RU1813706C - Устройство дл получени инертных газов - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство включает нагнетатель воздуха, газогенератор с топливопроводом, теплообменник дымовых газов, вод ной холодильник, абсорбер и адсорберы, св занные между собой системой трубопроводов. Теплообменник дымовых газов размещен в газогенераторе и снабжен холодильным агрегатом с испарителем и рекуператором. Рекуператор установлен между нагнетателем воздуха и газогенератором и снабжен отводом. Отвод соединен с вод ным холодильником . Вход рекуператора соединен с выходом одного адсорбера, а выход - с входом другого адсорбера. Абсорбер соединен с теплообменником дымовых газов и выполнен двухступенчатым. Втора  ступень абсорбера снабжена испарителем. Испаритель соединен с холодильным агрегатом . Втора  ступень абсорбера св зана трубопроводами с вод ным холодильником и с теплообменником дымовых газов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к водному транспорту, в частности к устройствам дл  получени  инертных газов, примен емых дл  заполнени  наливных цистерн судна, и может быть использовано при создании инертной среды в горных выработках, в металлургической промышленности, на предпри ти хГосагропрома дл  предотвращени  взрывов и пожаров или возникновени  нежелательных реакций при доступе воздуха.

Цель изобретени  - повышение степени очистки инертных газов от двуокиси углерода и воды.

На фиг.1 представлена принципиальна  схема устройства дл  получени  инертных газов; на фиг.2 приведен общий вид газогенератора с размещенным в нем теплообменником дымовых газов и двухступенчатым абсорбером.

Устройство (фиг.1) содержит узел подготовки топлива, состо щий из топливной емкости 1, топливного насоса 2 и фильтра 3, соединенных топливопроводом 4 с газогенератором 5, в который нагнетателем 6 воздуха через рекуператор 7 по трубопроводу 8 с отводом 9 подаетс  на горение смесь воздуха и продувочного газа, насыщенного вод ными парами. Вход трубопровода 8 в газогенераторе 5 расположен до зоны горени . Отвод 9 соединен с вод ным холодиль ником 10. Охлаждающа  вода насосом 11 подаетс  в вод ной холодильник 10, в первую ступень 12 абсорбера двухступенчатого пр моточно-пенного абсорбера 13 двуокиси углерода, соединенного с газогенерато00 CJ

-ч о о

ром 5 через размещенный в газогенераторе 5 теплообменник 14 дымовых газов, и в конденсатор 15 холодильного агрегата 16. Отработанна  вода сливаетс  по трубопроводам 17.

Перва  ступень 12 абсорбера (фиг.2) выполнена с центральным подводом дымовых газов из жаровой трубы 18 газогенератора 5 и кольцевой рабочей зоной, образованной цилиндрическим корпусом 19 и поверхностью теплообменника 14 дымовых газов. Дл  равномерного распределени  дымовых газов в воде в нижней части рабочей зоны установлено распределительное устройство , например лопаточный завихритель 20. В верхней части рабочей зоны абсорбера установлен сепаратор 21 дл  разделени  газожидкостного потока перед второй ступенью 22 абсорбера. Втора  ступень 22 абсорбера снабжена испарителем 23, соединенным с холодильным агрегатом 16. Входной трубопровод второй ступени 22 абсорбера соединен с выходом вод ного холодильника 10, а выходной трубопровод через насос 24 подачи абсорбента - с теплообменником 14 дымовых газов, соединенным с входом вод ного холодильника 10.

Выходной трубопровод инертных газов абсорбера 22 соединен с входом блока 25 адсорбционного осушени  газов, состо щего из двух силикагелевых адсорберов 26 и 27, соединенных между собой системой трубопроводов с двум  четырехходовыми распределител ми 28, 29. Распределитель 28 через электромагнитный клапан 30 трубопроводом 31 продувочного газа соединен с входом нагнетател  6 воздуха. Распределитель 29 соединен с фильтром 32 очистки от механических примесей и трубопроводом 33 с выходом рекуператора 7, Выход фильтра 32 через электромагнитный клапан 34 трубопроводом 35 соединен с входом рекуператора 7 и выходным трубопроводом 36 инертного газа с двум  электроприводными задвижками 37 и 38.

Устройство работает следующим образом .

Жидкое топливо, хран щеес  в топливной емкости 1, насосом 2 через фильтр 3 подаетс  по топливопроводу 4 в топливную форсунку газогенератора 5. Распиливаемое топливо смешиваетс  с газовой смесью, состо щей из атмосферного воздуха и продувочного газа, насыщенного вод ными парами, подаваемой нагнетателем 6 воздуха и предварительно охлажденной в рекуператоре 7. Образующа с  в газогенераторе 5 смесь близка по соотношению топливо - воздух к стехиометрическому и сгорает практически без механического недожога.

Получаемые в газогенераторе 5 дымовые газы поступают в поверхностный теплообменник 14 дымовых газов, где нагревают водный раствор этаноламинов, используемый в абсорбере второй ступени С02 22 в качестве абсорбента. Затем дымовые газы поступают на вход абсорбера первой ступени 12, проход т через лопаточный завихритель 20 и, взаимодейству  с водой,

подаваемой насосом 11, образуют газожидкостную пену, занимающую весь активный объем абсорбера 12. При непосредственном контакте дымовых газов с водой в слое динамической пены происход т их охлаждение , очистка от СОа и дополнительна  очистка от окислов серы и механических примесей. Слив отработанной воды из абсорбера 12 осуществл етс  после разделени  газожидкостного потока в сепараторе

21 по трубопроводу 17.

С выхода абсорбера первой ступени 12 дымовые газы поступают в абсорбер второй ступени 22, где барботируют через водный раствор этаноламинов и дополнительно

очищаютс  от двуокиси углерода. Выдел юща с  при этом теплота абсорбции отводитс  с помощью встроенного в абсорбер 22 испарител  23, соединенного с холодильным агрегатом 16. Регенераци  абсорбента

после абсорбера второй ступени 22 осуществл етс  за счет нагрева в теплообменнике дымовых газов 14 и последующего охлаждени  в вод ном холодильнике 10. Удаление выделенной при десорбции двуокиси углерода производитс  продувкой вод ного холодильника 10 газом, подаваемым по отводу 9 нагнетателем 6.

С выхода абсорбера 22 дымовые газы поступают в блок 25 адсорбционного осушени , в один из силикагелевых адёорберов 26 или 27, где происходит осушение газов. Осушенные газы проход т через фильтр 32 дл  очистки от механических примесей. С выхода блока 25 инертные газы по трубопроводу

36 через задвижку 38 поступает к потребителю . Если параметры газа не соответствуют спецификационным значени м, производитс  его сброс в атмосферу через задвижку 37. Управление задвижками осуществл етс  в автоматическом режиме в зависимости от состо ни  контролируемых параметров газа: давлени , температуры, влажности, содержани  02 и СОа. При увеличении влажности газов на выходе из блока 25 происходит переключение адсорберов дл  регенерации.

Десорбци  влаги осуществл етс  при пропускании через адсорбер части инертных газов с выхода блока 25 по трубопроводу 35, предварительно нагретых в

рекуператоре 7 за счет теплоты сжатого газа , подаваемого нагнетателем б, например воздушным компрессором. С выхода регенерируемого адсорбера влажный продувочный газ через распределитель 28 и клапан 30 по трубопроводу 31 поступает на сторону всасывани  нагнетател  б воздуха, где смешиваетс  с атмосферным воздухом, охлаждаетс  в рекуператоре 7 и подаетс  на горение в газогенератор 5.

Пример. Поток дымовых газов, образующихс  при сгорании топлива в газогенераторе 5, в обьеме пор дка 350 м /ч при температуре 1000-1200°С движетс  по жаровой трубе 18, нагревает водный раствор этаноламинов в поверхностном теплообменнике 14 дымовых газов и поступает в абсорбер первой ступени 12, где взаимодейству  с водой, подаваемой насосом .11, охлаждаетс  до температуры 10. - 40°С в зависимости от температуры воды и очищаетс  от СОД до содержани  его не более 10 об.%. Затем дымовые газы поступают в абсорбер второй ступени 22 и в результате контакта с водным раствором этаноламинов очищаютс  от СО до содержани  не более 0,1 об. %. За счет встроенного в абсорбер 22 испарител  23, соединенного с холодильным агрегатом 16, отводитс  теплота абсорбции и происходит охлаждение дымовых газов до температуры 5-25°С.

С выхода абсорбера 22 дымовые газы с влагосодержанием 9,1 г/кг поступают в блок 25 адсорбционного осушени , где происходит их осушка р,о точкм росы минус 43°С. Врем  непрерывной работы до насыщени  адсорбента составл ет 7,9-28,2 ч в зависимости от температуры наружного воздуха. Температура инертных газов на выходе из устройства не превышает 35°С.

Часть инертного газа с выхода блока 25 адсорбционного осушени  в объеме 120 м /ч, предварительно подогретого в рекуператоре 7 до температуры 93-85°С в зависимости от температуры наружного воздуха, используетс  дл  десорбции влаги. Продолжительность регенерации составл ет от 7,1 до 18 ч. Продувочный газ с выхода регенерируемого абсорбера поступает на сторону всасывани  нагнетател  6 воздуха, где смешиваетс  с атмосферным воздухом, охлаждаетс  в рекуператоре 7 до температуры не более 70°С и поступает на горение в газогенератор 5. Влагосодержание газа, подаваемого на горение, составл ет 12,5 г/кг.

Нагрев газов в рекуператоре 7 осуществл етс  за счет низкопотенциальной теплоты сжатого газа за нагнетателем 6 воздуха, в качестве которого в рассматриваемом

примере использовалс  воздушный компрессор производительностью 340 м3/ч. Тем- пература сжатого газа составл ет 127-114°С в зависимости от температуры наружного воздуха при давлении 2,2 кг/см2, Производительность устройства составл ет 200 м3/ч инертных газов.

Применение совмещенного с газогенератором двухступенчатого адсорбера СОа с

0 эффективным поглотителем - водным раствором этаноламинов и осуществление осушки газов в силикагелевом адсорбере позвол ют в 2-5 раз сократить габариты и в 5-20 раз уменьшить массу предлагаемого

5 устройства по сравнению с известными установками .

Организаци  рециркул ции продувочного газа и использование низкопотенциальной теплоты сжатого воздуха за

0 компрессором привод т к сокращению расхода электроэнергии на получение 1 м инертных газов в 1,6-3,5 раза. При этом суммарные затраты на очистку и осушку газа снижаютс  в 1,8-2 раза. Степень рецир5 кул ции влажного продувочного азота в зону горени  составл ет 0,294. В результате снижени  концентрации кислорода в начальной зоне горени  выход окислов азота снижаетс  в 3 раза, концентраци  серного

0 ангидрида 50з уменьшаетс  в 1,6 раза по сравнению с продуктами сгорани  при обычном нестехиометрическом сжигании. Наличие паров воды в газовой смеси, подаваемой на горение, улучшает качество рас5 пыливани  топлива и его смешени  с окислителем, что снижает сажеобразова- ние. За счет расходовани  теплоты сгорани  топлива на нагрев вод ного пара уменьшаетс  температура факела. При вла0 госодержании газа, подаваемого на горение , равном 12,5 г/кг, расход воды составл ет 30% от расхода топлива, равного 20 кг/ч. По литературным данным подавление окислов азота при этом составл ет от 30

5 до 50%. Комбинаци  трех способов снижени  выхода окислов азота, а именно низкий коэффициент избытка воздуха, балластиро- вание топливовоздушной смеси и впрыск вод ного пара, приводит, к суммарному по0 давлению выхода окислов азота в дымовых газах в 5 раз.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что применение замкнутого цикла при производстве инертных газов

5 с использованием отработанного продувочного газа после регенерации адсорбента не только значительно уменьшает токсичность получаемых газов и повышает их качество, но и снижает затраты энергоресурсов и дает положительный экономический эффект.

Предлагаемое устройство может быть использовано дл  обеспечени  взрывопо- жаробезопасности при транспортировке нефтепродуктов, производстве огневых работ на емкост х с нефтеостатками, а также дл  тушени  пожаров в горных выработках. Получаемые в устройстве инертные газы могут примен тьс  на предпри ти х агропро- ма дл  хранени  плодоовощной продукции и в металлургической промышленности при термической обработке металлов.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  получени  инертных газов, включающее последовательно распо- ложенные нагнетатель воздуха, газогенератор с топливопроводом, теплообменник дымовых газов, вод ной холодильник, и адсорберы , св занные между собой системой трубопроводов, отличающеес  тем,

   что, с целью повышени  степени очистки инертных газов от двуокиси углерода и воды , устройство снабжено абсорбером и холодильным агрегатом с испарителем и рекуператором, установленным между нагнетателем воздуха и газогенератором и снабженным отводом, соединенным с вод ным холодильником, вход рекуператора соединен с выходом одного адсорбера, а выход - с входом другого адсорбера, абсорбер соединен с теплообменником дымовых газов и выполнен двуступенчатым, при этом втора  ступень абсорбера снабжена испарителем , соединенным с холодильным агрегатом , и св зана трубопроводами с вод ным холодильником и с теплообменником дымовых газов.
2. 2. Устройство по п.1,отличающеес  тем, что абсорбер выполнен в виде пр мо- точно-пенного аппарата.

   Фиг. 1

   Tonjiueo