СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/02 G05D27/00 

Изобретение относится к очистке газов от примесей с помощью адсорбентов, а точнее к очистке воздуха от паров воды, диоксида углерода и углеводородов перед его разделением методом низкотемпературной ректификации.

Известен способ управления процессом регенерации адсорбента (а.с. по заявке N 2786981/26, кл. B 01 D 53/02, 1979 ) путем переключения адсорберов со стадии адсорбции на стадию десорбции в зависимости от температуры регенерирующего газа после адсорбента и суммарного расхода регенерирующего газа, проходящего через адсорбер.

Недостатком данного способа управления процессом является то, что продолжительность стадии десорбции и ее параметры (температура регенерирующего газа и его расход) никак не связываются со стадией адсорбции и приводят к увеличению энергозатрат на процесс адсорбционной очистки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому изобретению является способ автоматического управления процессом регенерации адсорбента (а.с. N 854424, кл. B 01 D 53/02, G 05 D 27/00, 1979) путем переключения адсорберов со стадии адсорбции на стадию десорбции в зависимости от температуры регенерирующего газа после охлаждаемого адсорбента* при этом, дополнительно измеряют температуру регенерирующего газа, подаваемого на охлаждение адсорбента, и регулирует ее с коррекцией по температуре регенерирующего газа после охлаждаемого адсорбента.

Недостатком данного способа является то, что условия проведения регенерации и ее время не учитывают возможные изменения параметров процесса адсорбции. Кроме того, проведение регенерации с повышением температуры регенерирующего газа на выходе из адсорбера приводят к значительным потерям тепла, что повышает энергозатраты и уменьшает надежность способа из-за невозможности оперативного реагирования на изменения параметров адсорбции.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в способе автоматического управления процессом адсорбционной очистки путем переключения адсорберов с размещенным в них слоем адсорбента со стадии адсорбции на стадию десорбции и наоборот, новым является то, что расход, температуру регенерирующего газа и время нагрева адсорбента на стадии десорбции регулируют в зависимости от расхода, температуры и давления очищаемого газа, измеренных на предыдущей стадии адсорбции, а время последующей стадии адсорбции регулируют в зависимости от расхода регенерирующего газа и его температуру на входе и выходе из адсорбера с дополнительной коррекцией по измеренному времени отработки слоя адсорбента на текущей стадии адсорбции.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сущность изобретения заключается в следующем.

При проведении процесса очистки измеряют расход, давление, температуру очищаемого воздуха и время отработки адсорбционного слоя определенной длины до заданной проскоковой концентрации диоксида углерода в очищенном газе.

По измеренным параметрам с использованием микропроцессора или мини-ЭВМ устанавливаются параметры процесса десорбции: температура десорбции; количество регенерирующего газа и время нагрева адсорбента, обеспечивающих проведение процесса десорбции с минимальными энергозатратами.

При проведении процесса десорбции измеряют действительную температуру и расход регенерирующего газа и по измеренным параметрам уточняют время последующего процесса адсорбции.

Таким образом при комплексной очистке газа в адсорберах устанавливается однозначная взаимосвязь между параметрами процессов адсорбции и десорбции, что делает процесс очистки стабильным и надежным и дает возможность проведения его с минимальными энергозатратами.

Сравнительный анализ показал, что известные технические решения не имеют признаков, сходных с признаками, отличающими предлагаемое техническое решение от прототипа.

Следовательно предлагаемый способ автоматического управления процессом адсорбционной очистки соответствует критерию изобретения " промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа; на фиг. 2 график экспериментально установленной зависимости параметров адсорбции и десорбции для двухслойной адсорбционной насадки; на фиг. 3 зависимость относительного времени адсорбции от температуры газа, поступающего на очистку и температуры регенерирующего газа при использовании однослойной адсорбционной насадки (цеолит).

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ реализован в устройстве, включающем адсорберы 1, 2 (см. фиг. 1) со слоем адсорбента 3, соединенные с трубопроводом подачи очищаемого газа 4 и вывода очищенного газа 5.

Электронагреватель 6 через регулирующий вентиль 7 трубопроводом 8 соединен с воздухоразделительной установкой, а трубопроводом 9 с адсорберами 1, 2. Адсорберы 1, 2 соединены с атмосферой трубопроводом 10, на котором установлен глушитель 11.

На трубопроводе 4 установлены устройства 12, 13, 14, соответственно для измерения расхода давления и температуры очищаемого газа.

В слое адсорбента 3 в адсорберах 1, 2 размещено устройство 15 для измерения времени проскока диоксида углерода.

На трубопроводе 8 между электронагревателем 6 и регулирующим вентилем 7 размещено устройство 16 для измерения расхода регенерирующего газа, а на трубопроводах 9, 10 соответственно, устройства 17, 18 для измерения температуры регенерирующего газа на входе и выходе из адсорберов 1 (2).

Измерительные устройства 12, 13, 14, 15 соединены линиями передачи информации с микропроцессором 19, который соединен линиями передачи управляющих и регулирующих сигналов с программно-временным устройством 20, электронагревателем 6 и регулирующим вентилем 7.

Предлагаемый способ автоматического управления процессом адсорбционной очистки реализуется следующим образом (см. фиг. 1).

Очищаемый газ по трубопроводу 4 подает в адсорбер 1, где он, проходя через слой адсорбента 3, очищается от влаги, двуокиси углерода и других примесей. Очищенный газ из адсорбера 1 по трубопроводу 5 направляют на низкотемпературное разделение.

Регенерирующий газ, отбираемый из воздухоразделительной установки, по трубопроводу 8 подают через регулирующий вентиль 7 в электронагреватель 6, а затем по трубопроводу 9 в адсорбер 1. После адсорбера 1, отработанный газ сбрасывается в атмосферу по трубопроводу 10, на котором установлен глушитель 11, служащий для уменьшения шума при выходе регенерирующего газа и при сбросе давления из адсорбера 1.

Процесс автоматического управления начинается на первой, после первичной десорбции, стадии адсорбции.

Данные об измеренных величинах расхода, давления и температуры очищаемого газа из устройств 12, 13, 14 передаются (тонкие линии на фиг. 1) на микропроцессор 19, где по соответствующему алгоритму производится вычисление продолжительности стадии адсорбции, расхода, температуры регенерирующего газа и времени нагрева адсорбента при десорбции. На стадии адсорбции ее время уточняется по результатам измерения времени проскока диоксида углерода в промежуточном слое адсорбента работающего адсорбера, (устройство 15), а также уточняются параметры десорбции (температура, расход регенерирующего газа и время нагрева адсорбента).

По вычисленным значениям передаются соответствующие команды на программно-временное устройство 20 (пунктирные линии на фиг, 1), электронагреватель 6 и регулятор расхода 7. При проведении последующей стадии десорбции производится измерение реальных расходов регенерирующего газа, его температуры на входе и выходе из адсорбера (соответственно устройства 17, 18, 19) и времени нагрева адсорбента.

По измеренным значениям параметров десорбции микропроцессором 19 производится вычисление параметров последующей стадии адсорбции. Затем весь процесс повторяется.

На фиг. 2 представлена экспериментальная установленная взаимосвязь параметров адсорбции и десорбции. Приведены значения относительного времени нагрева адсорбционного слоя θ и доли регенерирующего газа от количества очищаемого газа от температуры адсорбции t_адс.

Из графика видно, что при одной и той же температуре десорбции и постоянной доле регенерирующего газа с ростом температуры адсорбции относительное время нагрева адсорбента должно определенным образом увеличиваться.

Если же время нагрева адсорбента остается постоянным, например 0,4 τ_адс(τ_адс время адсорбции), то увеличение температура адсорбции при определенной температуре десорбции требует обязательного увеличения относительной доли регенерирующего газа.

Установленная зависимость свидетельствует о том, что между параметрами процесса существует однозначная взаимосвязь. Выбор этих параметров произвольно, без учета этой взаимосвязи приводит или к неоправданно увеличенным затратам энергии, или к невозможности реализации цикла адсорбция-десорбция.

На фиг. 3 представлена зависимость времени адсорбции ( где время адсорбции при температуре очищаемого газа +5^oC) от температуры регенерирующего газа t_рег в режиме минимальных энергозатрат.

Из графика видно, что наряду с влиянием параметров адсорбции (расход, давление и температура очищаемого газа) на параметры десорбции (расход, температура регенерирующего газа и время нагрева адсорбента) параметры десорбции в свою очередь влияют на параметры адсорбции.

Так при постоянной температуре очищаемого газа в зависимости от температуры регенерирующего газа время последующей стадии адсорбции будет изменяться. С уменьшением температуры регенерирующего газа время последующей стадии адсорбции сокращается.

Таким образом, результаты экспериментов подтверждают возможность реализации автоматического управления процессом адсорбционной очистки газов.

На основании установленной взаимосвязи параметров был разработан алгоритм автоматического регулирования и проведена его экспериментальная проверка. Результаты этой проверки представлены в таблице.

Сопоставление экспериментальных значений параметров адсорбции и десорбции со значениями, определенными по алгоритму управления
V, V' расход очищаемого газа и регенерирующего газа соответственно нм³/час (760 мм рт ст, 20^oC);
P давление очищаемого газа, кг/см²;
T, T' температура очищаемого газа и регенерирующего газа при нагреве адсорбента, ^oC;
τ_экс, τ_расч время работы адсорберов на очистку экспериментальное и определенное по алгоритму управления;
время нагрева адсорбента экспериментальное и определенное по алгоритму управления.

Использование предлагаемого способа автоматического управления адсорбционной очисткой устанавливает однозначную взаимосвязь между параметрами адсорбции и десорбции, а вся система очистки автоматически выводится на режим с минимальными энергозатратами и поддерживается его, с учетом возможных в процессе эксплуатации колебаний параметров процесса. Расход энергии при этом сократится более, чем в 2 раза.

Изобретение относится к очистке газов от примесей с помощью адсорбентов, а точнее, к очистке воздуха от паров воды, диоксида углерода и углеводородов перед его разделением методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения: параметры стадии десорбции определяют и регулируют в зависимости от параметров предыдущей стадии адсорбции, а затем по параметрам стадии десорбции регулируют параметры последующей стадии адсорбции. 3 ил., 1 табл.

Способ автоматического управления процессом адсорбционной очистки путем переключения адсорберов с размещенным в них слоем адсорбента со стадии адсорбции на стадию десорбции и наоборот, отличающийся тем, что расход, температуру регенерирующего газа и время нагрева адсорбента на стадии десорбции регулируют в зависимости от расхода, температуры и давления очищаемого газа, измеренных на предыдущей стадии адсорбции, а время последующей стадии адсорбции регулируют в зависимости от расхода регенерирующего газа и его температуры на входе и выходе из адсорбера с дополнительной коррекцией по измеренному времени отработки слоя адсорбента на текущей стадии адсорбции.