RU2038127C1

RU2038127C1 - Adsorber

Info

Publication number: RU2038127C1
Application number: RU92001108A
Authority: RU
Inventors: Е.Б. Слободов; Ю.П. Блазнин; В.А. Гарин; В.А. Кротов
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: apparatuses of gasses adsorbing purification. SUBSTANCE: adsorber has perforated case, mounted coaxially to body. Case is connected with branch pipe of stream output through perforated reducer. Impermeable screen is mounted in the body with clearance in respect to case. Screen is made, for example, in the form of spherical bottom with cut off sections and connected with shutters-type partitions. Perforated case is made narrowing downward and has rectangular cross-section with ratio of bigger side to diameter of body as 0.98 0.6. EFFECT: adsorber is used in apparatuses of gasses adsorbing purification. 9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам адсорбционной очистки газов. The invention relates to apparatus for adsorption gas purification.

Известно устройство, включающее корпус с кольцевыми слоями адсорбента и перфорированными перегородками, жестко закрепленными на подвешенном дне [1]
Недостатком этого устройства является большой расход адсорбента (цеолита) из-за истирания его в центральных зонах зернистого слоя и перерасхода (активной окиси алюминия) в перфорированных зонах. Истирание цеолита происходит вследствие неравномерности значений скорости газового потока по сечению слоя адсорбента (большие значения скорости в центральных зонах слоя, особенно при регенерации адсорбента, приводят к частичному псевдоожижению мелких частиц и повышенному истиранию адсорбента).A device is known that includes a housing with annular layers of adsorbent and perforated partitions rigidly fixed to a suspended bottom [1]
The disadvantage of this device is the high consumption of adsorbent (zeolite) due to its abrasion in the central zones of the granular layer and overspending (active alumina) in the perforated zones. Abrasion of the zeolite occurs due to the unevenness of the gas flow velocity over the cross section of the adsorbent layer (large velocity values in the central zones of the layer, especially during regeneration of the adsorbent, lead to partial fluidization of small particles and increased abrasion of the adsorbent).

Истирание адсорбента можно уменьшить за счет увеличения радиуса центрального канала слоя, что приводит к снижению максимального значения скорости. Это, однако, приводит к увеличению габаритов и металлоемкости адсорбера. Перерасход активной окиси алюминия, располагаемой в периферийных областях слоя, обусловлен необходимостью организовать слой адсорбента заданной толщины по направлению движения газа. Последнее в сочетании с повышенной в периферийной части кольцевого слоя площадью проходного сечения для потока газа приводит к увеличению рабочего объема, занятого активной окисью алюминия, и к увеличению массы адсорбента. The abrasion of the adsorbent can be reduced by increasing the radius of the Central channel of the layer, which leads to a decrease in the maximum value of speed. This, however, leads to an increase in the dimensions and metal consumption of the adsorber. Overspending of active alumina located in the peripheral regions of the layer is due to the need to organize an adsorbent layer of a given thickness in the direction of gas movement. The latter, in combination with an increased cross-sectional area for the gas flow in the peripheral part of the annular layer, leads to an increase in the working volume occupied by active aluminum oxide and to an increase in the mass of the adsorbent.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является адсорбер, включающий корпус с патрубками ввода и вывода потоков, размещенные в корпусе плоские жалюзийные перегородки, разделяющие и ограничивающие слой адсорбента [2]
Недостатком этого адсорбера является малая степень использования рабочего объема адсорбента и адсорбера.Closest to the invention in technical essence is an adsorber comprising a housing with inlet and outlet pipes, flat louvered partitions placed in the housing, dividing and limiting the adsorbent layer [2]
The disadvantage of this adsorber is the low degree of use of the working volume of the adsorbent and adsorber.

Малая степень использования рабочего объема адсорбера обусловлена тем, что при размещении одного плоского слоя в цилиндрическом аппарате большого диаметра остаются большие пустотные пространства, не занятые адсорбентом, а малая степень использования адсорбента обусловлена проскоком примесей в пристеночной зоне слоя адсорбента. The small degree of use of the working volume of the adsorber is due to the fact that when placing one flat layer in a cylindrical apparatus of large diameter, large void spaces remain that are not occupied by the adsorbent, and the small degree of use of the adsorbent is due to the leakage of impurities in the wall zone of the adsorbent layer.

Предложенный адсорбер позволяет повысить эффективность процесса адсорбции, а также снизить энергозатраты и материалоемкость. The proposed adsorber can improve the efficiency of the adsorption process, as well as reduce energy consumption and material consumption.

Для этого в адсорбере, включающем корпус с верхним и нижним днищами, патрубки ввода и вывода потоков и плоские жалюзийные перегородки с размещенными между ними слоями адсорбента, соосно корпусу установлен перфорированный короб, соединенный с патрубком вывода потока посредством перфорированного переходника, при этом в корпусе с зазором по отношению к коробу установлен непроницаемый экран, выполненный, например, в виде сферического днища со срезанными сегментами и соединенный с жалюзийными перегородками. Жалюзийные перегородки установлены параллельно большим боковым граням короба. Непроницаемый экран обращен выпуклой стороной вверх и соединен по линиям среза сегментов с жалюзийными перегородками, ограничивающими слои адсорбента, а по линии окружности с внутренней боковой поверхностью корпуса. To do this, in the adsorber, which includes a housing with upper and lower bottoms, flow inlet and outlet pipes and flat louvered partitions with adsorbent layers placed between them, a perforated box is installed coaxially to the body, connected to the flow outlet pipe by a perforated adapter, while in the case with a gap in relation to the box, an impenetrable screen is installed, made, for example, in the form of a spherical bottom with cut segments and connected to the louvered partitions. The louvered partitions are installed parallel to the large side faces of the box. The impermeable screen faces convex side up and is connected along the cut lines of the segments to the louvered partitions bounding the adsorbent layers, and along the circle line to the inner side surface of the housing.

В предлагаемом адсорбере перфорированный короб может быть выполнен сужающимся книзу и иметь прямоугольное поперечное сечение с отношением большей стороны к диаметру корпуса 0,98±0,6. In the proposed adsorber, the perforated box can be made tapering down and have a rectangular cross section with a ratio of the greater side to the diameter of the body of 0.98 ± 0.6.

Форма днища перфорированного короба конгруэнтна форме непроницаемого экрана. The shape of the bottom of the perforated box is congruent with the shape of the impermeable screen.

Перфорированный короб может быть снабжен конструктивными элементами, выполненными, например, в виде стержней, размещенными внутри короба и соединенными с его большими боковыми гранями. The perforated box can be equipped with structural elements made, for example, in the form of rods placed inside the box and connected to its large side faces.

В предлагаемом адсорбере перегородки, ограничивающие адсорбент, могут быть выполнены из Л-образных жалюзийных элементов. In the proposed adsorber, the partitions restricting the adsorbent can be made of L-shaped louvre elements.

На перегородках, разделяющих слои адсорбента, могут быть выполнены отверстия по линии сгиба Л-образных жалюзийных элементов. On the partitions separating the adsorbent layers, holes can be made along the fold line of the L-shaped louvre elements.

Наличие в адсорбере перфорированного короба, не соприкасающегося с корпусом, позволяет избежать соединения грязного и чистого концов адсорбера стенкой корпуса и, следовательно, избежать пристеночного проскока. Кроме того, данное решение позволяет повысить степень использования рабочего объема адсорбера до 0,8-0,85, что примерно на 40% больше, чем в прототипе. The presence of a perforated duct in the adsorber that is not in contact with the casing allows avoiding the connection of the dirty and clean ends of the adsorber with the casing wall and, therefore, avoiding wall penetration. In addition, this solution allows to increase the degree of use of the working volume of the adsorber to 0.8-0.85, which is approximately 40% more than in the prototype.

Выполнение перфорированного короба с прямоугольным поперечным сечением и с определенным отношением между его большей стороной и диаметром корпуса (0,98-0,6) обеспечивает более полное использование адсорбента и способствует снижению материалоемкости. The implementation of the perforated box with a rectangular cross-section and with a certain ratio between its larger side and the diameter of the housing (0.98-0.6) provides a more complete use of the adsorbent and helps to reduce material consumption.

Более полному использованию адсорбента способствуют такие конструктивные признаки, как выполнение перфорированного короба сужающимся книзу, наличие перфорации на переходнике, соединяющем короб с патрубком вывода потока, и выполнение перегородок, ограничивающих слои адсорбента, так же как и разделяющих, в виде Л-образных жалюзийных элементов, причем в перегородках, разделяющих слои адсорбента, на линии сгиба Л-образных жалюзийных элементов имеются отверстия. A more complete use of the adsorbent is facilitated by such design features as the performance of a perforated duct tapering downward, the presence of perforation on the adapter connecting the duct to the flow outlet pipe, and the implementation of partitions restricting the adsorbent layers, as well as dividing them, in the form of L-shaped louvres, moreover, in the partitions separating the adsorbent layers, there are holes on the fold line of the L-shaped louvre elements.

Перечисленные выше признаки обеспечивают равномерное газораспределение. Так, например Л-образный профиль жалюзийных элементов разделительных перегородок обеспечивает проницаемость перегородки в горизонтальном направлении, так как под каждой перегородкой образуется полость, свободная от зернистого слоя, а отверстия в Л-образных перегородках соединяют полости под смежными перегородками, обеспечивая проницаемость перегородки в вертикальном направлении. Проницаемость перегородки в горизонтальном и вертикальном направлениях помимо улучшения равномерности газораспределения обеспечивает поперечное перемешивание газового потока между слоями, что способствует исключению локального проскока примеси с одного слоя на другой. Выполнение перфорированного короба сужающимся книзу приводит к образованию каналов постоянной скорости как внутри короба, так и в пространствах между корпусом адсорбера и ограничительными перегородками. Это способствует более равномерному газораспределению. Этой же цели способствуют Л-образные жалюзийные перегородки, ограничивающие слои адсорбента. Такая форма ограничивающих перегородок увеличивает их прочность и обеспечивает ориентацию потока внутри перегородки так, что направление газового потока, входящего или выходящего из слоя, совпадает с направлением газового потока в канале между ограничивающими перегородками и корпусом адсорбера. Вследствие этого давление газа в этих каналах становится незавихренным и повышается равномерность газораспределения, что способствует более полному использованию адсорбента или, иными словами, снижению материалоемкости адсорбента. Этому же способствует выполнение перфорации на переходнике между коробом и патрубком вывода потока. Это способствует вовлечению в массообмен адсорбента, находящегося над перфорированным коробом или, иными словами, сокращению количества адсорбента в нерабочей зоне и снижению материалоемкости адсорбера. The signs listed above provide uniform gas distribution. So, for example, the L-shaped profile of the louvre elements of the dividing partitions provides the permeability of the partition in the horizontal direction, since a cavity free from the granular layer is formed under each partition, and the holes in the L-shaped partitions connect the cavities under the adjacent partitions, ensuring the permeability of the partition in the vertical direction . The permeability of the partition in the horizontal and vertical directions, in addition to improving the uniformity of gas distribution, provides transverse mixing of the gas flow between the layers, which helps to eliminate local leakage of impurities from one layer to another. The implementation of the perforated duct tapering downwards leads to the formation of channels of constant speed both inside the duct and in the spaces between the adsorber casing and restrictive partitions. This contributes to a more even gas distribution. The L-shaped louvered partitions bounding the adsorbent layers contribute to the same purpose. This shape of the restriction partitions increases their strength and ensures the orientation of the flow inside the partition so that the direction of the gas stream entering or leaving the layer coincides with the direction of the gas flow in the channel between the bounding partitions and the adsorber body. As a result, the gas pressure in these channels becomes vortex and the uniformity of gas distribution increases, which contributes to a more complete use of the adsorbent or, in other words, to reduce the material consumption of the adsorbent. The perforation on the adapter between the box and the outlet pipe is also contributing to this. This contributes to the involvement in the mass transfer of the adsorbent located above the perforated box or, in other words, to reduce the amount of adsorbent in the inactive zone and to reduce the material consumption of the adsorber.

Сократить количество адсорбента в нерабочих зонах адсорбера позволит также выполнение равномерного зазора между дном перфорированного короба и непроницаемым экраном, так как только в этом случае в массообмен будет вовлечен весь адсорбент, находящийся в непосредственной близости от непроницаемого экрана. Reducing the amount of adsorbent in the non-working zones of the adsorber will also allow the uniform clearance between the bottom of the perforated box and the impermeable screen, since only in this case the entire adsorbent in the immediate vicinity of the impermeable screen will be involved in mass transfer.

Выполнение непроницаемого экрана в виде сферического днища, обращенного выпуклой стороной вверх, позволяет избежать накопления в нижних слоях адсорбента капельной влаги, что также приводит к более полному использованию адсорбента и снижению материалоемкости аппарата. The implementation of the impermeable screen in the form of a spherical bottom, convex side up, avoids the accumulation of drip moisture in the lower layers of the adsorbent, which also leads to a more complete use of the adsorbent and reduce the material consumption of the apparatus.

Большие грани перфорированного короба соединены между собой конструктивными элементами, выполненными, например, в виде стержней. Это снизит нагрузки на больших гранях короба, обусловленные силовым давлением слоя зернистого материала, а значит, позволит уменьшить толщину и металлоемкость конструктивных элементов короба. Large faces of the perforated box are interconnected by structural elements, made, for example, in the form of rods. This will reduce the load on the large faces of the box, due to the force pressure of the layer of granular material, and therefore, will reduce the thickness and metal consumption of the structural elements of the box.

На фиг.1 изображен адсорбер; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1. Figure 1 shows the adsorber; figure 2 is the same side view; figure 3 section aa in figure 1.

Адсорбер включает корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 днищами, патрубками вывода 4 и вывода 5 потоков, плоские жалюзийные перегородки 6 и 7 соответственно разделяющие и ограничивающие слои 8 и 9 адсорбента. В адсорбенте соосно корпусу 1 установлен перфорированный короб 10, соединенный с патрубком 4 ввода потока переходником 11. В коробе 10 размещены конструктивные элементы 1, соединенные с его большими боковыми гранями. В корпусе 1 с зазором по отношению к коробу 10 размещен непроницаемый экран 13, соединенный с жалюзийными перегородками 6 и 7 и боковой поверхностью корпуса 1. The adsorber includes a housing 1 with upper 2 and lower 3 bottoms, nozzles of the output 4 and output 5 flows, flat louvered partitions 6 and 7, respectively, separating and restricting the layers 8 and 9 of the adsorbent. In the adsorbent coaxially to the casing 1, a perforated duct 10 is mounted, connected to the pipe 4 of the flow inlet by the adapter 11. In the duct 10 there are structural elements 1 connected to its large side faces. In the housing 1 with a gap in relation to the box 10 is placed an impermeable screen 13 connected to the louvered partitions 6 and 7 and the side surface of the housing 1.

Перегородки 6 и 7 выполнены из жалюзийных элементов 14, причем на сгибе жалюзийных элементов 14 у перегородок 6, разделяющих слои 8 и 9 адсорбента, выполнены отверстия 15. Partitions 6 and 7 are made of louvre elements 14, and holes 15 are made at the bend of the louvre elements 14 at the partitions 6 separating the adsorbent layers 8 and 9.

Адсорбер работает следующим образом. The adsorber works as follows.

Очищаемый газ подают в корпус 1 через патрубок 4. Попадая под непроницаемый экран 13, газ распределяется в сегментные каналы, образованные перегородками 7, ограничивающими слои 8 адсорбента, и боковой поверхностью корпуса 1. Затем он проходит через слои 8 и 9 адсорбента, очищается от примесей СО₂ и влаги и попадает в короб 10, после чего через переходник 11 и патрубок 5 выводится из аппарата.The gas to be cleaned is supplied to the housing 1 through the nozzle 4. Once inside the impermeable screen 13, the gas is distributed into the segmental channels formed by the partitions 7 defining the adsorbent layers 8 and the side surface of the housing 1. Then it passes through the adsorbent layers 8 and 9 and is cleaned of impurities CO ₂ and moisture and gets into the box 10, after which through the adapter 11 and the pipe 5 is removed from the apparatus.

Десорбция адсорбента проводится регенерирующим потоком, проходящим через аппарат, в обратном направлении. Выбор оптимального отношения между большей стороной поперечного сечения короба 10 и диаметра корпуса 1 обусловлен тем, что при превышении отношения большей стороны поперечного сечения короба к диаметру корпуса адсорбера более 0,98 расстояние между коробом и стенкой корпуса становится недостаточным для того, чтобы полностью устранить пристеночный проскок примесей, который приводит к снижению динамической емкости адсорбента и повышению его расхода. При уменьшении указанного выше отношения менее 0,6 будет резко возрастать гидравлическое сопротивление слоя около перфорированного короба, а также резко увеличится количество адсорбента, не участвующее в массообмене. Desorption of the adsorbent is carried out by a regenerating stream passing through the apparatus in the opposite direction. The choice of the optimal ratio between the larger side of the cross section of the duct 10 and the diameter of the housing 1 is due to the fact that when the ratio of the larger side of the cross section of the duct to the diameter of the adsorber housing exceeds 0.98, the distance between the duct and the wall of the housing becomes insufficient to completely eliminate the wall breakthrough impurities, which leads to a decrease in the dynamic capacity of the adsorbent and an increase in its consumption. With a decrease in the above ratio of less than 0.6, the hydraulic resistance of the layer near the perforated duct will increase sharply, and the amount of adsorbent that does not participate in mass transfer will increase sharply.

Claims

1. ADSORBER, including a housing with upper and lower bottoms, nozzles for input and output flows, flat louvered partitions with adsorbent layers placed between them, characterized in that a perforated box is connected coaxially with the housing and connected to the outlet port through an adapter, with in this case, an impenetrable screen is installed in the housing with a gap with respect to the box, made, for example, in the form of a spherical bottom with two symmetrically cut segments and connected to the louvered partitions, in parallel nymi large lateral faces of the box, wherein the impervious screen on the cutoff line segments coupled to louvered baffles limiting adsorbent beds, and by okruzhnosti- line with the inner side surface of the housing.

2. The adsorber according to claim 1, characterized in that the perforated box has a rectangular cross-section with a ratio of the greater side to the diameter of the housing of 0.98 0.7.

3. The adsorber according to claims 1 and 2, characterized in that the perforated box is made tapering downward.

4. The adsorber according to claim 1, characterized in that the impermeable screen faces convex side up.

5. The adsorber according to claim 1, characterized in that the shape of the bottom of the perforated duct is congruent with the shape of the impermeable screen.

6. The adsorber according to claims 1 to 3, characterized in that the perforated box is provided with structural elements made, for example, in the form of rods placed inside the box and connected to its large side faces.

7. The adsorber according to claim 1, characterized in that the adapter is perforated.

8. The adsorber according to claim 1, characterized in that the partitions bounding the adsorbent layer are made of Λ-shaped louvre elements.

9. The adsorber according to claim 1, characterized in that on the partitions separating the adsorbent layers, openings are made along the fold line of the L-shaped louvre elements.