RU2089266C1

RU2089266C1 - Apparatus for carrying out cyclic adsorption-desorption process

Info

Publication number: RU2089266C1
Application number: RU94024624A
Authority: RU
Inventors: Э.С. Кузнецов; М.Э. Кузнецов; С.Д. Колосенцев
Original assignee: Кузнецов Эдуард Сергеевич; Кузнецов Максим Эдуардович; Колосенцев Сергей Дмитриевич; Воропай Сергей Александрович
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: gas mixture separation apparatus contains adsorbers, receiver, collection receiver, compressor, and evacuation means. Adsorbers are constructed in the form of set of, combined by common inlet chamber, individual cells radially arranged relative to common longitudinal axis of apparatus. Valves of apparatus are controlled by common controlling shaft through spring-loaded rods. EFFECT: improved design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для разделения газовых смесей методом короткоцикловой безнагревной адсорбции на синтетических цеолитах и может быть использовано в системах для получения кислородо- или азотообогащенного газов, для очистки газов. The invention relates to means for separating gas mixtures by the method of short-cycle adsorption on synthetic zeolites and can be used in systems for the production of oxygen- or nitrogen-enriched gases, for gas purification.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осуществления циклического адсорбционного процесса, содержащее последовательно соединенные продувочный и продуцирующий адсорберы, компрессор, вакуум-насос, управляемые и обратные клапана, а также блок управления клапанами. Closest to the proposed is a device for implementing a cyclic adsorption process, comprising sequentially connected purge and producing adsorbers, a compressor, a vacuum pump, controlled and non-return valves, as well as a valve control unit.

Недостатками прототипа являются низкая эффективность процесса, обусловленная низкой эффективностью использования адсорбента, т.к. в существующих конструкциях адсорберов со значительным объемом поток среды распределяется по его объему неравномерно, при обратном движении среды не удается достичь полной их десорбции, требуются большие затраты времени на проведение всех последовательных стадий процесса. The disadvantages of the prototype are the low efficiency of the process, due to the low efficiency of use of the adsorbent, because in existing designs of adsorbers with a significant volume, the medium flow is distributed unevenly over its volume; when the medium moves backwards, it is not possible to achieve complete desorption, and it takes a lot of time to carry out all subsequent stages of the process.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности устройства. The objective of the invention is to simplify the design and increase the efficiency of the device.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая последовательность перемещения объемов газовых смесей по элементам устройства; на фиг. 2 блок-схема модуля устройства; на фиг. 3 схематично условное изображение продольного разреза устройства; на фиг. 4 разрез по А-А на фиг. 3, на фиг. 5 разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 разрез по В-В на фиг. 3. In FIG. 1 is a diagram explaining the sequence of movement of volumes of gas mixtures along the elements of the device; in FIG. 2 is a block diagram of a device module; in FIG. 3 is a schematic representation of a longitudinal section of a device; in FIG. 4 is a section along AA in FIG. 3, in FIG. 5 a section along BB in FIG. 3; in FIG. 6 is a section along BB in FIG. 3.

Каждый модуль устройства содержит первый адсорбер 1, второй адсорбер 2, ресивер 3, сборный ресивер 4, трубопровод 5 компрессора (не показан), трубопровод 6 средства для создания вакуума (не показано), обратный клапан 7 между адсорбером 1 и ресивером 3, а также обратный клапан 8 между вторым адсорбером 2 и сборным ресивером 4. На входе адсорбера 1 имеется переключатель режимов 9, обеспечивающий попеременное подключение адсорбера 1 к трубопроводу 6 или к трубопроводу 5, реализованный с помощью управляемых клапанов соответственно 10 и 11. Each device module contains a first adsorber 1, a second adsorber 2, a receiver 3, a collection receiver 4, a compressor pipe 5 (not shown), a vacuum means 6 (not shown), a check valve 7 between the adsorber 1 and receiver 3, and a check valve 8 between the second adsorber 2 and the collection receiver 4. At the input of the adsorber 1 there is a mode switch 9, which provides alternate connection of the adsorber 1 to the pipeline 6 or to the pipeline 5, implemented using controlled valves 10 and 11, respectively.

На входе адсорбера 2 имеется переключатель режимов 12, обеспечивающий попеременное подключение адсорбера 2 к трубопроводу 6 или к соединительному трубопроводу 13 с выхода ресивера 3, реализованный с помощью управляемых клапанов 14 и 15. At the input of the adsorber 2 there is a mode switch 12, which provides alternate connection of the adsorber 2 to the pipe 6 or to the connecting pipe 13 from the output of the receiver 3, implemented using controlled valves 14 and 15.

На выходе адсорбера 2 установлен переключатель режимов 16, обеспечивающий периодическое подключение выхода адсорбера 2 ко входу сборного ресивера 4, реализованный с помощью управляемого клапана 17. Адсорбер 1 состоит из ячеек 18, которые расположены радиально и центрально-симметрично друг другу и имеют общую входную камеру 19, которая имеет с трубопроводом 5 общую стенку 20, в которой выполнено отверстие, в котором размещена клапанная насадка управляемого клапана 11. Свободный конец штока клапана 11 взаимодействует с кулачком 21 общего управляющего вала (вал показан условно). Ячейки 18 адсорбера 1 имеют также общую вакуумную полость 22, имеющую с трубопроводом 6 общую стенку 23, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 10. Свободный конец штока клапана 10 взаимодействует с кулачком 24 управляющего вала. At the output of the adsorber 2, a mode switch 16 is installed, which provides a periodic connection of the output of the adsorber 2 to the input of the collecting receiver 4, implemented using a controlled valve 17. The adsorber 1 consists of cells 18 that are radially and centrally symmetrical to each other and have a common input chamber 19 , which has a common wall 20 with the pipeline 5, in which a hole is made in which the valve nozzle of the controlled valve 11 is placed. The free end of the valve stem 11 interacts with the cam 21 of the common control th shaft (shaft shown conventionally). The cells 18 of the adsorber 1 also have a common vacuum cavity 22 having a common wall 23 with the pipe 6, in the through hole of which the valve nozzle of the controlled valve 10 is located. The free end of the valve stem 10 interacts with the cam 24 of the control shaft.

Адсорбер 2 состоит из ячеек 25, которые размещены аналогичным образом, имеют общую камеру 26, которая с соединительным трубопроводом 13 от ресивера 3 имеет общую стенку 27, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 15. Свободный конец штока клапана 15 взаимодействует с кулачком 28 управляющего вала. Ячейки 25 адсорбера 2 имеют также общую вакуумную полость 29, которая с трубопроводом 6 имеет общую стенку 30, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 14. Свободный конец штока клапана 14 взаимодействует с кулачком 31 управляющего вала. The adsorber 2 consists of cells 25, which are similarly placed, have a common chamber 26, which with a connecting pipe 13 from the receiver 3 has a common wall 27, in the through hole of which the valve nozzle of the controlled valve 15 is placed. The free end of the valve stem 15 interacts with the cam 28 control shaft. The cells 25 of the adsorber 2 also have a common vacuum cavity 29, which has a common wall 30 with the pipe 6, in the through hole of which the valve nozzle of the controlled valve 14 is placed. The free end of the valve stem 14 interacts with the cam 31 of the control shaft.

Ячейки 25 адсорбера 2 на выходе снабжены общей камерой 32, имеющей общую стенку 33 с трубопроводом, соединенным со входом сборного ресивера 4 через обратный клапан 8, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 17. The cells 25 of the adsorber 2 at the outlet are equipped with a common chamber 32 having a common wall 33 with a pipe connected to the input of the collecting receiver 4 through a check valve 8, in the through hole of which the valve nozzle of the controlled valve 17 is placed.

Свободный конец штока клапана 17 взаимодействует с кулачком 34 управляющего вала. The free end of the valve stem 17 interacts with the cam 34 of the control shaft.

Выходы сборного ресивера 4 всех модулей устройства, которые размещаются соосно вдоль оси управляющего вала, являющегося продольной осью устройства, соединены с общим сборным ресивером 35 через обратный клапан 36. The outputs of the prefabricated receiver 4 of all modules of the device, which are placed coaxially along the axis of the control shaft, which is the longitudinal axis of the device, are connected to a common prefabricated receiver 35 through a check valve 36.

Устройство работает следующим образом (на примере разделения сжатого воздуха с целью получения кислородсодержащего компонента). В исходном положении адсорберы 1 и 2 не заполнены, а ресивер 3 заполнен порцией A обогащенной газовой смеси. Подача порции сжатого воздуха осуществляется так: кулачок 21 управляющего вала воздействует на шток клапана 11 и порция сжатого воздуха B от компрессора поступает в общую входную камеру 19 и одновременно во все ячейки 18 адсорбера 1 и через них и клапан 7 в ресивер 3, вытесняя из него порцию A в адсорбер 2. В это время выход адсорбера 2 закрыт. Далее осуществляется стадия выдержки, на которой управляемые ко=лапана 10, 11, 14, 15 и 17 закрывают входы и выходы адсорберов 1 и 2 на некоторое время, определяемое из условия обеспечения наибольшей эффективности процесса поглощения азота. При этом ячейки адсорберов 1 и 2 выполнены с относительно небольшими объемами, обеспечивающими полное и равномерное их насыщение и регенерацию. The device operates as follows (for example, the separation of compressed air in order to obtain an oxygen-containing component). In the initial position, the adsorbers 1 and 2 are not filled, and the receiver 3 is filled with a portion A of the enriched gas mixture. A portion of compressed air is supplied as follows: a cam 21 of the control shaft acts on the valve stem 11 and a portion of compressed air B from the compressor enters the common inlet chamber 19 and simultaneously into all cells 18 of the adsorber 1 and through them and valve 7 into the receiver 3, forcing them out portion A to adsorber 2. At this time, the output of adsorber 2 is closed. Next, a holding stage is carried out, at which controlled valves = 10, 11, 14, 15 and 17 close the inputs and outputs of the adsorbers 1 and 2 for a while, determined from the condition of ensuring the greatest efficiency of the nitrogen absorption process. Moreover, the cells of the adsorbers 1 and 2 are made with relatively small volumes, providing complete and uniform saturation and regeneration.

На следующей стадии стадии выдачи продуктового газа в адсорбер 1 аналогичным образом подается новая порция сжатого воздуха C, которая вытесняет порцию B в ресивер 3 и в адсорбер 2. При этом порция A, прошедшая выдержку в адсорбере 2 и представляющая собой продуктовый газ, передается в сборный ресивер 4. Далее осуществляется стадия десорбции, т.е. из адсорберов 1 и 2 путем подключения их вакуумных полостей 22 и 29 с помощью управляемых клапанов 10 и 14 к трубопроводу 6 и вакуумированию с использованием вакуум-насоса или эжектора удаляются содержащиеся в них порции газовой смеси, обогащенной азотом. At the next stage of the product gas delivery stage, a new portion of compressed air C is fed to adsorber 1 in a similar way, which displaces portion B to receiver 3 and to adsorber 2. In this case, portion A, which has been held in adsorber 2 and is a product gas, is transferred to the collection receiver 4. Next, the desorption stage, i.e. from adsorbers 1 and 2 by connecting their vacuum cavities 22 and 29 with the help of controlled valves 10 and 14 to the pipeline 6 and evacuating using a vacuum pump or ejector, the portions of the nitrogen mixture enriched in them are removed.

Эта стадия осуществляется наиболее эффективным методом противотока и в результате приводит адсорберы 1 и 2 в исходное состояние готовности принять очередные порции газовой смеси. Таким образом единичный цикл работы устройства заканчивается. This stage is carried out by the most effective counterflow method and as a result brings the adsorbers 1 and 2 to the initial state of readiness to accept the next portions of the gas mixture. Thus, the unit cycle of the device ends.

Заявленные конструкции адсорберов и ресиверов позволяют реализовать всю программу работы устройства в целом с помощью одного управляющего вала. Конструкция позволяет агрегатировать однотипные модули вдоль управляющего вала, что обеспечивает повышение производительности установки до требуемой. Качественные показатели продуктового газа определяются адсорбционной способностью одного модуля. The claimed designs of adsorbers and receivers allow you to implement the entire program of the device as a whole with a single control shaft. The design allows you to aggregate the same type of modules along the control shaft, which provides increased installation performance to the desired. Qualitative indicators of product gas are determined by the adsorption capacity of one module.

Распределение в каждом модуле процесса адсорбции на несколько микрообъемов ячеек, которые работают параллельно, позволяет уменьшить общее время цикла, обеспечить наиболее эффективную работу сорбента и в конечном счете увеличить производительность установки. Таким образом использование заявленного решения по сравнению с известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
повышение эффективности и производительности,
повышение качества продуктового газа,
упрощение конструкции,
простота наладки и управления.Distribution in each module of the adsorption process into several microvolumes of cells that work in parallel allows to reduce the total cycle time, ensure the most efficient operation of the sorbent and ultimately increase the productivity of the installation. Thus, the use of the claimed solution in comparison with the known means of a similar purpose provides the following advantages:
increased efficiency and productivity,
improving the quality of grocery gas,
design simplification
ease of setup and management.

Claims

1. A device for implementing a cyclic adsorption-desorption process, comprising adsorbers, a compressor, a means for creating a vacuum, connecting their pipelines and controlled valves, characterized in that it contains at least one module made in the form of a first adsorber, the output of which is through the return the valve is connected to the inlet of the receiver, the second adsorber, the group of controlled valves and the collection receiver, while the input of the first adsorber through the controlled valves is alternately connected to the pipeline from the outlet of the compressor and the pipeline for creating a vacuum, the input of the second adsorber through controlled valves is alternately connected to the connecting pipe from the outlet of the receiver and the pipeline of the means for creating vacuum, and the output of the second adsorber through a check valve is connected to the input of the collecting receiver, and the adsorbers of each module are made in the form of a set of individual cells that are placed radially and centrally symmetrically one another relative to the common longitudinal axis, while all cells are combined a common inlet chamber and a common vacuum cavity, and the connecting piping, as well as the compressor piping and means for creating a vacuum at the points of connection to the adsorbers, have common walls with these chambers and cavities in which through holes are made, while all controlled valves are spring-loaded rod, one end of which is placed in the through hole of the corresponding common wall and is equipped with a valve nozzle, and the free end of the rod is installed with the possibility of interaction with the corresponding to a common control shaft Lachko.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a set of modules and is equipped with a common prefabricated receiver, to which prefabricated receivers of all modules are connected.