<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AU SECHAGE DES GAZ..
La présente invention se rapporte au séchage des gaz et plus parti- culièrement à un procédé de régénération d'un sécheur à gaz du type'dans le- quel le gaz à sécher passe, en sens descendant, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et à la température ambiante ou une température inférieure à l'ambiance, à travers un lit d'alumine ou autre matière adsor- bante granulaire contenue dans une enveloppe extérieure qui forme l'un de deux sécheurs semblables dont l'un est régénéré par chauffage cependant que l'autre est en fonctionnement, les deux sécheurs étant échangés après une période déterminée à l'avanceo Jusqu'à présent, la régénération de ces sécheurs constituait un procédé lent comportant les stades de décompression du sécheur,
de chauffage du sécheur à la température de régénération par passage en sens ascendant d'un gar chauffé à travers le lit,de refroidissement du sécheur au moyen d'un courant ascendant de gaz refroidissant, et de remise sous pression du sécheur.
La 'altesse de chauffage du lit adsorbant à la température de réac- tivation dépend de la vitesse du passage du gaz chauffant à travers le lit et elle est limitée en raison de ce que la vitesse du gaz chauffant ne doit pas dépasser la valeur à laquelle il soulèverait les granules individuels formant le lit.
La vitesse de chauffage peut être augmentée en fournissant de la chaleur directement à l'adsorbant ou à l'enveloppe extérieure du sécheur, mais la faible conductibilité de l'adsorbant 'et la faible chaleur spécifique du gaz de régénération, joints au fait qu'aucune portion de l'adsorbant ne doit être chauffée au-dessus d'une certaine température critique, imposent de sévères limitations à la vitesse à laquelle le chauffage peut être effea= tuéo
La vitesse à laquelle le sécheur peut être refroidi est de même limitée par la vitesse ascentionnelle communiquée aux granules par le gaz
<Desc/Clms Page number 2>
passant en sens ascendant dans l'adsorbant.
Enfin, les opérations alternées de décompression et de recompres- sion doivent également être effectuées lentement pour éviter la désagrégation de l'adsorbant. Ces opérations se tradùisent également par une augmentation de la consommation de force et par des fluctuations dans la production du gaz sec.
Ainsi, toutes ces opérations tendent à augmenter le temps nécessai- re à la régénération du sécheur. Le cycle de fonctionnement d'un élément de séchage, et par conséquent la dimension des sécheurs, sont fixés par le temps nécessaire à la régénération. Si la vitesse de régénération peut être augmentée, il est possible de réduire les dimensions du sécheur qui sont né- cessaires pour un service particulier. Il est particulièrement important, quand on a à sécher de grandes quantités de gaz sous des pressions élevées, de limiter autant que possible les dimensions voulues du sécheur.
il est également souvent désirable que la température, la pression et le débit du gaz quittant l'élément de séchage restent constants, et ceci est d'une importance primordiale lorsque le sécheur fait partie d'une instal- lation de séparation de gaz.
Enfin, pour sécher un gaz rare ou coûteux, il est mauvais de le laisser se polluer par quelque autre gaz éventuellement utilisable dans la régénération du sécheur. Dans ces cas, il est également essentiel de ne rien perdre du gaz à sécher.
La présente invention se propose de fournir un procédé de régéné- ration dans lequel la nécessité de décompresser le réservoir quand on a à sé- cher un gaz sous pression est supprimée, et dans lequel la vitesse de chauf- fage et de refroidissement de l'adsorbant est sensiblement augmentée, ce qui réduit le temps nécessaire à l'obtention d'une régénération complète et per- met l'usage d'un sécheur plus petit dans un but quelconque déterminé.
Le procédé de réactivation d'un sécheur à gaz du type spécifié com- porte selon l'invention un stade de chauffage dans lequel la matière adsor- bante est chauffée sensiblement sous la pression à laquelle le chauffage est effectué jusqu'à ce qu'on ait atteint la température désirée de régénération, une opération de balayage dans laquelle l'eau résiduelle est éliminée par passage d'une petite quantité du gaz sec quittant le sécheur en action sous la même pression à travers le sécheur, et une opération de refroidissement dans laquelle le passage du gaz sec à travers le sécheur est poursuivi jus- qu'à ce que la température du sécheur soit sensiblement égale à la tempéra- tiire de séchage.
Le gaz de balayage et de séchage est usuellement dirigé en sens ascendant dans le sécheur mais il peut l'être, si on le veut, en sens descendant.
Il est préférable que la température du gaz de balayage et la vi- tesse de l'apport de chaleur sur toute la longueur du sécheur soient réglées de manière à maintenir la température de l'adsorbant sensiblement constante au cours de l'opération de balayage. C'est ainsi qu'on peut chauffer' le gaz de balayage avant son entrée dans le sécheur par échange de chaleur avec le gaz chaud quittant le sécheur.
La vapeur et le gaz quittant le sécheur au cours des trois stades de régénération sont de préférence envoyés dans un refroidisseur de manière à enlever l'eau, le gaz résiduel étant ensuite remis en circulation en direc- tion de l'entrée du sécheur en service. Cette remise en circulation peut être commodément effectuée au moyen d'un tube de Venturi inséré dans le tuyau d'arrivée du gaz aux sécheurs. Etant donné, que le gaz chaud quittant le sé- cheur est refroidi avant d'être remis en circulation, on évite les fluctua- tions de température du gaz pénétrant dans le sécheur en service et la tem- pérature du gaz sec quittant l'installation de séchage reste sensiblement constante.
En outre, le débit du gaz sec n'est pas diminué au cours des opé- rations de balayage et de refroidissement du fait que le gaz retiré est remis en circulation au tuyau d'arrivée des sécheurs. Cette remise en circulation
<Desc/Clms Page number 3>
du gaz est particulièrement intéressante quand on a à sécher des gaz rares ou coûteux, puisqu'il n'y a pas de pertes au cours de la régénération
L'adsorbant est de préférence chauffé par les parois ou'enveloppe du sécheur, par exemple au moyen d'une résistance électrique entourant l'en- veloppe du sécheur, mais on peut utiliser tout autre moyen'approprié, par exemple une résistance chauffante noyée dans l'adsorbant lui-même, ou un chauf- fage diélectrique.,
L'application du procédé suivant la présente invention permet'de réduire le temps nécessaire aux opérations de chauffage et de refroidisse- ment et de supprimer le temps nécessaire à la décompression et à la recompres- sion du sécheur. La diminution qui en résulte de la durée totale nécessaire à la régénération du sécheur permet d'utiliser des sécheurs plus petits pour un but déterminé.
On va maintenant'décrite l'invention plus particulièrement en rela- tion avec le dessin annexé, qui représente schématiquement une paire de sé- cheurs disposés de manière à être régénérés par le procédé suivant l'inven- tiono
Les sécheurs 1 et 2 comportent des réchauffeurs électriques des parois 3 et 4, qui sont tous deux d'une capacité suffisante pour chauffer l'enveloppe du sécheur à la température de réactivation dans une période rai- sonnableo Pour éviter que la température de l'enveloppe du sécheur dépasse la température de régénération,on peut intercaler dans le circuit électri- que un interrupteur automatique.
Le tuyau 5 d'arrivée du gaz à sécher conduit, par un tube de Ven- turi 6 et un réfrigérant par vaporisation 7, dans un séparateur d'eau 8 mu- ni d'un tuyau de décharge 9 commandé par le robinet 10. Le séparateur 8 est relié aux tuyaux d'arrivée des sécheurs 1 et 2 respectivement par des branche- ments Il et 12, commandés par des robinets 13 et 14. Les tuyaux de sortie des sécheurs 1 et 2 sont reliés respectivement par des branchements 15 et 16, commandés respectivement par des robinets 17 et 18 au tuyau principal 19 de sortie du gaz sec.
Partant des entrées des sécheurs 1 et 2 des branchements 20 et 21. commandés respectivement par les robinets 22 et 23. conduisent, par lé tuyau 24 à une phase d'un échangeur de chaleur 25 et, de la, par'le tuyau 26, à un refroidisseur à eau 27 et un séparateur d'eau 28 muni d'un tuyau de décharge 29 commandé par un robinet 30. Un tuyau 31, partant du sépara- teur 28, conduit, par le robinet 32, à l'étranglement du tube de Venturi.6.
L'autre phase de l'échangeur de chaleur 25 est reliée, par les tuyaux 33 et 34, commandés respectivement par les robinets 35 et 36, au tuyau 15, muni d'un robinet 17, et semblablement par les tuyaux 37 et 38, commandés par les robinets 39 et 40, au tuyau 16, muni du robinet 18.
En fonctionnement, quand le sécheur 1 est en service pour sécher le gaz cependant que le sécheur 2 est en cours de régénération, comme il est montré sur le dessin, les robinets 13, 17, 23 et 32 sont ouverts, cependant que les robinets 14, 18, 22, 36, 39 et 40 sont fermés, de sorte que la tota- lité du gaz à sécher passe par le branchement Il en direction du sécheur 1 Le réchauffeur 4 de l'enveloppe du sécheur 2 est alors mis en service et on laisse l'adsorbant atteindre la température de régénération. Le gaz résiduel sous haute pression, présent dans le sécheur, accélère fortement la vitesse de transfert de la chaleur de l'enveloppe à la masse adsorbante et permet aux couches centrales d'adsorbant d'atteindre la température de régénération au bout d'une période de chauffage relativement courte.
Au cours du chauffage le gaz se dilatant dans le sécheur et la vapeur d'eau formée par l'évapora- tion de l'eau adsorbée sont enlevés par aspiration par l'étranglement du tube' Venturi 6, par le tuyau 21, le tuyau 24, l'échangeur de chaleur 25 et le tuyau 26, en direction du refroidisseur à eau 27, où la vapeur se condense, et, de là, en direction du séparateur d'eau 28, où l'eau séparée se condense.
Le gaz ainsi débarrassé de l'eau rejoint le courant principal de gaz à sécher
<Desc/Clms Page number 4>
passant par le tube de Venturi 6. La pression existant dans le sécheur 2 reste à peu près constante, à la légère perte de charge près (qui n'a pas besoin de dépasser 5 atmosphères environ) produite par l'aspiration exercée par le tube de Venturi.
Après avoir poursuivi le chauffage pendant un temps suffisant pour permettre aux couches centrales du lit d'adsorbant d'atteindre la températu- re de régénération, on enlève l'humidité résiduelle du sécheur-par balayage en ouvrant les robinets 39 et 40 pendant une courte période polir permettre de retirer une petite quantité du gaz sec du tuyau 19 par le tuyau 16'et'le tuxvau 37 en direction de l'échangeur de chaleur 25, et de là par le tuyau 38 en direction de l'entrée du sécheur 2. Ce gaz est aspiré par le haut en traversant le lit d'adsorbant et enlève avec lui l'eau résiduelle, pour être ensuite remis en circulation comme ci-dessus par le refroidisseur 27 et le séparateur 28 au tube de Venturi 6.
Au cours de son passage par l'échangeur de chaleur 25, le gaz de balayage est chauffé par échange indirect de chaleur avec les gaz chauds provenant du haut du sécheur passant également par !le- changeur de chaleur et, en réglant convenablement le réchauffeur 4, on peut facilement maintenir une température constante de régénération du lit adsor- bant au cours de la période de balayage.
Le balayage terminé, on ferme les robinets 39 et 40, on déconnecte le réchauffeur 4 et on refroidit le sécheur en ouvrant le robinet de sortie 18, de sorte qu'on aspire directement à travers le sécheur 2 un courant as- cendant de gaz sec et froid sous l'effet de succion du tube de Venturi. Le gaz chaud quittant le haut du sécheur est remis en circulation comme ci-des- sus vers le refroidisseur 27 et de la à l'étranglement du tube de Venturi 6.
Etant donné que le courant gazeux refroidissant est refroidi avant de rejoin- dre le courant principal du gaz à sécher, on évite les fluctuations de la température du gaz entrant dans le sécheur en service 1, et la température du gaz sec quittant l'installation reste constante. La vitesse de passage du gaz sec provenant de l'élément de séchage n'est pas diminuée par l'enlè- vement des gaz de balayage et de refroidissement, car la quantité de gaz ainsi retiré est faible comparativement avec la quantité totale de gaz pas- sant dans l'élément, ce gaz étant en outre remis en circuit vers l'entrée des sécheurs. Le tube de Venturi est conçu pour remettre en circuit le gaz à une vitesse suffisante pour refroidir le sécheur en un temps raisonnable; il n'y a pas besoin d'un débitmètre à gaz spécial.
Le refroidissement terminé, on ferme les robinets 23 et 32 et on enlève l'eau du séparateur 28 en ouvrant le robinet 30.
Pour passer d'un sécheur à l'autre, il suffit d'ouvrir le robinet 14 et de fermer les robinets 13 et 17, le gaz à sécher étant alors dirigé vers le sécheur 2. On peut alors commencer la régénération du sécheur 1 en ouvrant les robinets 22 et 32 et en branchant le réchauffeur 3.
<Desc / Clms Page number 1>
PERFECTIONS RELATING TO GAS DRYING ...
The present invention relates to the drying of gases and more particularly to a process for the regeneration of a gas dryer of the type in which the gas to be dried passes, in a downward direction, under a pressure greater than atmospheric pressure. and at room temperature or below room temperature, through a bed of alumina or other granular adsorbent material contained in an outer casing which forms one of two similar dryers, one of which is regenerated by heating while the other is in operation, the two dryers being exchanged after a predetermined period o Until now, the regeneration of these dryers was a slow process involving the stages of decompression of the dryer,
heating the dryer to the regeneration temperature by upward passage of a heated gar through the bed, cooling the dryer by means of an upward stream of cooling gas, and re-pressurizing the dryer.
The highness of heating of the adsorbent bed to the reactivation temperature depends on the speed of passage of the heating gas through the bed and is limited because the speed of the heating gas must not exceed the value at which it would lift up the individual granules forming the bed.
The heating rate can be increased by supplying heat directly to the adsorbent or to the outer shell of the dryer, but the low conductivity of the adsorbent and the low specific heat of the regeneration gas, together with the fact that no portion of the adsorbent should be heated above a certain critical temperature, impose severe limitations on the rate at which heating can be effected.
The speed at which the dryer can be cooled is also limited by the upward speed imparted to the granules by the gas.
<Desc / Clms Page number 2>
passing in an upward direction in the adsorbent.
Finally, the alternating decompression and recompression operations must also be carried out slowly to avoid the disintegration of the adsorbent. These operations also result in an increase in the consumption of force and in fluctuations in the production of dry gas.
Thus, all of these operations tend to increase the time required for regeneration of the dryer. The operating cycle of a drying element, and therefore the size of the dryers, is determined by the time required for regeneration. If the regeneration rate can be increased, it is possible to reduce the dimensions of the dryer which are required for a particular service. It is particularly important, when large quantities of gas have to be dried at high pressures, to limit the desired dimensions of the dryer as much as possible.
it is also often desirable that the temperature, pressure and flow rate of the gas leaving the drying element remain constant, and this is of primary importance when the dryer is part of a gas separation plant.
Finally, to dry a rare or expensive gas, it is bad to let it become polluted by some other gas which may be used in the regeneration of the dryer. In these cases it is also essential not to waste any gas to be dried.
The present invention sets out to provide a process of regeneration in which the need to decompress the reservoir when a pressurized gas is to be dried is eliminated, and in which the rate of heating and cooling of the gas. adsorbent is significantly increased, which reduces the time required to achieve complete regeneration and allows the use of a smaller dryer for any given purpose.
The process for reactivating a gas dryer of the type specified comprises according to the invention a heating step in which the adsorbent material is heated to substantially the pressure at which the heating is effected until it is heated. has reached the desired regeneration temperature, a flushing operation in which residual water is removed by passing a small amount of the dry gas leaving the operating dryer under the same pressure through the dryer, and a cooling operation in wherein the passage of dry gas through the dryer is continued until the temperature of the dryer is substantially equal to the drying temperature.
The scavenging and drying gas is usually directed upward through the dryer, but it can be, if desired, downward.
It is preferred that the temperature of the sweep gas and the rate of heat supply along the length of the dryer are controlled so as to keep the temperature of the adsorbent substantially constant during the sweeping operation. Thus, the sweep gas can be heated before entering the dryer by heat exchange with the hot gas leaving the dryer.
The steam and gas leaving the dryer during the three regeneration stages are preferably sent to a cooler so as to remove the water, the residual gas then being recirculated towards the inlet of the dryer in service. . This recirculation can be conveniently carried out by means of a Venturi tube inserted in the gas supply pipe to the dryers. Since the hot gas leaving the dryer is cooled before being recirculated, temperature fluctuations of the gas entering the dryer in service and the temperature of the dry gas leaving the installation are avoided. drying time remains substantially constant.
In addition, the dry gas flow rate is not reduced during the sweeping and cooling operations because the withdrawn gas is recirculated to the inlet pipe of the dryers. This recirculation
<Desc / Clms Page number 3>
gas is particularly advantageous when rare or expensive gases have to be dried, since there are no losses during regeneration
The adsorbent is preferably heated by the walls or casing of the dryer, for example by means of an electrical resistance surrounding the casing of the dryer, but any other suitable means can be used, for example a flooded heating resistor. in the adsorbent itself, or dielectric heating.,
The application of the process according to the present invention enables the time required for heating and cooling operations to be reduced and the time required for the decompression and recompression of the dryer to be eliminated. The resulting decrease in the total time required to regenerate the dryer allows the use of smaller dryers for a specific purpose.
The invention will now be described more particularly with reference to the accompanying drawing, which schematically shows a pair of dryers arranged so as to be regenerated by the process according to the invention.
Dryers 1 and 2 have electric wall heaters 3 and 4, both of which are of sufficient capacity to heat the dryer jacket to the reactivation temperature within a reasonable period of time to prevent the temperature of the dryer. the dryer envelope exceeds the regeneration temperature, an automatic switch can be inserted in the electrical circuit.
The inlet pipe 5 for the gas to be dried leads, via a Venturi tube 6 and a vaporization cooler 7, into a water separator 8 together with a discharge pipe 9 controlled by the tap 10. The separator 8 is connected to the inlet pipes of the dryers 1 and 2 respectively by connections II and 12, controlled by taps 13 and 14. The outlet pipes of the dryers 1 and 2 are respectively connected by connections 15 and 16, controlled respectively by valves 17 and 18 to the main pipe 19 for the outlet of the dry gas.
Starting from the inlets of the dryers 1 and 2 of the connections 20 and 21. respectively controlled by the taps 22 and 23. lead, through the pipe 24 to a phase of a heat exchanger 25 and, from the, through the pipe 26, to a water cooler 27 and a water separator 28 provided with a discharge pipe 29 controlled by a tap 30. A pipe 31, leaving from the separator 28, leads, through the tap 32, to the throttle of the valve. Venturi tube. 6.
The other phase of the heat exchanger 25 is connected by pipes 33 and 34, controlled respectively by taps 35 and 36, to pipe 15, provided with a tap 17, and similarly by pipes 37 and 38, controlled by taps 39 and 40, to pipe 16, fitted with tap 18.
In operation, when dryer 1 is in use to dry gas while dryer 2 is being regenerated, as shown in the drawing, taps 13, 17, 23 and 32 are open, while taps 14 , 18, 22, 36, 39 and 40 are closed, so that all of the gas to be dried passes through connection II in the direction of dryer 1 The heater 4 of the jacket of dryer 2 is then put into operation and the adsorbent is allowed to reach the regeneration temperature. The high pressure residual gas, present in the dryer, greatly accelerates the rate of heat transfer from the shell to the adsorbent mass and allows the core layers of adsorbent to reach the regeneration temperature after a period of time. relatively short heating time.
During the heating the gas expanding in the dryer and the water vapor formed by the evaporation of the adsorbed water are removed by suction through the constriction of the Venturi tube 6, through the pipe 21, the pipe 24, the heat exchanger 25 and the pipe 26, to the water cooler 27, where the steam condenses, and, from there, to the water separator 28, where the separated water condenses.
The gas thus freed of water joins the main stream of gas to be dried
<Desc / Clms Page number 4>
passing through the Venturi tube 6. The pressure existing in the dryer 2 remains approximately constant, except for the slight pressure drop (which does not need to exceed approximately 5 atmospheres) produced by the suction exerted by the tube. of Venturi.
After continuing the heating for a sufficient time to allow the core layers of the adsorbent bed to reach the regeneration temperature, the residual moisture is removed from the sweep dryer by opening valves 39 and 40 for a short time. polishing period allow a small amount of the dry gas to be removed from pipe 19 through pipe 16 'and tuxvau 37 to heat exchanger 25, and from there through pipe 38 to the inlet of dryer 2 This gas is sucked in from above through the adsorbent bed and removes with it the residual water, to then be recirculated as above by the cooler 27 and the separator 28 to the Venturi tube 6.
During its passage through the heat exchanger 25 the purge gas is heated by indirect heat exchange with the hot gases coming from the top of the dryer also passing through the heat exchanger and, by suitably adjusting the heater 4. a constant temperature for regeneration of the adsorbent bed can be easily maintained during the sweep period.
When the sweeping is finished, the taps 39 and 40 are closed, the heater 4 is disconnected and the dryer is cooled by opening the outlet tap 18, so that an ascending current of dry gas is sucked directly through the dryer 2. and cold under the suction effect of the Venturi tube. The hot gas leaving the top of the dryer is recirculated as above to cooler 27 and from there to the constriction of Venturi tube 6.
Since the cooling gas stream is cooled before joining the main stream of gas to be dried, fluctuations in the temperature of the gas entering the dryer in service 1 are avoided, and the temperature of the dry gas leaving the installation remains constant. The rate of passage of the dry gas from the drying element is not reduced by the removal of the purging and cooling gases, since the quantity of gas thus withdrawn is small compared with the total quantity of gas not - health in the element, this gas also being put back into circuit towards the inlet of the dryers. The Venturi tube is designed to recirculate the gas at a rate sufficient to cool the dryer in a reasonable time; there is no need for a special gas flow meter.
When the cooling is complete, taps 23 and 32 are closed and the water is removed from separator 28 by opening tap 30.
To switch from one dryer to another, it suffices to open the tap 14 and close the taps 13 and 17, the gas to be dried then being directed to the dryer 2. It is then possible to start the regeneration of the dryer 1 by opening taps 22 and 32 and plugging in the heater 3.