CN106823700A - 一种压缩空气干燥净化装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压缩空气干燥净化装置及工艺，该装置包括干燥净化模块、控制系统，干燥净化模块包括M个用于深度脱水的吸附塔，还包括预冷却模块、再生气模块和吹冷气模块；预冷却模块对压缩空气进行初步降温脱水后送入干燥净化模块，再生气模块向干燥净化模块提供再生气源，吹冷气模块对干燥净化模块再生过程中产生的高温含湿气体进行脱水冷却后送回干燥净化模块。该压缩空气干燥净化工艺，主要包括预冷却和吸附、再生过程。本发明整体工作效率高，采用多个吸附塔同时吸附和加热再生循环工作，采用模块化设计，可随时通过增加管路及吸附塔的数量，满足使用方今后用气量的增长需求。

Description

一种压缩空气干燥净化装置及工艺

技术领域

本发明提供一种压缩空气干燥净化装置及工艺。

背景技术

目前，由于石油、天然气等特殊领域的工作条件限制，要求压缩空气干燥净化装置必须进行24小时不间断连续工作，因此，技术人员以满足24小时不间断连续工作为前提设计出了双塔结构的压缩空气干燥净化装置及工艺，即一座吸附塔进行吸附作业时，另一座吸附塔进行再生。

在一些特殊试验环境中，要求压缩空气量变化，并及时完成对上述压缩空气的干燥净化，试验结束后即可关停设备，无需连续工作。而由于最初设计原理的限制，双塔结构的压缩空气干燥净化装置及工艺在工作过程无法适应气体流量的变化及间断作业，其具体原因在于：双塔结构在进行设计时，设定了吸附时间等于再生时间，一座吸附塔完成吸附时另一座吸附塔完成再生，进行切换后继续工作；当一座吸附塔因气体流量变化吸附饱和后，另一座塔尚未完成再生时，直接切换会导致后续工作失衡甚至无法工作，同时现有双塔装置，每台均需提供一套再生系统，成本较高，因此，亟需提供一种新的压缩空气干燥净化装置及工艺，能够实现间断式、变流量等特殊工作条件。

发明内容

本发明目的是提供一种压缩空气干燥净化装置及工艺，主要解决了现有技术无法实现间断式变流量等特殊工作条件的问题。

本发明的具体技术解决方案如下：

所提供的压缩空气干燥净化装置，包括干燥净化模块、控制系统，所述干燥净化模块包括M个用于脱水的吸附塔，其特征在于：还包括预冷却模块、再生气模块和吹冷气模块；

所述预冷却模块对压缩空气进行初步降温脱水后送入干燥净化模块；

所述再生气模块向干燥净化模块提供再生气源；

所述吹冷气模块对干燥净化模块再生过程中产生的高温含湿气体进行脱水冷却后送回干燥净化模块；

所述M个吸附塔中有N个进行吸附，其余进行再生；M和N应满足：当N等于0时，M＞N，当N为自然数时，M≥N。

上述预冷却模块包括至少一组冷却器和气液分离器；所述冷却器的进气口与压缩空气机连接，所述冷却器的出气口与气液分离器的进气口连接，所述气液分离器的出气口与干燥净化模块的进气口连接。

上述预冷却模块包括至少一组换热器、冷却器和气液分离器；所述换热器的进气口与压缩空气机连接，所述换热器、冷却器和气液分离器依次连接，所述气液分离器的出气口与干燥净化模块的进气口连接。

上述换热器为管壳式换热器或压缩机自带的水冷却器。

上述吹冷气模块包括冷却分离器和第二鼓风机；所述冷却分离器的进气口与干燥净化模块中吹冷气塔的出气口连接，所述冷却分离器的出气口通过第二鼓风机与干燥净化模块中吹冷气塔的进气口连接形成回路。

上述再生气模块包括第一鼓风机和加热器；所述第一鼓风机的进气口接外部大气；所述第一鼓风机出气口与加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与干燥净化模块中再生气塔的进气口连接；所述干燥净化模块中再生气塔的出气口与外部大气连接。

上述吹冷气模块包括冷却分离器和第一鼓风机；所述冷却分离器的进气口与干燥净化模块中吹冷气塔的出气口连接，所述冷却分离器的出气口通过第一鼓风机与干燥净化模块中吹冷气塔的进气口连接形成回路；

所述再生气模块包括第一鼓风机和加热器；所述第一鼓风机的进气口接外部大气；所述加热器的进气口与第一鼓风机出气口连接，所述加热器的出气口与干燥净化模块中再生气塔的进气口连接，所述干燥净化模块中再生气塔的出气口与外部大气连接。

一种压缩空气干燥净化工艺，包括以下步骤：

1】预冷却：

压缩空气进行冷却处理，处理后的压缩空气进入步骤2处理；

2】吸附、再生过程：

根据经步骤1处理后的压缩空气的流量，选择一个或多个吸附塔进行吸附，其余吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷；

当步骤1处理后的压缩空气流量增加时，增加进行吸附的吸附塔数量，其余吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷；

当步骤1处理后的压缩空气流量进一步增加时，干燥净化模块中的多个吸附塔同时进行吸附，待吸附完成后多个吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷。

上述步骤2中吹冷的过程是：

对再生过程中温度达到设定值后的排出气体进行冷却以分离水分，分离水分后的空气作为吹冷气体加压送入其它已经完成加热再生的吸附塔进行吹冷；

对完成吹冷的吸附塔通入带压气体，直至塔内压力等于或接近系统压力，进入待机状态。

上述对完成吹冷的吸附塔通入的带压气体的来源有两个：一是完成吸附过程并即将进入加热再生过程的塔的泄放气体，二是来自预冷却模块的高压气体。

当干燥净化模块包括A塔、B塔、C塔和D塔时，所述步骤2吸附，以及待机、再生和/或吹冷的具体处理流程如下：

(1)A塔吸附：

预冷却处理的压缩空气，由A塔下方进入塔内，气体中的水分被吸附剂吸附，脱水后的气体由A塔上方排出，过滤除去气体中的粉尘，作为成品气排出进入后续工序储存或使用；

(2)在A塔进行吸附的过程中，B塔进行泄压和加热再生：

泄压：B塔在吸附结束时，B塔内压力为吸附压力的气体排出，进入D塔使D塔升压，当B塔和D塔压力相等时，剩余压力气体经阀门排出；

加热再生：来自再生气模块的高温气体进入泄压后的B塔上部，由上到下对吸附剂加热，加热解析出的水分被加热气体带走，进入C塔；

(3)C塔吹冷：

在A、B塔运行的同时，来自B塔的空气进入C塔顶部，气体从上到下流经吸附剂，带走吸附剂的热量，使塔内温度降低，然后吹冷后的热空气经风机加压后循环；

(4)D塔升压、待机：

向完成加热再生和吹冷过程的D塔通入带压气体，使其塔内压力等于或接近吸附压力，则D塔进入待机状态，等待切换进入吸附过程。

本发明的优点：

1、本发明整体工作效率高，采用多个吸附塔同时吸附和加热再生循环工作。

2、本发明将吹冷气体返回干燥系统重复使用，减少了再生耗气量，使成品气体的输出量增加，且节约了大量能源。

2、每个模块可独立工作，便于设备配置，每个模块可单独配置一个或多个干燥模块，节省空间，节约成本。

3、使用时可根据气量需求随时搭配一塔或多塔使用，每个塔可间歇使用，操作灵活性强，再生能耗小。

4、可利用压缩热对进入再生气模块的气体进行预热，利用了压缩气体的余热，减少再生气系统的功率，充分利用余热节省能源。

5、气源气体经过换热器后温度降低，可减少冷却器的换热面积和体积，降低成本。

6、由于冷却器热负荷降低，减小了冷水机功率及冷却水量。

7、现有的干燥净化装置一经建成无法增加处理量，而本发明采用模块化设计，可随时通过增加管路及吸附塔的数量，满足使用方今后用气量的增长需求。

附图说明

图1是本发明的流程原理图；

图2是本发明的预冷却模块的流程原理图；

图3是本发明的干燥净化模块的流程原理图；

图4是本发明的再生气模块的流程原理图；

图5是本发明的吹冷气模块的流程原理图；

图6是本发明双风机工艺流程图；

图7是本发明单风机工艺流程图；

图8是本发明吸附过程工艺流程图；

图9是本发明加热再生过程工艺流程图；

图10是本发明吹冷气过程工艺流程图；

图11是本发明泄压过程工艺流程图。

具体实施方式

结合说明书附图对本发明进行详述：

1、预冷却模块

该模块是对由压缩机(离心式压缩机)来的压缩空气进行预冷却的装置，预冷却模块由换热器、冷却器、气液分离器、冷水机及管道阀门等组成，如图2所示。换热器和冷却器为管壳式换热器，气液分离器采用过滤式分离器或惯性式分离器。预冷却模块的进气口与压缩空气机连接，预冷却模块的出气口与干燥净化模块的进气口连接，干燥净化模块的出气口与用气设备连接。该模块降低压缩空气中含水量达80％以上。

来自离心式压缩机的压缩空气进入预冷却模块，在换热器中与来自再生气模块的冷空气进行热交换，压缩空气的温度降低，再进入冷却器与由冷水机来的冷水换热而被冷却，然后进入气液分离器，将压缩空气中的液态水分分离后送入干燥净化模块。换热器也可以是压缩机自带的水冷却器，当压缩机机组(含压缩机水冷却器)排出气体温度较低(如：小于40-45℃)时，该换热器可省略。

2、干燥净化模块

该模块对由预冷却模块来的压缩空气进行深度脱水干燥和净化，如图3所示。该模块来的压缩空气进入吸附塔，气体中的水分被吸附剂吸附，气体深度脱水，脱水后的气体进入过滤器分离掉气体中的固态粉尘，得干燥净化的成品气，进入后续工艺。该模块可以M个干燥塔结构，M优选4或6，吸附过程可以同时在任意一个或N个干燥塔中进行，其余的干燥塔则进行吸附剂再生过程。

现以四塔结构为例进行具体说明，其中四塔在不同的过程中充当这不同的功能，包括用于吸附的吸附塔、用于再生及泄压的再生气塔、用于吹冷气的吹冷气塔，具体过程如下：

第一、吸附过程(A塔)

来自预冷却模块的压缩空气，经阀门1-1由A塔下方进入吸附塔，气体中的水分被吸附剂吸附，脱水后的气体由吸附塔上方的阀门2-1排出，进入过滤器除去气体中的粉尘，作为成品气排出进入后续工序储存或使用。

第二、泄压和加热再生过程(B塔)

在A塔进行吸附的过程中，B塔(也可以是C塔或D塔)进入泄压和加热再生程序。

泄压：B塔在吸附结束时，其压力为吸附压力(系统压力)，必须降低压力至再生压力(大气压力)，此时，B塔的气体经阀门6-2排出，再进入D塔使D塔升压，当B塔和D塔压力相等时，剩余压力气体经阀7排出。

加热再生：来自再生气模块的高温气体经阀门3-2进入B塔上部，由上到下对吸附剂加热，并解析其所吸附的水分，被加热气体带走，经阀门5-2排出进入吹冷气模块。

第三、吹冷过程(C塔)

在A、B塔运行的同时，C塔(或D塔)进入吹冷程序，来自吹冷气模块的空气经阀门4-3进入C塔顶部，气体从上代下流经吸附剂，带走吸附剂的热量，使塔内温度降至40℃以下，然后吹冷气经阀门5-3和管道进入吹冷气模块。

第四、升压、待机过程(D塔)

完成再生吹冷过程的D塔，其塔内压力为再生压力(接近大气压力)，必须先提高塔内压力等于或接近吸附压力(系统压力)方可再转入吸附过程，带压气体的来源有两个：一是完成吸附过程并即将进入加热再生过程的塔(如B塔)的泄放气体，二是来自系统的高压气体。

B塔泄压时，排放气体经阀6-2排出，经阀门6-4由塔高顶进入D塔，使塔内压力升高。当B塔和D塔内压力相等时，阀6-4关闭，阀8-4打开，系统的压力气体进入D塔。当D塔内压力等于或接近系统压力时，阀8-4关闭，D塔进入待机状态，等待切换进入吸附过程。

3、再生气模块

该模块是为干燥净化模块提供再生气源，空气由鼓风机送入加热器升温后再进入干燥净化模块对吸附塔中的吸附剂进行加热，使其得以再生。由再生塔排出的高温含湿气体进入吹冷气模块，被冷却分离水分后，作为吹冷气体又返回干燥净化模块。再生气模块产生的高温含湿气体由再生塔底排出。

4、吹冷气模块

该模块是为干燥净化模块提供吹冷气体的装置，由过滤器、鼓风机、冷却分离器和管道等组成，如图5所示。新鲜空气通过过滤器吹冷气进入鼓风器，被送到干燥净化模块，由干燥净化模块再生过程产生的含湿气体，进入冷却分离器，被冷却分离水分后，再由鼓风机送入干燥净化模块。

5、控制系统

该系统采用PLC为控制器，采用触摸屏进行操作，独立完成机组的设备启动、停机、参数测量、控制、报警、安全保护等功能，具有与远程集中测控系统通讯的接口。

Claims (11)

1.一种压缩空气干燥净化装置，包括干燥净化模块、控制系统，所述干燥净化模块包括M个用于脱水的吸附塔，其特征在于：还包括预冷却模块、再生气模块和吹冷气模块；

所述预冷却模块对压缩空气进行初步降温脱水后送入干燥净化模块；

所述再生气模块向干燥净化模块提供再生气源；

所述吹冷气模块对干燥净化模块再生过程中产生的高温含湿气体进行脱水冷却后送回干燥净化模块；

所述M个吸附塔中有N个进行吸附，其余进行再生；M和N应满足：当N等于0时，M＞N，当N为自然数时，M≥N。

2.根据权利要求1所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述预冷却模块包括至少一组冷却器和气液分离器；所述冷却器的进气口与压缩空气机连接，所述冷却器的出气口与气液分离器的进气口连接，所述气液分离器的出气口与干燥净化模块的进气口连接。

3.根据权利要求1所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述预冷却模块包括至少一组换热器、冷却器和气液分离器；所述换热器的进气口与压缩空气机连接，所述换热器、冷却器和气液分离器依次连接，所述气液分离器的出气口与干燥净化模块的进气口连接。

4.根据权利要求3所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述换热器为管壳式换热器或压缩机自带的水冷却器。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述吹冷气模块包括冷却分离器和第二鼓风机；所述冷却分离器的进气口与干燥净化模块中吹冷气塔的出气口连接，所述冷却分离器的出气口通过第二鼓风机与干燥净化模块中吹冷气塔的进气口连接形成回路。

6.根据权利要求5所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述再生气模块包括第一鼓风机和加热器；所述第一鼓风机的进气口接外部大气；所述第一鼓风机出气口与加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与干燥净化模块中再生气塔的进气口连接；所述干燥净化模块中再生气塔的出气口与外部大气连接。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的压缩空气干燥净化装置，其特征在于：所述吹冷气模块包括冷却分离器和第一鼓风机；所述冷却分离器的进气口与干燥净化模块中吹冷气塔的出气口连接，所述冷却分离器的出气口通过第一鼓风机与干燥净化模块中吹冷气塔的进气口连接形成回路；

所述再生气模块包括第一鼓风机和加热器；所述第一鼓风机的进气口接外部大气；所述加热器的进气口与第一鼓风机出气口连接，所述加热器的出气口与干燥净化模块中再生气塔的进气口连接，所述干燥净化模块中再生气塔的出气口与外部大气连接。

8.一种压缩空气干燥净化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1】预冷却：

压缩空气进行冷却处理，处理后的压缩空气进入步骤2处理；

2】吸附、再生过程：

根据经步骤1处理后的压缩空气的流量，选择一个或多个吸附塔进行吸附，其余吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷；

当步骤1处理后的压缩空气流量增加时，增加进行吸附的吸附塔数量，其余吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷；

当步骤1处理后的压缩空气流量进一步增加时，干燥净化模块中的多个吸附塔同时进行吸附，待吸附完成后多个吸附塔同时或依控制进行待机、再生和/或吹冷。

9.根据权利要求8所述的压缩空气干燥净化工艺，其特征在于，所述步骤2中吹冷的过程是：

对再生过程中温度达到设定值后的排出气体进行冷却以分离水分，分离水分后的空气作为吹冷气体加压送入其它已经完成加热再生的吸附塔进行吹冷；

对完成吹冷的吸附塔通入带压气体，直至塔内压力等于或接近系统压力，进入待机状态。

10.根据权利要求9所述的压缩空气干燥净化工艺，其特征在于，所述对完成吹冷的吸附塔通入的带压气体的来源有两个：一是完成吸附过程并即将进入加热再生过程的塔的泄放气体，二是来自预冷却模块的高压气体。

11.根据权利要求8或9或10所述的压缩空气干燥净化工艺，其特征在于，当干燥净化模块包括A塔、B塔、C塔和D塔时，所述步骤2吸附，以及待机、再生和/或吹冷的具体处理流程如下：

(1)A塔吸附：

预冷却处理的压缩空气，由A塔下方进入塔内，气体中的水分被吸附剂吸附，脱水后的气体由A塔上方排出，过滤除去气体中的粉尘，作为成品气排出进入后续工序储存或使用；

(2)在A塔进行吸附的过程中，B塔进行泄压和加热再生：

泄压：B塔在吸附结束时，B塔内压力为吸附压力的气体排出，进入D塔使D塔升压，当B塔和D塔压力相等时，剩余压力气体经阀门排出；

加热再生：来自再生气模块的高温气体进入泄压后的B塔上部，由上到下对吸附剂加热，加热解析出的水分被加热气体带走，进入C塔；

(3)C塔吹冷：

在A、B塔运行的同时，来自B塔的空气进入C塔顶部，气体从上到下流经吸附剂，带走吸附剂的热量，使塔内温度降低，然后吹冷后的热空气经风机加压后循环；

(4)D塔升压、待机：

向完成加热再生和吹冷过程的D塔通入带压气体，使其塔内压力等于或接近吸附压力，则D塔进入待机状态，等待切换进入吸附过程。