CS261574B1

CS261574B1 - Apparatus for adsorpt purofikation gases with short time of overswitching and with regeneration by compress heat

Info

Publication number: CS261574B1
Application number: CS867933A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Jirsa
Original assignee: Jirsa Jan
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS793386A1

Abstract

Přívod regeneračního plynu je připojen přes paralelně zapojený akumulátor tepla a výměník kompresního tepla na regenerovaný adsorber nebo je přívod regeneračního plynu spojen s adsorberem přímo a přitom je zároveň propojen s atmosférou přes v sérii zapojený výměník kompresního tepla a akumulátor tepla nebo je spojen jenom s atmosférou přes výměník kompresního tepla a akumulátor tepla. Je-li nízká regeneračníteplota po ohřevu kompresním teplem, zařadí se do systému dohrívač mezi výměník kompresního tepla a akumulátor tepla.The regenerative gas supply is connected via a battery connected in parallel heat exchanger and compressor heat exchanger adsorber or is a regenerative feed gas directly to the adsorber while at the same time being connected to the atmosphere through a compression coil connected in series heat accumulator or is connected only with the atmosphere through the compression exchanger heat accumulator. If low regenerative temperature after compression heat, is included in the warm-up system between the heat exchanger and the accumulator heat.

Description

Vynález se týká adsorpčního zařízení s krátkou dobou přepínání pro čištění plynů, například od vlhkosti, oxidu uhličitého a jiných nečistot v pevném loži adsorbentu s regenerací kompresním teplem.The invention relates to an adsorption device with a short switching time for the purification of gases, for example moisture, carbon dioxide and other impurities in a fixed bed adsorbent with heat recovery.

U známých adsorpčních zařízení se využívá kompresního tepla pro regeneraci adsorbentu většinou pouze tam, kde je doba přepínání adsorbérů 8 až 12 hodin, případně i více. Tyto systémy jsou charakterizovány velkou spotřebou adsorbentu, úměrnou přepínací době. Snížení spotřeby adsorbentu a tím i zmenšení výšky adsorbérů lze uskutečnit zkrácením přepínací doby. U těch systémů, kde je doba přepínání 1 až 4 hodiny.a kde se používá regenerace termopuls se však kompresního tepla pro regeneraci nevyužívá, le to proto, že doba přepnutí je přibližně z jedné čtvrtiny «využívána pro ohřev adsorpčního lože a zbytek tři čtvrtiny jsou zapotřebí pro jeho vychlazení. Kompresní teplo pro regeneraci se musí dodat do regenerovaného lože v krátkém časovém intervalu 12 až 50 minut, dle doby přepínání. Aby se toto zajistilo, musí sé regenerační výměník dimensovat pro ohřev velkého množství regeneračního plynu a současně v krátkém časovém intervalu. V době chlazení, což je tři čtvrtiny doby přepínání se tento výměník nevyužívá a proto se stává investič ně a provozně náročný.In known adsorption devices, compression heat is used to regenerate the adsorbent mostly only where the adsorber switching time is 8 to 12 hours or more. These systems are characterized by high adsorbent consumption, proportional to the switching time. Reducing the adsorbent consumption and thus reducing the adsorber height can be achieved by reducing the switching time. However, in those systems where the switching time is 1 to 4 hours, and where thermopulse regeneration is used, the compression heat is not used for regeneration because the switching time is approximately one-fourth «used to heat the adsorption bed and the remaining three-quarters are needed to cool it. Compression heat for regeneration must be supplied to the regenerated bed within a short time interval of 12 to 50 minutes, depending on the switching time. To ensure this, the regeneration exchanger must be sized to heat a large amount of regeneration gas and at the same time within a short period of time. At the cooling time, which is three quarters of the switching time, this exchanger is not used and therefore becomes investment and operationally demanding.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro adsorpční čištění plynů s krátkou dobou přepínání as regenerací kompresním teplem, sestávající z adsorbérů, akumulátoru tepla a z propojovacího pot'rubí a armatur, zakládající se na tom, že přívod regeneračního plynu je spojen s atmosférou pres paralelně zapojený akumulátor tepla a výměník kompresního tepla a dále přes regenerovaný adsorber, nebo je přívod regeneračního plynu spojen s atmosférou -přímo pres regenerovaný adsorber a/nebo přes výměník kompresního tepla aThese drawbacks are overcome by a short-time adsorption gas purification gas compression device consisting of adsorbers, a heat accumulator and a connecting pipe and fittings, based on the regeneration gas supply being connected to the atmosphere via a parallel connected heat accumulator and a compression heat exchanger and further via a regenerated adsorber, or the regeneration gas supply is connected to the atmosphere directly via the regenerated adsorber and / or via a compression heat exchanger and

261 574 akumulátor tepla, který je zapojen v sérii s výměníkem kompresního tepla. V ohřevovém potrubí za výměníkem kompresního tepla může být dále zařazen dohřívač regeneračního plynu.261 574 a heat accumulator which is connected in series with a compression heat exchanger. In the heating line downstream of the compression heat exchanger, a regeneration gas after-heater may also be provided.

Hlavní výhoda zařízení pro adsorpční čištění plynu podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že umožňuje dodat pro regeneraci adsorberů kompresní teplo v krátkém časovém intervalu, což umožňuje u tohoto systému zkrátit cyklus přepínání. Zkrácením doby přepínání z 8 hodin na 4 hodiny se sníží 1,8 krát potřeba adsorbentu (např. molekulového síta), zmenší se výška adsorpčního lože, výška adsorberů a dále se sníží 1,8 krát tlaková ztráta při průtoku regeneračního plynu i při vlastním adorpčním čištění. Čtyřikrát se zmenší výměnná plocha u věměníku kompresního tepla a eventuelně u dohřívače’ regeneračního plynu. Tyto vlivy vedou k tomu, že zařízení je investičně i provozně méně náročné než doposud používaná zařízení.The main advantage of the adsorption gas purification apparatus of the present invention is that it makes it possible to supply the compressor heat for the regeneration of the adsorber in a short period of time, thus allowing the system to shorten the switching cycle. By reducing the switching time from 8 hours to 4 hours, the adsorbent demand (eg molecular sieves) is reduced 1.8 times, the adsorption bed height, adsorber height is reduced, and the pressure loss at regeneration gas flow and adorption is reduced by 1.8 times cleaning. The heat exchange surface of the compressor heat pump and possibly of the after-heater regenerative gas is reduced four times. These influences make the equipment less capital intensive and operational than the equipment used up to now.

Příkladné provedení zařízení pro adsorpční čištění plynů podle vynálezu je zobrazeno na připojených výkresech. Na obr. 1 je zobrazeno zapojení při ohřevu adsorpčního lože, na obrázku 2 je zapojení při chlazení a na obrázku 3 je zapojení zařízení při přepínání adsorberů. ledna se o adsorpční zařízení, kterým se čistí vzduch pro nízkoteplotní dělení za tlaku 0,6 - 0,8 MPa a do* ba přepínání je 4 hodiny. Ze vzduchu se odstraňuje vodní pára, oxid uhličitý a případně některé další nečistoty.An exemplary embodiment of an adsorption gas purification apparatus according to the invention is shown in the accompanying drawings. Fig. 1 shows the wiring for heating the adsorption bed, Fig. 2 shows the wiring for cooling, and Fig. 3 shows the wiring for adsorber switching. January is an adsorption device, which cleans the air for low-temperature separation at a pressure of 0.6 - 0.8 MPa and the switchover is 4 hours. Water vapor, carbon dioxide and possibly other impurities are removed from the air.

Zařízení pro adsorpční čištění plynů sestává především z dvojice adsorberů 1, _2_, akumulátoru 3 tepla, výměníku 4 kompresní ho tepla a z propojovacího potrubí a armatur. Dále je doplněno o kompresor^ vzduchu, dochlazovač 6, chladič 8 a odlučovač 7. Výtlak kompresoru 3 je propojen výtlačným potrubím 21 pres výměník 4 kompresního tepla, dochlazovač 6 s odlučovačem 7, který je propojen vstupním potrubím 22 čištěného plynu přes vstupní armaturu 9 e adsorbeTem 1, nebo přes vstupní armaturu 10 s adsorberem 2. Adsorber 1 a 2 je dále propojen přes zpětné klapky 13 a 14 s výstupním potrubím 23 vyčištěného plynu.· Ve fázi ohřevu adsorpčního lože adsorberů 2 (obr.1) je přívod 24 regeneračního plynu připojen na tento adsorber. Oednak je to přes regenerační armaturu 19, akumulátor 3 tepla, střídací regenerační armaturu 17 a zpětnou klapku 16 a současně přes výměník 4 kompresního tepla. Spodní část regenerovaného adsorberů 2 jeThe adsorption gas purification device consists primarily of a pair of adsorber 1, 2, a heat accumulator 3, a compression heat exchanger 4 and a connecting pipe and fittings. It is further complemented by an air compressor 6, aftercooler 6, cooler 8 and separator 7. Compressor discharge 3 is connected via discharge line 21 via a compression heat exchanger 4, aftercooler 6 with a separator 7, which is connected via inlet pipe 22 of clean gas through inlet fitting 9e. AdsorberTem 1, or via the inlet fitting 10 with adsorber 2. Adsorber 1 and 2 are further connected via the check valves 13 and 14 to the clean gas outlet duct 23. · In the adsorber bed 2 of the adsorber 2 (Fig. 1), regeneration gas supply 24 is connected to this adsorber. On the other hand, this is via the regenerative fitting 19, the heat accumulator 3, the alternating regenerative fitting 17 and the non-return valve 16, and simultaneously through the compression heat exchanger 4. The bottom of the regenerated adsorber 2 is

261 574 přes otevřenou armaturu 12 spojena s atmosférou a zpětné klapky 13 a 14 jsou přitom uzavřeny od tlaku čištěného vzduchu. Regeneruje-li se adsorber 1 je adsorber spojen s atmosférou přes armaturu ,11 a uzavřeny jsou .zpětné klapky 16 a 13. Ve fázi chlazení adsorpčního lože adsorberu 2 (obr. 2) je přívod 24 regeneračního plynu připojen chladicím potrubím 25 přes chladicí armaturu 18 a zpětnou klapku 16 přímo na adsorber ,2. Současně je v této fázi přívod 24 regeneračního plynu spojen s atmosférou přes výměník4_kompresního tepla, akumulátor 3 tepla a otevřenou nabíjecí armaturu 20. Střídací regenerační armatura 17 a regenerační armatura 19 je ve fázi chlazení uzavřena a spodní část regenerovaného adsorberu je př-es armaturu 12 spojena s atmosférou. Při vlastním přepínání adsorberu 1 a 2 je přívod 24 regeneračního plynu s atmosférou spojen pouze přes výměník 4, akumulátor ,3 tepla. Vstupní potrubí 22 čištěného plynu je připojeno na adsorber 1 i 2 přes otevřené vstupní armatury 9 a 10 a výstupní potrubí 23 vyčištěného plynu je spojeno s adsorbery 1 a 2 přes zpětné klapky 13 a 14. Zpětné klapky 15 a 16 jsou uzavřeny .261 574 is connected to the atmosphere via an open fitting 12 and the check valves 13 and 14 are closed from the pressure of the purified air. When the adsorber 1 is regenerated, the adsorber is connected to the atmosphere via the fitting 11 and the check valves 16 and 13 are closed. In the adsorber bed 2 adsorber cooling phase 2 (FIG. 2), the regeneration gas supply 24 is connected via cooling line 25 through the cooling fitting 18. and a check valve 16 directly to the adsorber, 2. At the same time, at this stage, the regeneration gas supply 24 is connected to the atmosphere via a compressor heat exchanger 4, a heat accumulator 3 and an open charging arm 20. The alternating regeneration arm 17 and regeneration arm 19 are closed during the cooling phase and the lower part of the regenerated adsorber is connected via the armature 12 with the atmosphere. In the actual switching of adsorber 1 and 2, the regenerative gas supply 24 is connected to the atmosphere only via the heat exchanger 4, the accumulator 3, the heat. The purge gas inlet pipe 22 is connected to the adsorber 1 and 2 via the open inlet fittings 9 and 10 and the purge gas outlet pipe 23 is connected to the adsorber 1 and 2 via the check valves 13 and 14. The check valves 15 and 16 are closed.

Atmosferický vzduch_zstlačený v kompresoru 5 na tlak 0,83 MPa o teplotě 190°C/se vede přes výměník 4, kde předá část kompresního tepla regeneračnímu plynu, dochlazovač 6 a chladič 8 do odlučovače 7. V dochlazovači 6 se vzduch ochladí chladicí vodou na teplotu 40°C a v chladiči 8 se ochladí vhodným chladivém na 5°C. V odlučovači 7 se ze vzduchu odloučí vykondensovaná vlhkost. Vzduch zbavený převážné části vlhkosti se vede do adsorberu, 1, kde se na loži molekulového síta odstraňuje ze vzduchu zbytek vodní páry a oxid uhličitý. Vyčištěný vzduch z hlavy adsorberu 1 se vede potrubím 23 vyčištěného plynu k nízkoteplotnímu dělení. Druhý z dvojice adsorberů se regeneruje. Ve fázi ohřevu adsorpčního lože se regenerač ní plyn ohřívá jednak v akumulátoru 3 a současně ve výměníku 4 kompresního tepla. Přes akumulátor _r 3tepla proudí 75 % regeneračního plynu, kdežto přes výměník ^4 kompresního tepla proudí pouze 25 % regeneračního plynu. V akumulátoru 3 tepla se regenerační plyn ohře je na 175°C, kdežto ve výměníku 4 kompresního tepla se regenerační plyn ohřeje z 5°C na teplotu 180°C. Po smíchání těchto proudů vstupuje regenerační plyn do -adsorpčního lože adsorberu_>2, které ohřívá a desorbuje z lože vodní páru, oxid uhličitý a případné další nečistoty. Ohřev adsorpčního lože trvá 1 hodinu. Po této fázi následuAtmospheric air _{from the} compressor 5 to a pressure of 0.83 MPa at a temperature of 190 ° C / is passed through the exchanger 4, where it passes a part of the compression heat to the regeneration gas, the aftercooler 6 and the cooler 8 to the separator 7. to 40 ° C and cooled to 5 ° C in cooler 8. In the separator 7, the condensed moisture is separated from the air. The dehumidified air is fed to the adsorber, where the remainder of the water vapor and carbon dioxide are removed from the air on a bed of molecular sieve. The cleaned air from the adsorber head 1 is passed through the clean gas line 23 to a low temperature separation. The other of the pair of adsorber is regenerated. In the heating phase of the adsorption bed, the regeneration gas is heated both in the accumulator 3 and in the heat exchanger 4 at the same time. 75% of the regeneration gas flows through the accumulator _r , while only 25% of the regeneration gas flows through the compression heat exchanger 40. In the heat accumulator 3, the regeneration gas is heated to 175 ° C, while in the compression heat exchanger 4 the regeneration gas is heated from 5 ° C to a temperature of 180 ° C. After mixing of these streams enters the regenerating gas in the adsorber bed _{-adsorpčního>} 2, which is heated and desorbed from the bed of the water vapor, carbon dioxide and other possible impurities. The adsorption bed is heated for 1 hour. After this phase of succession

261 574 duje chlazení lože regeneračním plynem. Menší část regeneračního plynu, (25 %) stále protéká přes výměník 4 kompresního tepla a ohřívá se na teplotu 180°C. Tento proud se potom vede přes akumulátor 3 tepla a ohřívá (nabíjí) pevné lože akumulátoru tepla na teplotu, která se blíží teplotě ohřátého regeneračního plynu 180°C. Chlazení adsorpčního lože trvá 2 hodiny a 45 minut. Poslední fází celého cyklu je vlastní přepnutí, které trvá 15 minut. V této době pokračuje nabíjení akumulátoru 3 tepla. Popsané operace se pravidelně opakují. Tam, kde je nízká teplota stlačeného plynu na výtlaku kompresoru je vhodné v ohřevovém potrubí 26 za výměníkem 4 kompresního tepla zařadit dohřívač 27, který slouží pro zvýšení teplo ty regeneračního plynu (obr 4}261 574 provides cooling of the bed with regeneration gas. A minor part of the regeneration gas (25%) still flows through the compression heat exchanger 4 and is heated to a temperature of 180 ° C. This current is then passed through the heat accumulator 3 and heats (charges) the fixed heat accumulator bed to a temperature that is close to the temperature of the heated regeneration gas 180 ° C. The adsorption bed cooling takes 2 hours and 45 minutes. The last phase of the cycle is the actual switchover, which takes 15 minutes. At this time, the charging of the heat accumulator 3 continues. The operations described are repeated periodically. Where the temperature of the compressed gas at the compressor discharge is low, it is advisable to include a reheater 27 in the heating line 26 after the compression heat exchanger 4, which serves to increase the heat of the regeneration gas (FIG. 4).

Zařízení pro adsorpční čištění podle vynálezu lze využít rovněž i v jiných technologiích,při čištění například metanu nebo jeho směsí před zkapalněním či nízkoteplotním dělením, tam kde je k dispozici využitelné kompresní teplo.The adsorption cleaning device according to the invention can also be used in other technologies, for example in the purification of methane or mixtures thereof before liquefaction or low-temperature separation where useful compressible heat is available.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for adsorptive gas purification with a short switching time and compression heat recovery, consisting of adsorber, heat accumulator, compression heat exchanger and interconnecting piping and fittings, characterized in that the regeneration gas supply (24) is connected to the atmosphere via parallel a connected heat accumulator (3) and a compression heat exchanger (4) and further via the regenerated adsorber (1) or (2) or the regeneration gas supply (24) is connected directly to the atmosphere via the regenerated adsorber (1) or (2); / or via a compression heat exchanger (4) and a heat accumulator (3) which is connected in series with the compression heat exchanger (4).

Device according to claim 1, characterized in that a regeneration gas after-heater (27) is arranged in the heating line (26) after the compression heat exchanger (4).

^ - drawing

261 574

Giant. 2

261 574

Giant. 3