Способ защиты короткоциклового адсорбционного генератора от капельной влаги из газовой смеси

 

Использование: в процессах очистки и разделения газовых смесей. Сущность изобретения: адсорберы генератора делятся на две секции. В первой из них сорбент нагревается до температуры выше температуры входящей в него смеси с относительной влажностью до 100% что позволяет осушать газовую смесь без конденсации содержащейся в ней влаги. После этого газовая смесь с температурой выше температуры сорбента во второй секции подается на вход в нее. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области технологических процессов очистки и разделения газовых смесей.

В современной технике широкое распроcтранение получили коротко цикловые адсорбционные генераторы, используемые для осушки газовых смесей, получения кислорода из воздуха, очистки и разделения многокомпонентных газовых смесей. Так, генераторы для осушки успешно применяются в химической и газовой промышленности, кислородные генераторы в металлургической промышленности, в медицине, при сварочных работах, экологических процессах, в системах кислородного питания самолетов. Во всех упомянутых случаях газовые смеси, подаваемые под давлением в генератор для их осушки или разделения, предварительно освобождают от капельной влаги, так как попадание последней на сорбент приводят к его отравлению, что неизбежно влечет за собой последующую регенерацию сорбента, которая проводится в термических печах при высокой температуре и нередко под вакуумом, что существенно усложняет конструкцию, удорожает эксплуатацию, повышает стоимость генератора.

Известны традиционные способы защиты генераторов от капельной влаги в сжатых газовых средах посредством их охлаждения в теплообменниках с одновременной конденсацией влаги и сбора последней в специальных влагоуловителях [1] Такой способ оправдывает себя лишь в случаях наличия хладагента (обычно это вода) с температурой ниже температуры сорбента. Однако если такого хладагента нет, то проблема защиты сорбента от капельной влаги резко усложняется.

Наиболее близким к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ защиты адсорбционного генератора от попадания капельной влаги из газовой смеси, отбираемой от источника сжатого газа, включающий нагрев сорбента [2] Согласно этому способу адсоpбеpы генератора размещают в камере, через которую пропускают поток теплоносителя с регулируемой температурой, нагревающий сорбент выше температуры поступающей на сорбцию газовой смеси, что и предотвращает конденсацию влаги на сорбенте.

Недостатки способа в связи с тем, что производительность рассматриваемых адсорбционных генераторов по перерабатываемому газу колеблется в очень широких пределах (от 10 м³ ч^-1 до свыше 1000 м³ ч^-1) и соответственно изменяется и масса сорбента, то время нагрева последнего до заданной температуры, большей температуры подаваемой в сорбент газовой смеси, то есть время запуска генератора, составит от получаса до нескольких часов; громоздкость и большая масса конструкции применяемого генератора; так как прогревается весь сорбент в цикле технологического процесса, то соответственно ухудшаются его сорбционные свойства и уменьшается удельная производительность по получаемому продукту; в соответствии с прогревом сорбента будет прогреваться и продуктовый газ, что может оказаться нежелательным для проведения с ним дальнейших технологических процессов.

Цель изобретения создание способа защиты адсорбционного генератора от капельной влаги, при котором указанные недостатки исключаются или в значительной мере устраняются.

Заявляемый способ защиты короткоциклового адсорбционного генератора от попадания капельной влаги из газовой смеси, отбираемой от источника сжатого газа, включающий операции охлаждения газовой смеси, конденсация содержащейся в ней влаги и нагрева сорбента, существенно отличается тем, что каждый адсорбер генератора делят на две секции, нагрев сорбента производят только в первой секции адсорбера, а газовую смесь, отбираемую от источника сжатого газа, предварительно охлаждают (с возможной конденсацией влаги) до температуры, равной или меньшей температуры нагреваемого сорбента. Затем газовую смесь подают непосредственно в сорбент первой секции адсорбера, где производят осушку смеси до влажности, равной или меньшей влажности насыщения, соответствующей температуре сорбента второй секции адсорбера, после чего газовую смесь пропускают через сорбент второй секции. Нагрев сорбента первой секции может быть произведен как при непосредственном контакте нагревательного элемента с сорбентом, так и посредством газовой смеси, отбираемой от источника сжатого газа (например от компрессора) путем омывания ею стенки этой секции адсорбера без непосредственного контакта с сорбентом.

Из известного уровня техники не известно техническое решение, которое содержало бы существенные признаки, присущие заявленному объекту и отличающего от прототипа, поэтому заявляемый объект можно считать отвечающим условию патентоспособности "новизна".

Существенные отличительные признаки заявляемого объекта обеспечивают ему достижение ожидаемого технического результата, заключающегося в сокращении пускового периода, снижение массы, уменьшения габаритов и увеличении удельной производительности генератора. Данный технический результат явным образом не следует из существующего уровня техники, следовательно, заявляемый объект отвечает условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ может найти широкое применение в различных отраслях техники (в химической и газовой промышленности, при сварочных работах. в медицине и экологических процессах и т. п.), так как обладает значительными преимуществами перед применяемыми для тех же целей способами, что позволяет считать заявляемый объект, отвечающим условию патентоспособности "промышленная применимость".

По предлагаемому способу каждый адсорбер делится на две секции.Первая из них содержит не более 3-10% сорбента от общего количества в адсорбере. Нагрев сорбента проводится только в первой секции адсорбера. Возможен вариант нагрева непосредственно газовой смесью от источника сжатого газа путем теплопередачи от нее через стенку этой секции к сорбенту. Производится одновременный нагрев сорбента в первой секции адсорбера и охлаждение (с возможной конденсацией влаги) газовой с смеси, подаваемой в сорбент, чтобы перепад температур между ними стал бы равен нулю (т. е. газовая смесь имело бы большую температуру чем сорбент). После этого газовая смесь подается в сорбент первой секции адсорбера, и так как температура газовой смеси равна или меньше температуры сорбента, то предотвращается конденсация влаги на сорбенте. В первой секции адсорбера производится осушка газовой смеси до влажности равной и или меньшей влажности насыщения, соответствующей температуре сорбента второй секции адсорбера. Затем газовая смесь подается в эту секцию. Несмотря на то, что ее температура будет выше температуры сорбента, конденсация влаги из-за предварительной осушки газовой смеси в первой секции будет предотвращена. Значит предлагаемый способ гарантированно защищает адсорбционный генератор от капельной влаги.

Первая секция адсорбера содержит очень небольшое количество сорбента по отношению ко всей массе размещенной в адсорбере. Для избежания конденсации паров влаги из газовой смеси, имеющей температуру выше, чем температура сорбента во второй секции (а при наличии в качестве хладагента воздуха из окружающей атмосферы невозможно охладить газовую смесь до температуры сорбента, имеющего также температуру окружающего воздуха кроме как за счет бесконечного увеличения времени процесса, что неприемлемо, как и дросселирование газовой смеси из-за больших энергетических потерь) вначале нагревают сорбент в первой секции, а потом в ней же осушают газовую смесь. При этом снимают минимальное количество влаги с тем только, чтобы ее влажность была равна или несколько меньше влажности насыщения при температуре сорбента во второй секции адсорбера. Это количество составляет 3-10% от общей массы сорбента.

Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет на порядок сократить время запуска генератора, уменьшить массу и габариты его, увеличить удельную производительность, упростить эксплуатацию и уменьшить его стоимость.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОРОТКОЦИКЛОВОГО АДСОРБЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ КАПЕЛЬНОЙ ВЛАГИ ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, отбираемой от источника сжатого газа, включающий операции охлаждения газовой смеси, конденсации содержащейся в ней влаги и нагрева сорбента, отличающийся тем, что каждый адсорбер генератора делят на две секции, нагрев сорбента производят только в первой секции адсорбера, а газовую смесь, отбираемую от источника сжатого газа, предварительно охлаждают с одновременной конденсацией влаги при наличии ее в смеси до температуры, равной или меньшей температуры нагреваемого сорбента, затем газовую смесь подают непосредственно в сорбент первой секции адсорбера, где производят сушку смеси до влажности, равной или меньшей влажности насыщения, соответствующей температуре сорбента второй секции адсорбера, после чего газовую смесь пропускают через сорбент второй секции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев сорбента первой секции производят непосредственно газовой смесью, отбираемой от источника сжатого газа, путем омывания ею стенки этой секции адсорбера без непосредственного контакта с сорбентом.