СПОСОБ АДСОРБЦИИ Российский патент 1996 года по МПК B01D53/00 B01D53/04 

Изобретение относится к способам адсорбционной очистки парогазовых смесей и может быть использовано в различных отраслях для получения кислорода, очистки воздуха и т. п.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ управления циклическим адсорбционно-десорбционными процессами очистки различных газов, состоящий в том, что управление работой адсорбционных колонн осуществляют путем регулирования расхода десорбирующего агента переключением адсорбционных аппаратов на различные режимы работы по определенной программе, см. патент США NN 3087291, кл. 55 62, 1963 г. Недостатком указанного способа является низкая эффективность процесса, обусловленная тем, что программа переключений является жесткой, т. е. остается неизменной при изменениях возмущающих воздействий (расход очищаемого газа, содержание поглощаемого компонента). При уменьшении концентрации поглощаемого компонента во входном газе при неизменном времени стадии адсорбции слой адсорбента будет насыщен не полностью, а во время стадии десорбции произойдет перерасход десорбирующего агента, что в результате увеличивает затраты на процесс очистки.

Этот недостаток устранен в известном способе управления циклическим адсорбционным газоочистным процессом, в котором осуществляют переключение адсорбентов с режима адсорбции на режим десорбции по такому критерию, как перепад температур на слое адсорбента при достижении его нулевого значения, см. а. с. СССР N 590003/02, 1978 г.

Данный аналог имеет с заявленным решением ряд сходных признаков, однако не может решить поставленной нами задачи, т. к. имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что время стадии десорбции в нем остается неизменным, в результате чего имеет место перерасход десорбирующего агента, приводящий как и в предыдущем случае к увеличению эксплуатационных затрат и себестоимости очистки в целом.

Известен способ адсорбции, заключающийся в пропускании с помощью нагнетающего компрессора потока среды, содержащей сорбируемый компонент через неподвижный слой адсорбента с периодическим изменением движения потока среды на обратное, при этом пропускание газа через слой адсорбента в прямом и обратном направлениях осуществляют при соотношении скоростей (2 5):1, см. а. с. СССР N 1299612, В01Д53/04.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является низкая эффективность процесса, обусловленная, во-первых, низкой эффективностью использования адсорбента из-за неравномерного распределения по его объему потока среды на стадии сорбции, во-вторых, неполной его десорбцией при обратном движении среды, а, в-третьих, большими затратами времени на проведение всех последовательных стадий процесса. Кроме того, реализация данного способа требует большого количества регулируемой запорной арматуры.

Указанные недостатки в совокупности увеличивают эксплуатационные затраты на проведение процесса и снижают эффективность его использования.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса. Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению в способе адсорбции, заключающемся в пропускании с помощью нагнетательного компрессора потока среды, содержащей сорбируемый компонент, через неподвижный слой адсорбента с периодическим изменением движения потока среды на обратное, поток среды пропускают через совокупность адсорберов и ресиверов, установленных в чередующемся порядке и связанных между собой посредством трубопроводов с запорными органами, при этом поток среды под давлением пропускают отдельными порциями, объем которых при данном давлении среды превышает сумму объемов всех адсорберов, а в промежутках между подачей порций потока среды осуществляют одновременную десорбцию всех адсорберов, причем объем адсорберов выбран из условия достижения максимального коэффициента разделения проходящей через них среды с помощью содержащегося в них адсорбента за период следования очередных порций потока среды.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения, а именно:
десорбция адсорберов может быть осуществлена путем эжектирования содержащейся в них среды, создаваемого с помощью транзитного потока среды от нагнетающего компрессора,
поток среды пропускают через несколько параллельных совокупностей чередующихся адсорберов и ресиверов.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения. Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков заключается в том, что в заявленном способе весь объем адсорберов насыщается и регенерируется полностью, т. е. практически отсутствует свойственное всем известным решениям "простаивание" адсорбера, т. е. ситуация на стадии сорбции или десорбции, когда одна часть объема адсорбера насыщена и уже не работает, а другая часть не насыщена и ее потенциал не может быть использован, при реализации данного способа не возникает. Заполнение всего объема адсорберов приводит к тому, что процесс адсорбции происходит при максимальном коэффициенте разделения конкретной среды на конкретном адсорбенте.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как адсорберы, ресиверы, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т. ч. таких полностью новых признаков как выполнение адсорберов с минимально возможным объемом, чередующееся расположение адсорберов и ресиверов и т. д. Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, заключающихся в повышении эффективности процесса, обеспечение возможности получения более чистых сред, либо выделенных из газовых смесей компонентов с повышенной концентрацией.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема реализации заявленного способа.

Компрессор 1 подает поток среды, в которой содержится сорбируемый компонент, под давлением через распределитель 2 в цепочку последовательно соединенных адсорберов 3, 4 и 5 и ресиверов 6, 7 и 8. С выхода последнего ресивера 8 среда с пониженным содержанием сорбируемого компонента подается в выходную линию 9 к потребителю. Все адсорберы 3, 4 и 5 соединены с эжекторной линией 10, в которую от компрессора 1 поступает среда под давлением. Схема снабжена также запорной арматурой 11 и 12, срабатывание которой по времени обеспечивается блоком управления процессом (на чертеже условно не показан).

Каждый из адсорберов выполнен с минимально возможным объемом, который определяется из требуемого минимального времени продуцирования нужного компонента среды и условий, обеспечивающих полную десорбцию адсорбера на стадии регенерации. Таким условием является достижение максимального коэффициента разделения среды в адсорбере за время между прохождением через него очередных порций потока среды.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном положении все ресиверы 6, 7 и 8 заполнены средой под некоторым давлением. От компрессора 1 при открытых запорных органах в цепочке адсорберов и ресиверов в нее поступает некоторый объем среды под давлением. Объем такой единичной порции среды в оптимальном варианте должен быть равен сумме объемов всех находящихся в цепочке адсорберов и одного ресивера. Поток среды постепенно проходит через адсорберы 3, 4 и 5 и ресиверы 6, 7 и 8, вытесняя имеющуюся в них среду в смежные адсорберы, в результате чего через некоторый промежуток времени все адсорберы и ресиверы окажутся заполненными, при этом из последнего ресивера 8 порция среды с требуемым содержанием компонентов может быть передана потребителю. После этого запорные органы 11 закрываются, а запорные органы 12 открываются. Одновременно с этим распределитель 2 направляет поток среды от компрессора 1 в эжекторную линию 10, при этом за счет эффекта эжекции среда из всех адсорберов поступает в линию 10 и в дальнейшем направляется либо на вход нагнетающего компрессора, либо к потребителю сорбируемого компонента. Адсорберы 3, 4, 5 при этом эффективно регенерируются, потоком проходящей через них среды, обогащенной кислородом (в случае разделения воздуха), что способствует процессу десорбции адсорбента.

Эффективность и другие полезные свойства заявленного процесса основаны на результатах выполненных заявителями исследований кинетических характеристик поглощения кислорода и азота на цеолите, позволивших сделать вывод о том, что коэффициент разделения среды во времени изменяется по ярко выраженной экстремальной зависимости, что и использовано в заявленном решении.

Еще одним обстоятельством, существенно влияющим на эффективность заявленного процесса, является то, что регенерация, адсорбера осуществляется с помощью среды, в которой содержание сорбируемого компонента разделяемой среды уже снижено, что способствует скорейшей и лучшей очистке сорбента и подготовке его к приему следующей порции среды на стадии адсорбции.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными аналогами обеспечивает повышение эффективности процесса адсорбции сред, позволяет получить более чистые продукты.

Использование: в адсорбционной технике очистки газа. Сущность изобретения: компрессор подают поток среды под давлением в цепочку последовательно соединенных адсорберов и ресиверов, причем адсорберы соединены с эжекторной линией. Компрессор подает среду в адсорберы отдельными порциями, при этом осуществляется адсорбционный процесс, в промежутках между подачей порций потока среды компрессор подает среду в эжекторную линию, в результате чего происходит одновременное регенерирование всех адсорберов. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ адсорбции, заключающийся в пропускании с помощью нагнетающего компрессора потока среды, содержащей сорбируемый компонент, через неподвижный слой адсорбента с периодическим изменением движения потока среды на обратное, отличающийся тем, что поток среды пропускают через совокупность адсорберов и ресиверов, установленных в чередующемся порядке и связанных между собой посредством трубопроводов с запорными органами, при этом поток под давлением пропускают отдельными порциями, объем которых при данном давлении среды превышает сумму объемов всех адсорберов, а в промежутках между подачей порций потока среды осуществляют одновременную десорбцию всех адсорберов, причем объем адсорберов выбран из условия достижения максимального коэффициента разделения проходящей через них среды с помощью содержащегося в них адсорбента за период следования очередных порций потока среды. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что десорбцию каждого адсорбера осуществляют путем эжектирования содержащейся в них среды с помощью транзитного потока среды от нагнетающего компрессора. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поток среды пропускают через несколько параллельных совокупностей чередующихся адсорберов и ресиверов.