SU1163893A1

SU1163893A1 - Adsorber

Info

Publication number: SU1163893A1
Application number: SU833655570A
Authority: SU
Inventors: Владимир Наумович Бобер; Сергей Викторович Сипаров
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1985-06-30

Abstract

АДСОРБЕР, включающий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю перфорированные решетки , между которыми размещена перфорированна центральна труба дл ввода газа с поршнем, установленным с возможностью вертикального перемещени , отличающийс тем, что, с целью интенсификации процесса десорбции паров воды из адсорбента за счет перераспределени ротока газа-теплоносител по длине сло , адсорбер снабжен термопарами, расположенньми в слое адсорбента параллельно.перфорированной центральной трубе, и соединенным с поршнем устройством дл отсчета перемещени поршн , при этом верхн перфорированна решетка выг олнёна с уменьшающимс от центра к периферии размером перфорации, а центральна труба с увеличивающимс размером пер (Л форации сверху вниз.ADSORBER, including a vertical cylindrical body, upper and lower perforated lattices, between which is placed a perforated central tube for gas inlet with a piston installed with vertical movement, characterized in that, in order to intensify the process of desorption of water vapor from the adsorbent due to redistribution of the gas duct - heat carrier along the layer length, the adsorber is equipped with thermocouples located in the adsorbent layer parallel to the perforated central tube and connected to the piston This is a device for counting the piston displacement, with the upper perforated grate of the graft with the size of perforation decreasing from the center to the periphery, and the central pipe with the increasing size of the perforation (L from the top down.

Description

СП)SP)

оэoh

00 CD О9 ИзобЕ)етение относитс к конструкции адсорбционных аппаратов и может быть использовано в различных отрасл х промышленности. Известен адсорбер, включающий корпус, внутри которого на опорной решетке размещен слой адсорбента, центральную трубу дл ввода газа, нижний торец которой расположен нижй решетки 1 }. Недостатком известного устройства вл етс то, что нет контрол температуры сло по его высоте в процесс регенерации. Известен также адсорбер, включающий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю перфорированные решетки, между которыми разм щена перфорированна центральна труба дл ввода газа с поршнем, ycTa позленным с возможностью вертикального перемещени u2j. Недостаток известного адсорбера в том, что процесс десорбции протек ет; медленно из-за неравномерного прогрева всего.сло адсорбента и от сутстви контрол температуры сло по его высоте в процессе регенерации Цель изобретени - интенсификаци процесса десорбции паров воды из адсорбента за счет перераспределени потока газа-теплоносител по длине сло адсорбента. Поставленна цель достигаетс тем, что адсорбер, включающий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю перфорированные решетки между которыми размещена перфорированна центральна труба дл ввода газа с поршнем, установленным с возможностью вертикального перемещени , адсорбер снабжен термопарами расположенными в слое адсорбента параллельно перфорированной централь ной трубе, и соединенным с поршнем устройством дл отсчета перемещени поршн , при этом верхн перфорированна решетка выполнена с уменьшаю щимс от центра к периферии размером перфорации, а центральна труба с увеличивающимсй размером перфорации сверху вниз. На чертеже схематически изображе адсорбер, продольньй разрез. Адсорбер В1слючает вертикальньй цилиндрический корпус 1, на опорной перфорированной решетке 2 которого размещен слой адсорбента (цеолита) 1 3 ентральна труба 4 опираетс на ешетку 2J высота трубы равна высоте ло . В корпусе 1 над слоем установена перфорированна решетка 5. В сеедине кольца сло адсорбента ввеен вертикальный карман 6 дл термопар . В центральной трубе 4 установлен поршень 7, плотно перекрывающий поперечное сечение трубы 4. Поршень 7 может перемещатьс в вертикальном направлении. Центральна труба 4 выполнена перфорированной. В кармане 6 размещены спаи термопар 8-13, зафиксированные относительно верхнего торца сло . Поршень 7 снабжен устройством 14 перемещени поршн и устройством 15 отсчета величины перемещени поршн относительно верхнего торца сло адсорбента, причем рассто ние межд.у отметками 8-9, 9-10,..., 12 -13 на устройстве отсчета раганы рассто нию между спа ми термопар 8-9, 9-10,.,., 12-13 соответственно. Это позвол ет установить верхний торец поршн 7 строго в заданное сечение по длине сло адсорбента. Длина поршн 7 вьшолнена такой, чтобы на стадии адсорбции верхний ;горец поршн упиралс в перфорированIную решетку 5, а нижний находилс ниже .уплотнител 16 поршн 7 в днище корпуса 1 адсорбера. Это обеспечивает равномерное распределение газового потока по сечению сло на стадии адсорбции, подачу газа-теплоносител на верхний торец сло цеолита в начале процесса десорбции и герметич- . ность адсорбера в целом. Патрубок 17 ввода осушаемого газа выполнен в нижней части корпуса 1, а патрубки вывода 18 осушенного газа и ввода 19 газа-теплоносител - в верхней части корпуса. В адсорбера предусмотрен отражатель 20 газа-теп-. лоносител , а в нижней части корпуса 1 - экран 21 , заш 1щающий уплотнитель 16 от теплового воздействи тазового потока на стадии регенерации . Дополнительно уплотнитель 16 ... может охлаждатьс водой. Поршень 7 выполнен из двух одинаковых по длине частей, соединенных между собой штифтами, и третьей нижней части. Верхн часть металлическа , из термостойкой стали (как и центральна труба 4), средн из т.ермостойкой при температуре свьш1е00 CD O9 Photographing refers to the design of adsorption apparatuses and can be used in various industries. A known adsorber includes a housing, inside of which an adsorbent layer is placed on the supporting grid, a central tube for introducing gas, the lower end of which is the lower grid 1}. A disadvantage of the known device is that there is no control over the temperature of the bed along its height in the regeneration process. An adsorber is also known, which includes a vertical cylindrical body, upper and lower perforated lattices, between which a central perforated central pipe for gas inlet with a piston, ycTa posed with the possibility of vertical displacement u2j, is expanded. A disadvantage of the known adsorber is that the desorption process proceeds; slowly due to uneven heating of the entire bed of the adsorbent and the absence of temperature control of the bed along its height during the regeneration process. The purpose of the invention is to intensify the desorption process of water vapor from the adsorbent due to redistribution of the heat carrier gas along the length of the adsorbent bed. The goal is achieved by having an adsorber comprising a vertical cylindrical body, upper and lower perforated grids between which a perforated central tube is placed for introducing gas with a piston mounted for vertical movement, the adsorber is equipped with thermocouples arranged in the adsorbent layer parallel to the perforated central tube, and connected to the piston by a device for counting the movement of the piston, while the upper perforated grating is made with decreasing from the center to the periphery of the size of the perforation, and the central tube with the increasing size of the perforation from top to bottom. In the drawing is a schematic image of the adsorber, the longitudinal section. Adsorber B1 consists of a vertical cylindrical body 1, on the perforated supporting grid 2 of which an adsorbent (zeolite) layer is placed 1 3 the central pipe 4 rests on a grid 2J the height of the pipe is equal to the height lo. A perforated grid 5 is installed in the housing 1 above the layer. In the middle of the ring of the adsorbent layer, a vertical pocket 6 for thermocouples is inserted. A piston 7 is mounted in the central tube 4, which tightly overlaps the cross-section of the tube 4. The piston 7 can move in the vertical direction. The central tube 4 is perforated. In the pocket 6 are placed the junctions of thermocouples 8-13, fixed relative to the upper end of the layer. The piston 7 is provided with a piston displacement device 14 and a piston displacement reading device 15 relative to the upper end of the adsorbent bed, and the distance between the marks 8-9, 9-10, ..., 12-13 on the reference device is assigned to the distance between the spa E thermocouples 8-9, 9-10,.,., 12-13, respectively. This allows the upper end of the piston 7 to be installed strictly in a predetermined section along the length of the adsorbent bed. The length of the piston 7 is made so that at the stage of adsorption the upper one; the mountaineer of the piston abuts against the perforated grid 5, and the lower one is below the compactor 16 of the piston 7 at the bottom of the housing 1 of the adsorber. This ensures a uniform distribution of the gas flow over the cross section of the layer at the stage of adsorption, the supply of heat-transfer gas to the upper end of the zeolite layer at the beginning of the desorption process, and the hermetic one. the adsorber as a whole. The nozzle 17 of the input of the dried gas is made in the lower part of the housing 1, and the nozzles of the output 18 of the dried gas and the input 19 of the heat carrier gas - in the upper part of the housing. A gas-tep reflector 20 is provided in the adsorber. and in the lower part of the housing 1 - the screen 21, protecting the seal 16 from the heat effect of the pelvic flow at the regeneration stage. Additionally, the seal 16 ... can be cooled with water. The piston 7 is made of two parts of equal length, interconnected by pins, and a third lower part. The upper part is metallic, made of heat-resistant steel (as well as the central pipe 4), medium of heat resistant at temperature

200°С пластмассы и нижн часть металлическа , из нержавеющей стали типа ОХ18Н10Т. Из указаннойч марки стали выполнены также все остальные металлические элементы конструкции 5 адсорбера. Вьтолнение средней части поршн 7 из пластмассы, имеющей низкую теплопроводность, предотвращает тепловой поток в нижнюю часть адсорбера и, таким образом, уменьшаетЮ тепловые потери.на стадии регенерации . Верхн металлическа часть поршн при этом вл етс аккумул тором и дополнительным источником тепла в слое адсорбента. Вьтолнение 15 ижней части поршн металлической св зано с пбвьшением ее механической прочности.200 ° C plastic and metal bottom part, stainless steel type OH18N10T. All other metal elements of the adsorber design 5 are also made of this steel grade. The fulfillment of the middle part of the piston 7 made of plastic having a low thermal conductivity prevents the heat flow to the lower part of the adsorber and, thus, reduces the heat loss during the regeneration stage. The upper metal part of the piston is in this case a battery and an additional source of heat in the layer of adsorbent. The fulfillment of 15 of the inner part of the metal piston is associated with the improvement of its mechanical strength.

Из-за значительной длины сло в нем образуетс большой температурный 20 градиент по ходу газа-теплоносител . Насьпценный парами воды газ-теплоно-, ситель охлаждаетс в последующих сло х , часть воды конденсируетс и конденсированна влага тут же адсорбиру-25 етс цеолитом, дополнительно насыща эти слои влагой.Due to the considerable length of the layer, a large temperature gradient of 20 is formed in the course of the heat transfer gas. The heat-transfer gas, which is saturated with water vapor, is cooled in the subsequent layers, some of the water is condensed, and the condensed moisture immediately adsorbs 25 zeolite, additionally saturating these layers with moisture.

Экспериментально установлено, что при расчетной мощности воздухоподогревател (при использовании воздуха 30 в качестве газа-теплоносител ) в таких сло х устанавливаетс стационарное теш1овое поле (квазистационарное состо ние процесса разогрева сло адсорбента),. выражающеес в наличии 35 на кривой разогрева сло пр молинейного горизонтального участка. Это объ сн етс тем, что все тепло, подводимое к слою, расходуетс на . десорбцию влаги из адсорбента. Дл 40 пбвышени температуры сло по известной схеме продувки (в адсорбере-прототипе ) требуетс увеличение мощности воздухоподогревател и изменение режима продувки (увеличение 45 количества подаваемого газа-теплоно сител ), что приводит к неоправданным энергозатратам и не всегда возможно с точки зрени аэродинамики процесса продувки конкретного ад- 50It has been established experimentally that with the design power of the air heater (when air 30 is used as the heat-transfer gas), a stationary test field is established in such layers (quasistationary state of the adsorbent layer heating process). expressed in the presence of 35 on the heating curve of the layer of the straight horizontal section. This is due to the fact that all the heat supplied to the layer is consumed by. desorption of moisture from the adsorbent. For 40 pb higher temperature of the bed according to the well-known purge scheme (in the prototype adsorber), an increase in the power of the air preheater and a change in the purge mode (an increase of 45 the amount of heat-supply gas supplied) is required, which leads to unreasonable energy costs and is not always possible from the point of view of aerodynamics of the specific purge process ad-50

сорбента. При сохранении параметров родувки (расход и температура газаеплоносител ) существенное колиество тепла, особенно в больших адорберах-регенераторах , несмотр .55 а наличие теплоизол ции тер етс окружающую среду на пути между ходом газа-теплоносител в адсорберsorbent. While maintaining the blowout parameters (gas flow rate and gas temperature), a significant amount of heat, especially in large regenerator adorbers, despite .55 and the presence of thermal insulation, the environment is lost between the flow of heat carrier gas and the adsorber

и сечением сло со стационарным тепловым полем, что приводит к значительному времени существовани этого пол и соответственно увеличению продолжительности процесса регенерации и энергозатрат на его проведение.and a section of a layer with a stationary thermal field, which leads to a considerable time for the existence of this field and, accordingly, an increase in the duration of the regeneration process and energy consumption for its implementation.

Предлагаема конструкци адсорбера позвол ет сократить продолжительность существовани стационарных тепловых полей в слое адсорбента на 80-85% за счет перераспределени потока газа-теплоносител по длине сло адсорбента.The proposed design of the adsorber reduces the duration of the existence of stationary thermal fields in the adsorbent layer by 80-85% due to the redistribution of the flow of heat-transfer gas along the length of the adsorbent layer.

Предлагаемый адсорбер работает следующим образом.The proposed adsorber works as follows.

На стадии регенерации цеолита газ-теплоноситель с температурой ;400°С на входе в слой адсорбента 3 и контролируемой термопарой подают в адсорберу через патрубок 19. Пред варительно поршень 7 устанавливают в положение, при котором его верхний торец упираетс в решетку 5. Газтеплоноситель , пройд отражатель 20 и перфорированную решетку 5, равномерно поступает в верхний торец сло цеолита, отдает последнему свое тепло, пронизьгеает слой и покидает адсорбер через патрубок 17. Одновременно контролируют температуру сло термопарами 9-13.At the stage of zeolite regeneration, the heat carrier gas with a temperature of 400 ° C at the entrance to the layer of adsorbent 3 and a controlled thermocouple is fed to the adsorber through pipe 19. In advance, the piston 7 is installed in a position in which its upper end abuts against the grid 5. The gas carrier passes the reflector 20 and the perforated grid 5, evenly enters the upper end of the zeolite layer, gives its heat to the latter, penetrates the layer and leaves the adsorber through the nozzle 17. At the same time, the temperature of the layer is controlled by thermocouples 9-13.

При по влении, например, в точке 9 горизонтального участка на кривой разогрева сло в этой точке (в течение 7-10 мин) опускают поршень 7 вниз, совмеща стрелку -указател устройства отсчета с цифрой 9. При этом верхний торец поршн 7 устанавливаетс по высоте сло на уровне точки 9. За счет существенно большей доли перфорации в центре решетки 5 преобладающее количество газа- . теплоносител идет в трубу 4, а меньша часть газа - на слой цеолита Так как в трубе 4 дол перфорации увеличиваетс сверху вниз, то больша часть газа-теплоносител из трубы 4 в слой цеолита идет в районе верхнего торца поршн 7, т.е. именно на то сечение сло , в котором имеет место квазистационарное состо ние разогрева. За счет резкого увеличени теплопритока процесс десорбции пойдет интенсивнее и темпера-тура сло в этом сечении начинает увеличиватьс Поршень 7 остаетс в неподвижном состо нии до тех пор, пока не по витс горизонтальный участок кривой разогрева в одной из следующей по ходу газа-теплоносител точки сло . Тогда поршень 7 опускают соответстве но до уровн этой точки и указанные операции, св занные с перемещением поршн при по влении горизонтальных участков на температурньк кривых разогрева сло в контролируемых точках повтор ют до окончани процесса десорбции влаг.и из сло цеолита, т.е. до выравнивани температуры сло во всех контролируемых точках. На стадии адсорбции поршень 7 под нимают до упора в верхнюю перфорированную решетку 5 и он полностью перекрывает сечение центральной труб 4 по всей длине сло , исключа проскок газа через центральную трубу 4. Осушаемый газ подают в адсорбер через патрубок 17 ввода газа. 93 Газ проходит через перфорированную решетку 2, слой целита 3 осушаетс в последнем и через решетку 5 и патрубок 18 осушенньй газ покидает адсорбер, поступа к потребителю. Применение предлагаемого адсорбера позвол ет значительно интенсифицировать процесс десорбции влаги из цеолита, уменьшив на 30-35% продолжительность его проведени . Это оказывает существенное вли ние на энерго- и материалозатраты на проведение процесса, особенно в адсорберах большой производительности по перерабатываемому газу. Адсорбер достаточно прост по конструкции, надежен и удобен в эксплуатации .. , Годовой экономический эффект от внедрени предлагаемого адсорбера в сравнении с базовым объектом, составл ет 7,6 тыс.руб.When, for example, at point 9 a horizontal section appears on the layer heating curve, piston 7 is lowered (7–10 min) downward, aligning the pointer — the indicator of the reference device with figure 9. In this case, the upper end of the piston 7 is set in height layer at point 9. Due to the significantly larger proportion of perforation in the center of the lattice 5, the predominant amount of gas is. the heat carrier goes to the pipe 4, and a smaller part of the gas goes to the zeolite layer. Since in the pipe 4 the perforation portion increases from top to bottom, the greater part of the heat carrier gas goes from the pipe 4 to the zeolite layer in the region of the upper end of the piston 7, i.e. This is precisely the section of the layer in which the quasistationary state of heating takes place. Due to the sharp increase in heat influx, the desorption process will become more intense and the layer temperature in this section will increase. The piston 7 remains in a stationary state until a horizontal portion of the heating curve appears in one of the layer next to the heat carrier gas. Then the piston 7 is lowered appropriately to the level of this point and the indicated operations associated with the movement of the piston when horizontal sections appear on the temperature curves of the layer heating at controlled points are repeated until the end of the desorption process of moisture and from the zeolite layer, i.e. until the temperature of the layer equalizes at all controlled points. At the stage of adsorption, the piston 7 lifts up to the stop into the upper perforated grid 5 and it completely covers the cross section of the central pipe 4 along the entire length of the layer, excluding gas leap through the central pipe 4. The dried gas is fed to the adsorber through the gas inlet pipe 17. 93 The gas passes through the perforated grid 2, the layer of celite 3 is dried in the latter and through the grid 5 and the pipe 18, the dried gas leaves the adsorber to the consumer. The use of the proposed adsorber allows to significantly intensify the process of desorption of moisture from the zeolite, reducing its duration by 30-35%. This has a significant impact on the energy and material costs of the process, especially in adsorbers of high productivity for the processed gas. The adsorber is rather simple in design, reliable and convenient in operation. The annual economic effect from the introduction of the proposed adsorber in comparison with the basic object is 7.6 thousand rubles.

Claims

ADSORBER, comprising a vertical cylindrical body, upper and lower perforated grids, between which a perforated central pipe for gas input with a piston mounted with the possibility of vertical movement is located, characterized in that, in order to intensify the process of desorption of water vapor from the adsorbent due to the redistribution of the gas flow -heater along the length. of the layer, the adsorber is equipped with thermocouples located in the adsorbent layer in parallel with the perforated central tube and connected to the piston by a device for counting the movement of the piston, while the upper perforated grate is made with the perforation size decreasing from the center to the periphery, and the central tube with increasing per · Horace from top to bottom.

O & e 00 C ©