокой теплопроводностью, (см. патент RU №2257944, 2004 г.) Недостаток адсорбера - коническая конструкция аппарата сложна в изготовлении и обслуживании при послойном наполнении аппарата адсорбентом.
Наиболее близким по технической сути является кольцевой адсорбер, включающий цилиндрический корпус, крышку и днище, штуцеры ввода и вывода потоков, кольцевую адсорбционную корзину, расположенную внутри корпуса и состоящую из коаксиальных вертикальных внешнего и внутреннего перфорированных цилиндров с заполненным адсорбентом пространством между ними, ограниченных снизу нижней сплошной пластиной, сопряженной внешней окружностью с внешним перфорированным цилиндром и внутренней окружностью с штуцером ввода потоков, и ограниченных сверху верхней сплошной пластиной, сопряженной с корпусом, внутренним и внешним перфорированными цилиндрами соответствующим образом для формирования центрального канала ввода потоков. Нижнюю сплошную пластину выполняют в форме диска, сопрягая внешней окружностью с внешним перфорированным цилиндром, пространство кольцевой адсорбционной корзины, по высоте слоя разделяют на одинаковые секции, причем нечетные дополнительные сплошные пластины выполняют в форме кольцевых пластин, сопряженных внешней окружностью с корпусом и внутренней окружностью с внутренним перфорированным цилиндром, а четные - в форме дисковых пластин, сопряженных внешней окружностью с внешним перфорированным цилиндром (см. патент RU №2683738, 2019 г.).
Однако известное устройство обладает рядом недостатков: неравномерным распределением адсорбента за счет секционирования; увеличения гидравлического сопротивления потоку газа.
Конструкция адсорбера в целом не обеспечивает достаточную производительность адсорбера и функциональную надежность, что обусловлено неравномерным распределением потока газа по объему адсорбера и, соответственно, неоптимальным распределением скоростей газового потока. Площадь концентрических слоев адсорбента, взаимодействующих с газовым потоком больше по мере удаления от центра аппарата.
Технический результат - повышение эффективности устройства при его использовании за счет усовершенствования конструкции.
Он достигается тем, что известное устройство, содержащее цилиндрический корпус, крышку и днище, штуцеры ввода и вывода потоков, кольцевую адсорбционную корзину, расположенную внутри корпуса и состоящую из коаксиальных вертикальных внешнего и внутреннего цилиндров с заполненным адсорбентом пространством между ними, ограниченных снизу нижней сплошной пластиной в форме диска, сопряженной внешней окружностью с внешним цилиндром, дополнительно имеет жестко закрепленный в днище адсорбера распределитель потока газа, выполненный в виде перфорированного плоского диска, на нем соосно корпусу жестко закреплен опорный цилиндр, на котором установлен и жестко фиксирован в установочных пазах внутренний цилиндр адсорбционной корзины, в установочных пазах внутреннего цилиндра адсорбционной корзины фиксированы дополнительные внутренние цилиндры, сопряженные с дополнительными нижними сплошными пластинами в форме диска, сопряженными внешней окружностью с дополнительными внешними цилиндрами, образующими внешние стенки дополнительных адсорбционных корзин, выполненных съемными, установленных последовательно одна на другую и фиксированных в установочных пазах внутренних цилиндров, внутренний цилиндр верхней корзины закреплен в крышке адсорбера с помощью опорной конструкции, в стенках нижней части внутренних цилиндров выполнены отверстия для вывода газа, центральный канал потоков сформирован из вертикальных внутренних цилиндров, между корпусом и внешними цилиндрами адсорбционных корзин выполнен зазор для потока газа, каждая адсорбционная корзина имеет металлическое сетчатое дно, жестко фиксированное на стенках соответствующих внешнего и внутреннего цилиндров над сплошной пластиной.
В предлагаемом адсорбере выравнена нагрузка слоя адсорбента по влаге и механическому износу. Внутренний объем адсорбента распределен по адсорбционным корзинам, а не на кольцевых пластинах, как в прототипе, которые создают дополнительное гидравлическое сопротивление потоку газа. В предлагаемом адсорбере за счет движения газа по вертикали на адсорбент, площадь потока на входе и выходе одинакова и адсорбент в адсорбционных корзинах работает с одинаковой нагрузкой по влаге и механическому износу. Это исключает чрезмерные нагрузки на адсорбент по указанным показателям в периферийных слоях, на входе/выходе газа.
В прототипе нижние слои адсорбента в адсорбционной корзине работают в более интенсивных условиях, чем последующие по движению газа, так как подвергаются воздействию потока с максимальной влажностью и скоростью. В предлагаемом адсорбере адсорбент во всех корзинах работает в одинаковых условиях. В контакт с потоком газа одновременно вступают кольцевые слои адсорбента одинаковой толщины, расположенные в адсорбционных корзинах. Поток газа движется по вертикали равномерно через кольцевой слой адсорбента, что обеспечивает его минимальное гидравлическое сопротивление.
Адсорбционные корзины установлены и фиксированы последовательно, начиная с нижней - на опорный цилиндр, и далее - одна на другую. Адсорбент загружается в адсорбционные корзины до их установки в адсорбер. Таким образом, получают плотно уложенный слой адсорбента без пустот. Такая конструкция адсорбера также позволяет гибко менять производительность: суммарная площадь поперечного сечения адсорбента увеличивается пропорционально количеству адсорбционных корзин по вертикали. Конструкция дает возможность пропорционально количеству корзин уменьшить скорость потока газа в адсорбенте, что приводит к увеличению срока службы адсорбента.
Усовершенствования в конструкции способствуют снижению энергопотребления и увеличению производительности установки.
Предлагаемое изобретение изображено на чертеже (фиг.1 - вид в разрезе).
Изобретение содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2 и днище 3, штуцеры ввода 4 и вывода потоков газа 5, кольцевую адсорбционную корзину 6, расположенную внутри корпуса 1 и состоящую из коаксиальных вертикальных внешнего 7 и внутреннего цилиндров 8 с заполненным адсорбентом 9 пространством между ними, ограниченных снизу нижней сплошной пластиной 10 в форме диска, сопряженной внешней окружностью с внешним цилиндром 7, дополнительно имеет жестко закрепленный в днище адсорбера 3 распределитель потока газа 11, выполненный в виде перфорированного плоского диска, на нем соосно корпусу 1 жестко закреплен опорный цилиндр 12, на котором установлен и жестко фиксирован в установочных пазах 13 внутренний цилиндр 8 адсорбционной корзины 6, в установочных пазах 13 внутреннего цилиндра 8 адсорбционной корзины 6 фиксированы дополнительные внутренние цилиндры 8, сопряженные с дополнительными нижними сплошными пластинами 10 в форме диска, сопряженными внешней окружностью с дополнительными внешними цилиндрами 7, образующими внешние стенки дополнительных адсорбционных корзин 6, выполненных съемными, установленных последовательно одна на другую и фиксированных в установочных пазах 13 внутренних цилиндров 8, внутренний цилиндр 8 верхней адсорбционной корзины 6 закреплен в крышке 2 адсорбера с помощью опорной конструкции 14, в стенках нижней части внутренних цилиндров 8 выполнены отверстия для вывода газа 15, центральный канал потоков 16 сформирован из вертикальных внутренних цилиндров 8, между корпусом 1 и внешними цилиндрами 7 адсорбционных корзин 6 выполнен зазор для потока газа, каждая адсорбционная корзина 6 имеет металлическое сетчатое дно 17, жестко фиксированное на стенках соответствующих внешнего 7 и внутреннего цилиндров 8 над сплошной пластиной 10.
Адсорбер работает следующим образом. Осушаемый газ через штуцер для ввода потоков 4 поступает в адсорбер, через распределитель потока газа 11 равномерно растекается во внутреннем объеме адсорбера между нижней сплошной пластиной 10 нижней адсорбционной корзины 6 и днищем 3. Далее газ под напором движется вдоль стенок адсорбера по кольцевому пространству, образованному стенками корпуса 1 и вертикальных внешних цилиндров 7. Обтекая внешние цилиндры 7 адсорбционных корзин 6, газ устремляется в кольцевое заполненное адсорбентом 9 пространство внутри них. Осушенный адсорбентом 9 газ протекает через металлическое сетчатое дно 17 каждой адсорбционной корзины 6 к соответствующей нижней сплошной пластине 10, в отверстия для вывода газа 15 и собирается в центральном канале потоков 16. Из центрального канала потоков 16 осушенный газ выводится через штуцер вывода потоков 5.
Процесс восстановления рабочих свойств адсорбента проводится путем продувки сухого газа в прямом направлении от штуцера 4 к штуцеру 5, или в обратном направлении от штуцера 5 к штуцеру 4.
Положительный эффект - предлагаемый адсорбер эффективно осушает и очищает газ за счет усовершенствования конструкции устройства.