SU504545A1 - Установка дл очистки и разделени газов - Google Patents

Description

Сорбционна  установка включает компрессор 1 дл  сжати  поступающей на разделение или очистку газовой смеси, холодильник 2, вакуумный насос 3 дл  откачки десорбента, регенераторы 4, 5, газоанализатор 6, фильтры 7, 8, балластную емкость 9, адсорберы 10, 11, вакуумный насос 12, детандер 13 и автоматически переключающиес  клапаны 14-39 дл  вариантов А и Б и 14-37 дл  варианта В.

В случае, когда сорбционные разделени  или очистка  вл ютс  промежуточной ступенью в многоступенчатом цикле разделени  многокомпонентной газовой смеси и поступающий в сорбционную установку газовый поток находитс  под давлением, компрессор 1 Б сорбционной установке отсутствует.

Регенераторы 4 и 5 предназначены дл  охлаждени  поступающих газов и представл ют собой регенеративные теплообменники, которые заполнены теплоемкой массой, например каменной насадкой, и дл  вариантов А и Б установки имеют встроенные змеевики.

Детандером может быть любой промышленный поршневой или турбинный детандер, подход щий но давлению и но расходу газа, поступающего на расширение.

Адсорбер-регенератор в вариантах А и Б представл ет -собой теплообменный аппарат со встроенным змеевиком, заполненный послойно сорбентом и теплоемкой массой, например каменной насадкой.

Адсорберы-рекуператоры в варианте Б установки представл ют собой рекуперативный теплообменник, внутреннее пространство которого разделено оребренными стенками на каналы и заполнено сорбентом. Причем каналы, заполненные сорбентом и относ щиес  к адсорберу 10, попеременно чередуютс  с каналами , относ щимис  к адсорберу 11. Оребрение стенок создает большую развитую поверхность раздела между греющей и нагреваемой средой. Благодар  этому происходит интенсивный теплообмен при одновременном протекании процесса адсорбции в одном адсорбере и процесса десорбции в другом адсорбере.

Работа установки щиклична. Цикл состоит из двух режимов: адсорбционного и десорбционного . Ниже приводитс  описание работы сорбционной установки дл  двух конкретных примеров разделени  и очистки газов.

Пример 1. Разделение воздуха на кислород и азот с получением технического кислорода (степень чистоты 99,2%) на сорбционной установке варианта А или Б (фиг. 1 и 2). Описание работы установки по варианту Б.

Адсорбционный режим

Воздух, сжатый в компрессоре 1 до давлени  2,8-3,0 атм, подают в холодильник 2, где его охлаждают до температуры 280°К и направл ют в регенератор 4. В регенераторе 4, насадка которого предварнтельно -в десорбционном режиме была охлаждена до 86°К, происходит одновременно охлаждение и осушка поступающего потока воздуха. Влагосодержание воздуха на выходе из регенератора за

счет вымораживани  влаги не превышает 0,005 г/м. Далее охлажденный до 90°К поток воздуха проходит через фильтр 7, например , адсорбционный, который содержит сили5 кагель, охлажденный в десорбционном режиме до , дл  поглощени  углекислоты из воздуха. Затем, мину  клапаны 18 и 22, воздух подают в адсорбер 10, заполненный синтетическим цеолитом NaA, который в начале адсорбционного режима имеет температуру 90°К. При .прохождении сло  цеолита NaA кислород из потока воздуха полностью адсорбируют в микропорах цеолита, а азот адсорбируют только на внещней поверхности

15 гранул и кристаллов цеолита. Из адсорбера вывод т поток неадсорбировавшегос  азота нри температуре 92-102°К и давлении 2- 2,2 атм и направл ют через клапан 28 в детандер 13, в котором его расшир ют до давлени  1,2 атм, при этом температура азота понижаетс  до --81°К, если его температура на входе в детандер была 92°К, и до , если его температура на входе в детандер составл ла 102°К. Одновременно в адсорбере

25 11 производ т десорбцию кислорода. Наличие развитой (800-1200 ) теплопередающей поверхности между адсорберами 10 и 11 обеспечивает обмен между тенлотами адсорбции и десорбции.

0 Из детандера охлажденный поток азота в начале режима направл ют через клапан 25 в регенератор 5, в котором охлаждают и осушают теплоемкую насадку, на поверхности которой 1влага высадилась в виде льда во врем  предыдущего цикла. Азот увлажн ют, нагревают до температуры 290°К и отвод т из установки через клапан 37. В середине адсорбционного режима, после того, как фильтр 8 отрегенерирован, клапан 25 закрывают, а 21,

0 19 и 17 открывают и охлажденный поток азота после детандера направл ют сначала в фильтр 8, а затем - в регенератор 5.

Десорбционный режим

5 Режим начинают со сброса давлени  в адсорбере 11, дл  чего открывают клапан 31 и смесь газов из адсорбера 11 подают в балластную емкость 9. После сброса давлени  клапан 31 закрывают, а клапаны 33, 39 и 35

0 открывают, « вакуумный насос 3 начинает откачивать десорбирующий с цеолита газ и нагнетать его через газоанализатор 6 в емкость 9. В первую очередь десорбируют азот с внещней поверхности кристаллов и гранул цеолита, а затем - кислород из микропор цеолита . Как только концентраци  кислорода в потоке десорбированного газа достигнет заданной величины, кислородный газоанализатор, настроенный на заданную величину концентра0 ции Оз, закроет клапан 35 и откроет 34.

Кислород будет поступать в линию на хранение . Давление, до которого вакуумный насос должен откачать газ из адсорбера 11, не выше 0,2--1 торр. Поток кислорода, выход щий из

адсорбера И, направл ют сначала через змеевик регенератора 5, охлаждают теплоемкую насадку и нагревают до 290-300°К, а затем подают в вакуумный насос 3.

В начале десорбционного режима клапан 27 открывают, сбрасывают давление в фильтре 8 до 1 атм за счет соединени  объема фильтра с объемом змеевика холодильника 2, а затем открывают клапан 40 и вакуумный насос 12 и начинают откачивать воздух с парами углекислоты из фильтра 8. После того, как регенераци  фильтра 8 закончена, клапаны 25, 27 и 40 закрывают, а 21, 19 и 17 открывают и поток азота после детандера направл ют в фильтр дл  его захолаживани .

Работа установки по варианту А аналогична описанному за исключением одного момента . В адсорбционном режиме поток азота после детандера направл ют сначала в змеевик адсорбера 10, где азот несколько нагревают за счет выдел ющейс  при адсорбции кислорода теплоты, затем поток азота направл ют в змеевик адсорбера 11, где азот охлаждают за счет отвода от него тенлоты, поглощаемой при десорбции, а затем уже подают в регенератор 5. Тепловые расчеты дл  варианта А схемы установки показали, что дл  того, чтобы температура сорбента за врем  режима адсорбции (десорбции) измен лась не более, чем на 10°К (В-10°К) на температурном уровне , необходимо использовать следующее условие засынки адсорбера-регенератора: на 1 вес. Ч. цеолита NaA должно приходитьс  3 вес. ч. каменной насадки, что в объемных единицах составл ет - на одну объемную долю цеолита требуетс  1,2 объемные доли насадки.

Пример 2. Очистка неоно-гелиевого концентрата от азота и водорода.

Неоно-гелиевый концентрат, получаемый в промышленных воздухоразделительных установках , содержит 50-60% неона и гели , до 2% водорода и остальное азот.

Описание работы установки по варианту В (фиг. 3).

Этот вариант установки отличаетс  от варианта А тем, что содержит не две, а три параллельно включенные, одинаковые ветви, состо щие из регенератора, фильтра и адсорбера-регенератора . В адсорбционном режиме участвуют две ветви, в одной из которых нроисходит адсорбционное разделение газовой смеси, а друга  ветвь в это врем  захолаживаетс  потоком неадсо-рбировавшихс  газов, поступающим из детандера.

Адсорбционный режим

Газовую смесь сжимают в компрессоре 1 до давлени  5-6 атм, направл ют в холодильник 2, где охлаждают до 270°К и подают в регенератор 4. Поток газов, охлажденных в регенераторе до 90°К, очищают в фильтре 7, где поглощают высококин щие компоненты 5 газовой смеси, н через клапан 23 направл ют в адсорбер-регенератор 10, заполненный послойно теплоемкой насадкой и активированным углем. В адсорбере 10 азот и водород адсорбируют, а неон и гелий, адсорбируемость

10 которых в 10 раз дл  неона и в 1000 раз дл  гели  меньше адсорбируемости азота и водорода на активированном угле, проход т в адсорбер 10 и поступают в детандер 13, где их расшир ют до давлени  ,4 атм, понижа  при этом температуру на 25°К. После детандера неоно-гелиевый концентрат, мину  клапан 37, пропускают через змеевик в адсорбере 41, охлажда  при этом теплоемкую насадку , и через клапаны 31 и 34 направл ют в

0 фильтр 42. Проход  через фильтр 42 и регенератор 43, неоно-гелиевый концентрат охлаждают и через клапан 20 подают на хранение.

Десорбционный режим

5 Режим начинают со сброса давлени  до 1 атм в линии адсорбер II - фильтр 8 - регенератор 5 путем подсоединени  этой линии к балластной емкости 44 через клапан 39. После сброса давлени  открывают кланан 38 и вакуумным насосом 3 начинают откачивать десорбирующие с сорбента азот и водород из адсорбера 11 и высококип щие компоненты из фильтра 8. При этом десорбирующие газы проход т через змеевик холодильника 2, охлажда  газовую смесь после компрессора I. Десорбцию азота и водорода сопровождают поглощением тепла, которое отвод т от теплоемкой насадки, в результате чего к концу десорбционного режима температуру насадки

0 понижают на 8-10°К.

После десорбционного режима эта ветвь установки переключаетс  на охлаждение в адсорбционном режиме.

Claims (1)

1. дФормула изобретени 

   Установка дл  очистки и разделени  газов, содержаща  последовательно установленные по ходу газового потока компрессор, параллельно расположенные и циклично переключаемые регенераторы н адсорберы, агрегат дл  охлаждени  газа и блок вакуулшой откачки , отличающа с  тем, что, с целью повышени  экономичности, между адсорберами и регенераторами установлены параллельно размещенные фильтры и детандер, вход которого подключен к выходным магистрал м адсорберов, а выход соединен через соответствующие фильтры с регенераторами.

   -3R

   15

   Фиг.З