WO2014011081A2 - Устройство для осушки газов и способ осушки газов - Google Patents

Устройство для осушки газов и способ осушки газов Download PDF

Info

Publication number
WO2014011081A2
WO2014011081A2 PCT/RU2013/000556 RU2013000556W WO2014011081A2 WO 2014011081 A2 WO2014011081 A2 WO 2014011081A2 RU 2013000556 W RU2013000556 W RU 2013000556W WO 2014011081 A2 WO2014011081 A2 WO 2014011081A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
adsorbent
dried
regeneration
drained
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000556
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014011081A3 (ru
Inventor
Андрей Владиславович КУРОЧКИН
Original Assignee
Kurochkin Andrei Vladislavovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kurochkin Andrei Vladislavovich filed Critical Kurochkin Andrei Vladislavovich
Publication of WO2014011081A2 publication Critical patent/WO2014011081A2/ru
Publication of WO2014011081A3 publication Critical patent/WO2014011081A3/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40086—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by using a purge gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/41—Further details for adsorption processes and devices using plural beds of the same adsorbent in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for adsorption drying of gases with regeneration of the adsorbent by indirect heating and may find application in the oil and gas, chemical, metallurgical, and other industries for drying process gases and air.
  • the need for dried gases is very wide in various industries.
  • the most common method of gas drying is adsorption gas drying with silica gel or zeolites in adsorbers with axial inlet of the gas to be drained and regeneration of adsorbents by back-flushing with heated, dried gas.
  • the unresolved problems are the large purge gas consumption (up to 15% of the volume of the gas to be drained), the associated high energy consumption for its circulation and heating, the long duration of regeneration and cooling of the adsorbent and, accordingly, the entire adsorption cycle, as well as the large adsorbent load and mass of technological equipment.
  • the known method and device has a number of significant drawbacks: firstly, the method requires large energy consumption for heating the purge gas and adsorbent to a zeolite regeneration temperature of 350-380 ° C; secondly, the duration of the adsorbent regeneration stage, including the time spent on heating the adsorbent to the regeneration temperature and on cooling the adsorbent to operating temperature, necessitates the use of a large amount of adsorbent to align the duration of the adsorption stage and the regeneration and cooling stages; thirdly, an increase in the temperature of the adsorbent due to the heat released during the adsorption of water vapor, leads to a corresponding decrease in the capacity of the adsorbent and, accordingly, to increase its load and increase the metal consumption of the equipment.
  • the drained gas is separated with the release of droplet moisture and mechanical impurities in the drained gas separator, fed to one of two adsorbers with axial gas inlet, where the gas passes through a layer of silica gel, which adsorbs vaporous moisture from it, and discharged into the drained gas line.
  • the hydraulic resistance of the adsorbers is from 0.3 to 1.0 MPa.
  • the second adsorber carry out silica gel regeneration by blowing with heated gas, for which purge gas is taken by the compressor from the dried gas line, fed to a fire heating furnace, where it is heated to 180-200 ° ⁇ , and then fed back to an adsorber in which hot purge gas heats the silica gel and strips it water vapor.
  • the purge gas in a mixture with water vapor (regeneration gas) is cooled to 50 ° C in an air-cooled refrigerator, the condensate released in this case is separated in the regeneration gas separator and fed to the drained gas line in front of the drained gas separator.
  • the cooling of silica gel is carried out with non-dried gas, circulating it for 3-4 hours. At the same time, there is no deterioration in the quality of gas dehydration, because the unheated moist gas during cooling passes through the adsorber a layer of regenerated silica gel and is dried before exiting it before it enters the stream of dried gas.
  • the disadvantages of the known device is the high consumption of materials due to the large number of pieces of equipment, the use of dynamic equipment (compressor, air cooler).
  • adsorbers with axial inlet of drained gas are characterized by high hydraulic resistance.
  • the fire heating furnace as part of the device relates to equipment with a high degree of fire and explosion safety.
  • the known method of drying gas is characterized by increased energy consumption for driving a compressor for purging gas compression (the amount of which is usually from 2 to 15% of the volume of gas to be drained).
  • the method involves the consumption of a significant amount of fuel in a fire heating furnace to heat the purge gas, and the products resulting from the flame combustion of fuel pollute the atmosphere.
  • the long duration of the stage of regeneration and cooling of the adsorbent in time leads to an increase in the loaded adsorbent.
  • the objective of the invention is to simplify the device, reducing its material consumption and fire and explosion safety, as well as reducing the energy intensity of the process and reducing the amount of emissions of harmful substances and greenhouse gases into the atmosphere.
  • the specified technical result is achieved by the fact that in the known device for drying gases, including a gas separator, adsorbers, a heater, a device for circulating purge gas and supplying regeneration gas to the drained gas, pipelines of the drained gas, drained gas, purging gas and regeneration gas, as well as shut-off and control valves, the feature is that the adsorbers are made with a radial inlet of drained gas and heat-exchange elements spiral-radial type, placed in the adsorbent layer, while a catalytic air heater is used as a heater, and a vortex-type ejector is used as a device for circulating purge gas and supplying regeneration gas to the gas to be drained.
  • the peculiarity lies in the fact that the adsorbent is a composite type adsorbent, the adsorption of water vapor is carried out while indirect cooling of the adsorbent with a refrigerant to the adsorption temperature, regeneration is carried out by indirect heating of the adsorbent with a coolant to the regeneration temperature and subsequent blowing of water vapor from the free space of the adsorber with dried gas supplied by direct current in an amount of 5 to 10 volumes of the adsorber, and the regeneration gas is fed into the stream of drained gas carried out using a vortex-type ejector using drained gas as a working fluid; condensate
  • a catalytic air heater as a heater instead of a fire heating furnace allows to reduce the cost of equipment, reduce the fire and explosion safety of gas dehydration devices and increase its reliability, as well as reduce emissions of nitrogen and CO oxides into the atmosphere due to the controlled flameless combustion (oxidation) of gaseous or liquid distillate fuel at a temperature below 900 ° C.
  • a vortex-type ejector effective for a small volume of recirculated regeneration gas, as a device for circulating purge gas and supplying regeneration gas to the drained gas, allows condensation of water vapor from the heated regeneration gas supplied tangentially to the wall region of the ejector mixing chamber in contact with the axial with a stream of cold drained gas and then trap the dropping moisture that has formed in the gas separator. This makes it possible not to use an air cooling apparatus and a regeneration gas separator in the gas drying device and to use the existing gas separator to separate condensate.
  • a composite type adsorbent containing up to 30% by weight of calcium chloride deposited on a porous matrix of aluminum oxide, aluminosilicate, or carbon material provides the necessary degree of drying at an adsorption temperature of up to 50 ° C and at a regeneration temperature not exceeding 80-150 ° C, which reduces the duration of the stages of regeneration and cooling of the adsorbent, reduce the load of the adsorbent and the material consumption of the device.
  • a composite type adsorbent allows, after regeneration, to blow off desorbed water vapor from the free volume adsorber due to the supply of purge gas in an amount of only 5 to 10 internal volumes of the adsorber.
  • Such a low gas flow rate for blowing is possible only when using composite adsorbents, whose drying effect, in contrast to zeolite, silica gel, alumina, etc., is not based on physical adsorption of water vapor on the surface of the porous matrix, but on the formation of crystalline hydrates with metal salts placed in a porous matrix.
  • the formation of crystalline hydrates of salts at the adsorption temperature provides a high degree of gas dehydration, since the vapor pressure of water above the surface of the crystalline hydrate does not depend on its fraction in the composition of the adsorbent, and the regeneration of the composite adsorbent occurs at the temperature of reversible decomposition of the crystalline hydrate to form a dry salt (in this case, calcium chloride) at a temperature of no more than 80-100 ° C.
  • the released water vapor needs only to be displaced from the free space of the adsorber, which does not require a large purge gas flow rate, in contrast to the known method, where large purge gas flow rates are required for the physical desorption of water vapor from the surface of the porous matrix. If it is necessary to increase the drying depth, the regeneration temperature can be increased to 150 ° C, which allows the inclusion of a porous adsorbent matrix in the drying process.
  • Heating of the adsorbent during desorption below 80 ° C does not ensure the decomposition of crystalline hydrates of calcium chloride in the adsorbent, and heating above 150 ° C does not give any technological effect, increasing only the energy consumption for drying the gas.
  • the supply of purge gas in an amount of from 5 to 10 internal volumes of the adsorber makes it possible to effectively displace water vapor from the free space of the adsorber; an increase in the supply of purge gas is impractical because it does not give any technological effect.
  • Adsorption of water vapor while cooling the adsorbent indirectly with a refrigerant to maintain the minimum acceptable the adsorption temperature is higher than the freezing temperature of the water and the formation of gas hydrates, it allows to increase the sorption capacity of the sorbent for water vapor and to reduce the adsorbent load and the metal consumption of the equipment of the device.
  • Regeneration by indirect heating of the adsorbent with a coolant to the regeneration temperature and cooling of the regenerated adsorbent by indirect cooling with a coolant allows you to force control the temperature of the adsorbent, thereby reducing the overall duration of the regeneration stage and the adsorption cycle as a whole, and also reduce the adsorbent loading and metal consumption of the device equipment.
  • the device consists of a gas separator 1, adsorbers 2 and 3 with a radial inlet of the drained gas and internal spiral-radial heat exchange elements located in the adsorbent layer 4, a catalytic air heater 5, a vortex type ejector 6, gas blower 7, drained gas pipelines 8 and 9, dried gas 10 and 11, purge gas 12, regeneration gas 13, coolant supply 14.
  • the method of drying gases using the proposed device is as follows.
  • Drained gas (I) coming through the pipeline 8 is mixed with regeneration gas (II) using a vortex type ejector 6, and fed to a gas separator 1, in which condensate and solids (III) are separated, which are removed from the installation.
  • the separated gas (IV) is supplied through a pipeline 9 to an adsorber 2 with a radial inlet of a drained gas and an adsorbent 4 located between the heat exchange elements spiral-radial type, in the inner space of which for cooling the adsorbent by means of a gas blower 7 serves atmospheric air (V) as a refrigerant. Cooling is carried out to a temperature not lower than the pour point of water or the formation of gas hydrates.
  • Dried (VI) gas is supplied to the consumer via line 10, while part of the dried gas (VII) can be supplied through line 11 to be used as fuel for heating air in the catalytic heater 5.
  • VI dried gas
  • the adsorber 3 is connected to the gas, and the adsorbent is regenerated in the adsorber 2.
  • the adsorbent is regenerated in the adsorber 3, for which purpose, in order to heat the adsorbent, the air (VIII) heated in the catalytic air heater 5 is supplied as a heat carrier to the interior of the heat exchange elements through the gas blower 5. Heating of the adsorbent produce up to temperatures of 80-150 ° C, depending on the desired depth of gas drying.
  • purge gas (IX) is supplied through pipeline 12 in an amount of 5 to 10 volumes of the adsorber to displace water vapor from the free space of the adsorber 3. After that, the purge gas is stopped, and into the inner space of the heat exchange elements for cooling the adsorbent using gas blowing 7 serves as a refrigerant atmospheric air (V) - shown by the dotted line.
  • Regeneration gas (II) is mixed in a vortex-type ejector 6 with drained gas (I), and water vapor and other desorbed compounds are condensed (if there are other sorbing impurities in addition to water vapor), which are separated in the gas separator 1. Cooling the adsorbent is also carried out to an adsorption temperature, but not lower than the pour point of water or formation gas hydrates. After cooling the adsorbent to an adsorption temperature, the adsorber 3 is put into standby mode.
  • a known catalytic air heater is used with direct mixing of the products of oxidation of hydrocarbon fuels (for example, dried or drained gas) with atmospheric air.
  • a device for adsorption drying of gases including a device with a radial gas inlet and an adsorbent arrangement between spiral-radial heat exchanging surfaces as an adsorber, a catalytic air heater, and also a vortex ejector in a heater as a device for circulating purge gas and supplying regeneration gas to the drained gas.
  • the invention is illustrated by the following example.
  • Example 1 Use an adsorption installation consisting of a separator, two adsorbers with a radial gas inlet with a capacity of 5 l, with internal heat exchange elements of a spiral-radial type with a total area of 0.45 m, between the heat exchange elements of which 2.5 kg of a composite adsorbent containing 21 % of the mass, calcium chloride, and obtained by impregnation of aluminum oxide in the form of balls with a diameter of 2 mm, with a bulk density of 0.76 g / cm2 of an aqueous solution of calcium chloride, followed by drying at 150 ° C.
  • Drained air with a flow rate of 7.5 m 3 / h and a humidity corresponding to a dew point of 32 ° C is mixed with a regeneration gas coming from a second adsorber with a temperature of 80 to 120 ° C, and drip moisture is released, which is removed from the stream of drained air in the separator.
  • Air from the separator is directed to an adsorber, into the inner space of the heat exchange elements of which atmospheric air is supplied for cooling so that the temperature of the adsorbent layer does not exceed 35 ° C.
  • the dynamic capacity of the adsorbent was 30% of the mass, the dew point of the dried air throughout the entire drying period did not exceed minus 53 ° C.
  • the flow of drained air is switched to a second adsorber, and atmospheric air heated to 150 ° C is supplied to the inner space of the heat exchange elements to regenerate the adsorbent in the first adsorber.
  • the adsorbent layer is heated to 120 ° C, dried air is supplied to the adsorber by direct current with a flow rate of 0.2 m 3 / h for 15 minutes, moist heated air is sent to mix with flow of drained gas. Then, atmospheric air is supplied to the interior of the heat exchange elements for cooling.
  • the proposed method and device allows to drain the gas with a minimum consumption of energy and materials.
  • the proposed method can be used in the oil and gas, chemical, metallurgical and other industries for drying process gases and air.
  • the claimed invention meets the patentability criterion of "industrial applicability”.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам и устройствам для осушки газов и может быть использовано в нефтегазовой, химической, металлургической и других отраслях промышленности для осушки технологических газов и воздуха. Предложено устройство для осушки газов, включающее сепаратор газа, адсорберы, нагреватель, устройство для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ, трубопроводы осушаемого газа, осушенного газа, продувочного газа и газа регенерации, а также запорно-регулирующую арматуру, в котором применяют адсорберы с радиальным вводом осушаемого газа и адсорбентом, размещенным между внутренними теплообменными поверхностями спирально-радиального типа, в качестве нагревателя используют каталитический нагреватель воздуха, а в качестве устройства для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ используют эжектор вихревого типа. Предложен также способ работы устройства для осушки газов, включающий выделение из осушаемого газа капельной влаги и механических примесей, адсорбцию паров воды, регенерацию адсорбента при повышенной температуре с использованием продувки осушенным газом, выделение конденсата и подачу газа регенерации в поток осушаемого газа, а также охлаждение регенерированного адсорбента до температуры адсорбции, в котором используют адсорбент композитного типа, адсорбцию паров воды проводят при одновременном косвенном охлаждении адсорбента хладоагентом, регенерацию осуществляют путем косвенного нагрева адсорбента до температуры регенерации теплоносителем и последующего отдува паров воды из свободного пространства адсорбера осушенным газом, подаваемым прямым током в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера, при этом подачу газа регенерации в поток осушаемого газа осуществляют с помощью эжектора вихревого типа с использованием осушаемого газа в качестве рабочего тела, выделение конденсата осуществляют из смеси газа регенерации с осушаемым газом, а регенерированный адсорбент охлаждают путем косвенного охлаждения хладоагентом до температуры адсорбции. При этом в качестве хладоагента используют атмосферный воздух, а в качестве теплоносителя - атмосферный воздух, нагретый с помощью каталитического нагревателя воздуха прямым смешением продуктов окисления углеводородного топлива с атмосферным воздухом. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в упрощении устройства, снижении его материалоемкости и пожаровзрывобезопасности, уменьшении энергоемкости процесса осушки газа и уменьшении количества выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу.

Description

Устройство для осушки газов и способ осушки газов
Изобретение относится к способам и устройствам адсорбционной осушки газов с регенерацией адсорбента путем косвенного нагрева и может найти применение в нефтегазовой, химической, металлургической, а также других отраслях промышленности для осушки технологических газов и воздуха.
Потребность в осушенных газах весьма широка в различных отраслях промышленности. Наиболее распространенным способом осушки газов является адсорбционная осушка газов силикагелем или цеолитами в адсорберах с аксиальным вводом осушаемого газа и регенерацией адсорбентов обратной продувкой нагретым осушенным газом. При этом нерешенными проблемами является большой расход продувочного газа (до 15% от объема осушаемого газа), связанные с этим высокие энергозатраты на его циркуляцию и нагрев, большая продолжительность регенерации и охлаждения адсорбента и, соответственно, всего цикла адсорбции, а также большая загрузка адсорбента и масса технологического оборудования.
Известен способ и устройство для осушки газа, описанные в монографии [Н.В. ельцев. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1976, с.373], в котором адсорбционную осушку газа от паров воды проводят в аппарате с аксиальным вводом газа, с использованием в качестве адсорбента цеолита, и регенерацией адсорбента путем нагрева с помощью греющих труб, либо электрических нагревательных элементов, размещенных в слое адсорбента. Для полноты регенерации и отдувки паров воды из свободного пространства адсорбера применяют продувку сорбента, например, сухим азотом или воздухом. Продувку осуществляют прямым током газа. Однако известный способ и устройство имеет ряд существенных недостатков: во-первых, способ требует больших энергозатрат на нагрев продувочного газа и адсорбента до температуры регенерации цеолита 350- 380°С; во-вторых, длительность стадии регенерации адсорбента, включающей затраты времени на нагрев адсорбента до температуры регенерации и на охлаждение адсорбента до рабочей температуры, приводит к необходимости использования большого количества адсорбента для выравнивания продолжительности стадии адсорбции и стадий регенерации и охлаждения; в-третьих, повышение температуры адсорбента за счет теплоты, выделяющейся при адсорбции паров воды, приводит к соответствующему снижению емкости адсорбента и, соответственно, к увеличению его загрузки и росту металлоемкости оборудования. Кроме того, применение адсорберов с аксиальным вводом сырья, имеющих большое гидравлическое сопротивление, обусловливает большие потери давления осушаемого газа, а также требует повышенных затрат электроэнергии для рециркуляции продувочного газа в поток осушаемого газа.
Наиболее близок к предлагаемому изобретению по технической сущности способ адсорбционной осушки природного газа [Патент РФ #22063792, МПК B01D53/26, опубл. 20.07.1996] и описанное в нем устройство для осушки газа, состоящее из сепаратора газа, двух адсорберов аксиального типа, заполненных силикагелем в качестве адсорбента, компрессора, печи нагрева газа, холодильника воздушного охлаждения и сепаратора газа регенерации, трубопроводов осушенного газа, газа регенерации, охлаждающего газа.
Осушаемый газ сепарируют с выделением капельной влаги и механических примесей в сепараторе осушаемого газа, подают в один из двух адсорберов с аксиальным вводом газа, где газ проходит через слой силикагеля, который адсорбирует из него парообразную влагу, и выводят в линию осушенного газа. Гидравлическое сопротивление адсорберов составляет от 0,3 до 1,0 МПа. При этом во втором адсорбере осуществляют регенерацию силикагеля путем продувки нагретым газом, для чего продувочный газ отбирают компрессором из линии осушенного газа, подают в печь огневого нагрева, где нагревают до 180-200°С, и далее обратным током подают в адсорбер, в котором горячий продувочный газ нагревает силикагель и десорбирует пары воды. Продувочный газ в смеси с парами воды (газ регенерации) охлаждают до 50°С в холодильнике воздушного охлаждения, отделяют выделившийся при этом конденсат в сепараторе газа регенерации и подают в линию осушаемого газа перед сепаратором осушаемого газа.
Охлаждение силикагеля проводят неосушенным газом, осуществляя его циркуляцию в течение 3-4 часов. При этом ухудшения качества осушки газа не происходит, т.к. не нагретый влажный газ при охлаждении проходит в адсорбере слой регенерированного силикагеля и до выхода из него осушается прежде, чем попасть в поток осушенного газа.
Недостатками известного устройства является высокая материалоемкость из-за большого числа единиц оборудования, использование динамического оборудования (компрессор, аппарат воздушного охлаждения). Кроме того, адсорберы с аксиальным вводом осушаемого газа характеризуются высоким гидравлическим сопротивлением. Печь огневого нагрева в составе устройства относится к оборудованию высокой степени пожаровзрывобезопасности.
Известный способ осушки газа, реализуемый с использованием указанного устройства, характеризуется повышенным расходом электроэнергии для привода компрессора сжатия продувочного газа, (количество которого составляет обычно от 2 до 15% от объема осушаемого газа). Кроме того, способ предусматривает расход значительного количества топлива в печи огневого нагрева для нагрева продувочного газа, а продукты, образующиеся при пламенном сжигании топлива, загрязняют атмосферу. Большая продолжительность стадии регенерации и охлаждения адсорбента по времени приводит к увеличению загружаемого адсорбента. Задачей изобретения является упрощение устройства, снижение его материалоемкости и пожаровзрывобезопасности, а также уменьшение энергоемкости процесса и уменьшение количества выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения:
- упрощение устройства за счет исключения сепаратора газа регенерации, компрессора и аппарата воздушного охлаждения из состава устройства,
- снижение материалоемкости устройства путем уменьшения количества единиц оборудования и снижения объема адсорберов за счет использования адсорбента композитного типа,
- снижение пожаровзрывобезопасности устройства за счет использования каталитического нагревателя воздуха взамен печи огневого нагрева продувочного газа,
- уменьшение энергоемкости процесса осушки газа за счет использования адсорберов с радиальным вводом осушаемого газа со встроенными теплообменными элементами, размещенными в слое композитного адсорбента, а также снижения расхода продувочного газа,
- уменьшение количества выбросов вредных веществ и парниковых газов в атмосферу за счет уменьшения расхода топлива на нагрев адсорбента и использования каталитического сжигания (окисления) топлива для нагрева воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для осушки газов, включающем сепаратор газа, адсорберы, нагреватель, устройство для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ, трубопроводы осушаемого газа, осушенного газа, продувочного газа и газа регенерации, а также запорно-регулирующую арматуру, особенность заключается в том, что адсорберы выполнены с радиальным вводом осушаемого газа и теплообменными элементами спирально-радиального типа, размещенными в слое адсорбента, при этом в качестве нагревателя используют каталитический нагреватель воздуха, а в качестве устройства для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ используют эжектор вихревого типа.
В известном способе осушки газов с использованием устройства для осушки газов, включающем выделение капельной влаги и механических примесей из осушаемого газа, адсорбцию паров воды, регенерацию адсорбента при повышенной температуре с использованием продувки осушенным газом, выделение конденсата и подачу газа регенерации в поток осушаемого газа, а также охлаждение регенерированного адсорбента, особенность заключается в том, что в качестве адсорбента используют адсорбент композитного типа, адсорбцию паров воды проводят при одновременном косвенном охлаждении адсорбента хладоагентом до температуры адсорбции, регенерацию осуществляют путем косвенного нагрева адсорбента теплоносителем до температуры регенерации и последующего отдува паров воды из свободного пространства адсорбера осушенным газом, подаваемым прямым током в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера, подачу газа регенерации в поток осушаемого газа осуществляют с помощью эжектора вихревого типа с использованием осушаемого газа в качестве рабочего тела, выделение конденсата осуществляют из смеси газа регенерации с осушаемым газом, а регенерированный адсорбент охлаждают путем косвенного охлаждения хладоагентом до температуры адсорбции. При этом в качестве хладоагента используют атмосферный воздух, а в качестве теплоносителя - атмосферный воздух, нагретый с помощью каталитического нагревателя воздуха прямым смешением продуктов окисления углеводородного топлива с атмосферным воздухом,
Применение адсорберов с радиальным вводом осушаемого газа и адсорбентом, размещенным между внутренними теплообменными поверхностями спирально-радиального типа, позволяет значительно (в 10-50 раз) снизить гидравлическое сопротивление устройства, обеспечивает возможность косвенного нагрева или охлаждения адсорбента в течение всего цикла осушки, обеспечивает оптимальные гидравлические условия для работы адсорбента, что позволяет снизить его загрузку.
Использование в качестве нагревателя каталитического нагревателя воздуха взамен печи огневого нагрева позволяет снизить стоимость оборудования, снизить пожаровзрывобезопасность устройства осушки газа и повысить надежность его работы, а также снизить выбросы окислов азота и СО в атмосферу за счет контролируемого беспламенного сжигание (окисления) газообразного или жидкого дистиллятного топлива при температуре ниже 900°С.
Использование в качестве устройства для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ эжектора вихревого типа, эффективного при небольшом объеме рециркулируемого газа регенерации, позволяет осуществить конденсацию паров воды из нагретого газа регенерации, подаваемых тангенциально в пристеночную область камеры смешения эжектора, при контакте с аксиальным потоком холодного осушаемого газа и далее уловить выделившуюся капельную влагу в сепараторе газа. Это позволяет не использовать в устройстве осушки газа аппарат воздушного охлаждения и сепаратор газа регенерации и применить имеющийся сепаратор газа для выделения конденсата.
Применение адсорбента композитного типа, содержащего до 30 % масс, хлорида кальция, нанесенного на пористую матрицу оксида алюминия, алюмосиликата или углеродного материала, обеспечивает необходимую степень осушки при температуре адсорбции до 50°С и при температуре регенерации, не превышающей 80-150°С, что позволяет сократить продолжительность стадий регенерации и охлаждения адсорбента, снизить загрузку адсорбента и материалоемкость устройства.
Кроме того, применение адсорбента композитного типа позволяет после регенерации отдуть десорбированные пары воды из свободного объема адсорбера за счет подачи продувочного газа в количестве всего от 5 до 10 внутренних объемов адсорбера. Столь малый расход газа для отдувки возможен только при использовании композитных адсорбентов, чье осушающее действие, в отличие от цеолита, силикагеля, окиси алюминия и пр., основано не на физической адсорбции паров воды на поверхности пористой матрицы, а на образовании кристаллогидратов солями металла, размещенных в пористой матрице. Образование кристаллогидратов солей при температуре адсорбции обеспечивает высокую степень осушки газа, поскольку давление паров воды над поверхностью кристаллогидрата не зависит от его доли в составе адсорбента, а регенерация композитного адсорбента происходит при температуре обратимого разложения кристаллогидрата с образованием сухой соли (в данном случае - хлорида кальция) при температуре не более 80-100°С. Выделившиеся пары воды необходимо лишь вытеснить из свободного пространства адсорбера, для чего не требуется большой расход продувочного газа, в отличие от известного метода, где большие расходы продувочного газа требуются для физической десорбции паров воды с поверхности пористой матрицы. При необходимости увеличения глубины осушки температура регенерации может быть увеличена до 150°С, что позволяет включить в процесс осушки пористую матрицу адсорбента.
Нагрев адсорбента при десорбции ниже 80°С не обеспечивает разложение кристаллогидратов хлорида кальция в адсорбенте, а нагрев выше 150°С не дает какого-либо технологического эффекта, увеличивая только энергозатраты на осушку газа. Подачи продувочного газа в количестве от 5 до 10 внутренних объемов адсорбера позволяет эффективно вытеснить пары воды из свободного пространства адсорбера, увеличение подачи продувочного газа нецелесообразна, поскольку не дает какого-либо технологического эффекта.
Адсорбция паров воды при одновременном косвенном охлаждении адсорбента хладоагентом для поддержания минимально допустимой температуры адсорбции выше температуры замерзания воды и образования газовых гидратов, позволяет увеличить сорбционную емкость сорбента по парам воды и снизить загрузку адсорбента и металлоемкость оборудования устройства.
Регенерация путем косвенного нагрева адсорбента теплоносителем до температуры регенерации и охлаждение регенерированного адсорбента путем косвенного охлаждения хладоагентом позволяет принудительно управлять температурой адсорбента, за счет чего сократить общую продолжительность стадии регенерации и цикла адсорбции в целом, и также снизить загрузку адсорбента и металлоемкость оборудования устройства.
Использование в качестве хладоагента атмосферного воздуха, а в качестве теплоносителя - атмосферный воздух, нагретого с помощью каталитического нагревателя воздуха прямым смешением продуктов окисления углеводородного топлива с атмосферным воздухом, позволяет с наименьшими технологическими сложностями обеспечить эффективный нагрев и охлаждение адсорбента.
Устройство состоит из сепаратора газа 1, адсорберов 2 и 3 с радиальным вводом осушаемого газа и внутренними теплообменными элементами спирально-радиального типа размещенными в слое адсорбента 4, каталитического нагревателя воздуха 5, эжектора вихревого типа 6, газодувки 7, трубопроводов осушаемого газа 8 и 9, осушенного газа 10 и 11 , продувочного газа 12, газа регенерации 13, подвода теплоносителя 14.
Способ осушки газов с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Осушаемый газ (I), поступающий по трубопроводу 8 смешивают с газом регенерации (II) с помощью эжектора вихревого типа 6, подают в сепаратор газа 1, в котором отделяют конденсат и механические примеси (III), которые выводят с установки. Отсепарированный газ (IV) по трубопроводу 9 подают в адсорбер 2 с радиальным вводом осушаемого газа и адсорбентом 4, размещенным между теплообменными элементами спирально-радиального типа, во внутреннее пространство которых для охлаждения адсорбента с помощью газодувки 7 подают в качестве хладоагента атмосферный воздух (V). Охлаждение проводят до температуры не ниже температуры застывания воды или образования газовых гидратов. Осушенный (VI) газ по трубопроводу 10 подают потребителю, при этом часть осушенного газа (VII) может быть по трубопроводу 11 подана для использования в качестве топлива для нагрева воздуха в каталитическом нагревателе 5. После проскока влаги в абсорбере 2 для обеспечения непрерывности процесса для осушки газа подключают адсорбер 3, а в адсорбере 2 осуществляют регенерацию адсорбента.
Одновременно с осушкой газа в адсорбере 2 осуществляют регенерацию адсорбента в адсорбере 3, для чего с целью нагрева адсорбента во внутреннее пространство теплообменных элементов по трубопроводу 14 с помощью газодувки 7 подают в качестве теплоносителя воздух (VIII), нагретый в каталитическом нагревателе воздуха 5. Нагрев адсорбента производят до температур 80-150°С в зависимости от желаемой глубины осушки газа. После прогрева адсорбента по трубопроводу 12 подают продувочный газ (IX) в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера для вытеснения паров воды из свободного пространства адсорбера 3. После этого подачу продувочного газа прекращают, а во внутреннее пространство теплообменных элементов для охлаждения адсорбента с помощью газодувки 7 подают в качестве хладоагента атмосферный воздух (V) - показано пунктиром.
Газ регенерации (II) смешивают в эжекторе вихревого типа 6 с осушаемым газом (I), при этом происходит конденсация паров воды и других десорбированных соединений (при наличии в осушаемом газе других сорбирующихся примесей помимо паров воды), которые отделяются в сепараторе газа 1. Охлаждение адсорбента также проводят до температуры адсорбции, но не ниже температуры застывания воды или образования газовых гидратов. После охлаждения адсорбента до температуры адсорбции адсорбер 3 переводят в режим ожидания.
Для получения нагретого воздуха используют известный каталитический нагреватель воздуха с прямым смешением продуктов окисления углеводородного топлива (например, осушенного или осушаемого газа) с атмосферным воздухом.
В доступной научно-технической и патентной литературе не было обнаружено устройство для адсорбционной осушки газов, включающее в качестве адсорбера аппарат с радиальным вводом газа и расположением адсорбента между теплообменными поверхностями спирально-радиального типа, в качестве нагревателя - каталитический нагреватель воздуха, а также вихревой эжектор в качестве устройства для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ.
Кроме того, в доступной научно-технической и патентной литературе не был обнаружен способ адсорбционной осушки газа, включающий адсорбцию паров воды при косвенном охлаждении адсорбента композитного типа атмосферным воздухом через теплообменные поверхности до температуры не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, регенерацию адсорбента путем косвенного нагрева горячим воздухом до 80-150°С через теплообменные поверхности, а также вытеснение- десорбированных паров воды из свободного объема адсорбера осушенным газом, подаваемым в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера, а также косвенное охлаждение адсорбента холодным воздухом через теплообменные поверхности. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Исследованиями авторов было доказано, что адсорбция паров воды композитным адсорбентом при температуре не ниже температуры замерзания воды или образования газовых гидратов, регенерация адсорбента за счет нагрева горячим воздухом до 80-150°С, вытеснение десорбированных паров воды из свободного объема адсорбера продувочным газом, подаваемым в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера, и охлаждение адсорбента атмосферным воздухом до температуры адсорбции позволяет эффективно осуществлять процесс осушки газа. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.
Пример 1. Используют адсорбционную установку, состоящую из сепаратора, двух адсорберов с радиальным вводом газа емкостью 5 л, с внутренними теплообменными элементами спирально-радиального типа общей площадью 0,45 м , между теплообменными элементами которого помещено 2,5 кг композитного адсорбента, содержащего 21 % масс, хлорида кальция, и полученного пропиткой оксида алюминия в виде шариков диаметром 2 мм, с насыпной плотностью 0,76 г/см водным раствором хлорида кальция с последующей сушкой при 150°С. Осушаемый воздух с расходом 7,5 м3/час и влажностью, соответствующей точке росы 32°С, смешивают с газом регенерации, поступающим из второго адсорбера с температурой от 80 до 120°С, при этом выделяется капельная влага, которую удаляют из потока осушаемого воздуха в сепараторе. Воздух из сепаратора направляют в адсорбер, во внутреннее пространство теплообменных элементов которого подают для охлаждения атмосферный воздух так, чтобы температура слоя адсорбента не превышала 35°С. После проскока влаги динамическая емкость адсорбента составила 30% масс, точка росы осушенного воздуха на протяжении всего периода осушки не превышала минус 53°С.
После проскока влаги поток осушаемого воздуха переключают на второй адсорбер, а для регенерации адсорбента в первом адсорбере во внутреннее пространство теплообменных элементов подают атмосферный воздух, нагретый до 150°С. После прогрева слоя адсорбента до 120°С в адсорбер прямым током подают осушенный воздух с расходом 0,2 м3/час в течение 15 минут, влажный нагретый воздух направляют на смешение с потоком осушаемого газа. Затем во внутреннее пространство теплообменных элементов подают атмосферный воздух для охлаждения.
Из примера видно, что предлагаемый способ и устройство позволяет осушать газ с минимальным расходом энергии и материалов.
Предлагаемый способ может быть использован в нефтегазовой, химической, металлургической а также других отраслях промышленности для осушки технологических газов и воздуха. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость» .

Claims

Формула изобретения
1. Устройство для осушки газов, включающее сепаратор газа, адсорберы, нагреватель, устройство для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ, трубопроводы осушаемого газа, осушенного газа, продувочного газа и газа регенерации, отличающееся тем, что адсорберы выполнены с радиальным вводом осушаемого газа и теплообменными элементами спирально-радиального типа, размещенными в слое адсорбента, в качестве нагревателя используют каталитический нагреватель воздуха, а в качестве устройства для циркуляции продувочного газа и подачи газа регенерации в осушаемый газ используют эжектор вихревого типа.
2. Способ работы устройства для осушки газов, включающий выделение из осушаемого газа капельной влаги и механических примесей, адсорбцию паров воды, регенерацию адсорбента при повышенной температуре с использованием продувки осушенным газом, выделение конденсата и подачу газа регенерации в поток осушаемого газа, а также охлаждение регенерированного адсорбента, отличающийся тем, что используют адсорбент композитного типа, адсорбцию паров воды проводят при одновременном косвенном охлаждении адсорбента хладоагентом до температуры адсорбции, регенерацию осуществляют путем косвенного нагрева адсорбента теплоносителем до температуры регенерации и последующего отдува паров воды из свободного пространства адсорбера осушенным газом, подаваемым прямым током в количестве от 5 до 10 объемов адсорбера, при этом подачу газа регенерации в поток осушаемого газа осуществляют с помощью эжектора вихревого типа с использованием осушаемого газа в качестве рабочего тела, выделение конденсата осуществляют из смеси газа регенерации с осушаемым газом, а регенерированный адсорбент охлаждают путем косвенного охлаждения хладоагентом до температуры адсорбции.
3. Способ по п.2. отличающийся тем, что в качестве хладоагента используют, например, атмосферный воздух, а в качестве теплоносителя, например, атмосферный воздух, нагретый с помощью каталитического нагревателя воздуха прямым смешением продуктов окисления углеводородного топлива с атмосферным воздухом.
PCT/RU2013/000556 2012-07-13 2013-06-28 Устройство для осушки газов и способ осушки газов WO2014011081A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012129874/05A RU2504424C1 (ru) 2012-07-13 2012-07-13 Устройство для осушки газов и способ осушки газов
RU2012129874 2012-07-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014011081A2 true WO2014011081A2 (ru) 2014-01-16
WO2014011081A3 WO2014011081A3 (ru) 2014-03-06

Family

ID=49916626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000556 WO2014011081A2 (ru) 2012-07-13 2013-06-28 Устройство для осушки газов и способ осушки газов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2504424C1 (ru)
WO (1) WO2014011081A2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3106216A4 (en) * 2014-02-10 2017-09-27 Hitachi Chemical Co., Ltd. Carbon-dioxide recovery apparatus, and carbon-dioxide recovery method
CN109433171A (zh) * 2018-10-22 2019-03-08 宁夏宝丰能源集团股份有限公司 燃料气置换干燥装置、燃料气再生系统及其操作方法
CN110302630A (zh) * 2019-07-18 2019-10-08 大连中鼎化学有限公司 一种用于纯化气体制备超纯气体的纯化装置及其工艺
CN112390228A (zh) * 2020-10-28 2021-02-23 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种用于氢气干燥的三塔干燥装置及干燥方法
WO2022122473A1 (de) * 2020-12-11 2022-06-16 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Co2-absorber

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2645498C1 (ru) * 2017-06-21 2018-02-21 Андрей Владиславович Курочкин Вакуумсоздающее устройство блока регенерации гликоля

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1135974A1 (ru) * 1983-12-21 1985-01-23 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Холодильна установка
SU1508083A1 (ru) * 1986-11-10 1989-09-15 Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения Теплообменник
RU2063792C1 (ru) * 1993-07-18 1996-07-20 Производственное объединение "Надымгазпром" Способ адсорбционной осушки природного газа
EA200801689A1 (ru) * 2006-01-26 2009-02-27 ХИТДЖИАР ПРОФЭШНЛ АпС Портативный каталитический нагреватель для автономного применения

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1135974A1 (ru) * 1983-12-21 1985-01-23 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Холодильна установка
SU1508083A1 (ru) * 1986-11-10 1989-09-15 Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения Теплообменник
RU2063792C1 (ru) * 1993-07-18 1996-07-20 Производственное объединение "Надымгазпром" Способ адсорбционной осушки природного газа
EA200801689A1 (ru) * 2006-01-26 2009-02-27 ХИТДЖИАР ПРОФЭШНЛ АпС Портативный каталитический нагреватель для автономного применения

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KELTSEV N. V. OSNOVY ADSORBTSIONNOI TEKHNIKI. 1984, MOSCOW, KHIMIYA, page 223 *
KOUL ARTUR L. ET AL. OCHISTKA GAZA. MOSCOW, GOSUDARSTVENNOE NAUCHNO- TEKHNICHESKOE IZDATELSTVO NEFTYANOI I GORNO-TOPLIVNOI LITERATURY 1962, page 296 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3106216A4 (en) * 2014-02-10 2017-09-27 Hitachi Chemical Co., Ltd. Carbon-dioxide recovery apparatus, and carbon-dioxide recovery method
CN109433171A (zh) * 2018-10-22 2019-03-08 宁夏宝丰能源集团股份有限公司 燃料气置换干燥装置、燃料气再生系统及其操作方法
CN110302630A (zh) * 2019-07-18 2019-10-08 大连中鼎化学有限公司 一种用于纯化气体制备超纯气体的纯化装置及其工艺
CN112390228A (zh) * 2020-10-28 2021-02-23 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种用于氢气干燥的三塔干燥装置及干燥方法
WO2022122473A1 (de) * 2020-12-11 2022-06-16 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Co2-absorber

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014011081A3 (ru) 2014-03-06
RU2504424C1 (ru) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014011081A2 (ru) Устройство для осушки газов и способ осушки газов
Feng et al. Key technology and application analysis of zeolite adsorption for energy storage and heat-mass transfer process: A review
US3850592A (en) Heat pump dryer
ES2235289T5 (es) El uso de zeolitas y alumina en procedimientos de adsorcion.
CN101920154B (zh) 一种气体干燥工艺及装置
JP5098762B2 (ja) ガス中の二酸化炭素の回収方法
CN101898068B (zh) 脱除氯乙烯或含氯乙烯混合气中水分的方法
RU2497573C1 (ru) Способ осушки и очистки природных газов и устройство для его осуществления
CA3212503A1 (en) System and method for mobile carbon capture
CN101920155B (zh) 零排放气体干燥工艺及装置
CN103301710A (zh) 一种有机废气吸附的二氧化碳脱附工艺
CN104888741A (zh) 一种固体吸附剂的再生工艺
CA2731185C (en) Method for the removal of moisture in a gas stream
CN109045926B (zh) 一种含有VOCs的废气处理装置和方法
JP2009090979A (ja) 小型デシカント空調装置
US11285438B2 (en) Carbon dioxide separation recovery system and method
CN116059784A (zh) 一种变压吸附捕集烟气二氧化碳的方法及系统
CN203303956U (zh) 固体吸附剂的再生装置
CN113041771A (zh) 一种低温吸附高温脱附的高效油气回收方法
RU100920U1 (ru) Блок осушки мобильной компрессорной станции для получения компримированного природного газа
RU183829U1 (ru) Устройство для осушки газа
CN205700032U (zh) 废气处理用活性炭吸附与再生装置
JP2012091096A (ja) 溶剤脱水装置
RU164124U1 (ru) Устройство для осушки газа
RU2363523C2 (ru) Сорбирующая система, включающая теплопроводящий элемент

Legal Events

Date Code Title Description
DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13816120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2