АДСОРБЕР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2000 года по МПК B01D53/06 

Изобретение относится к конструкциям адсорберов для очистки и разделения многокомпонентных газовых смесей в движущемся слое адсорбента и может быть использовано в процессах извлечения ценных углеводородных компонентов или токсичных веществ из отходящих газов нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности.

Известен аппарат для адсорбционного разделения многокомпонентных смесей, включающий корпус с штуцерами для ввода сырья и вывода очищенного продукта, внутри которого размещены адсорбционная секция, устройство для ввода и вывода адсорбента (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Кн. 2. -М.: Химия. 1981, с. 625).

Недостатком аппарата является невозможность выделения из адсорбента сорбированных веществ и для решения этой задачи необходимо использовать адсорбер в комплексе с десорбером и фракционирующей газы десорбции установкой.

Известен также адсорбер непрерывного действия, включающий корпус с адсорбционной и хроматографической секциями, внутри которого размещены колосниковые тарелки, распределительная тарелка со штуцером ввода исходного сырья, устройства для подвода тепла в хроматографическую секцию, аккумулирующие тарелки со штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций и устройства для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента (Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия. 1973, с. 576).

Недостатками аппарата являются недостаточная чистота выводимых фракций, загрязняемых компонентами соседних фракций, и значительные энергетические затраты на проведение стадии десорбции. Известен также адсорбер непрерывного действия, включающий корпус с адсорбционной и хроматографической секциями, внутри которых размещены колосниковые тарелки, распределительная тарелка со штуцером ввода исходного сырья, устройства для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующие тарелки со штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций, устройства для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента и вертикальные пластины, сопряженные боковыми и нижними кромками с корпусом и верхними кромками, расположенными выше распределительной тарелки (Положительное решение о выдаче ВНИИГПЭ патента на изобретение от 06.01.97 г. по заявке N 96114056/25 (019797) "Адсорбер непрерывного действия", 6 B 01 D 53/06, дата приоритета 05.07.96).

Недостатком адсорбера является неполнота использования энергетического потенциала хроматографической секции при проведении стадии десорбции примесей с адсорбента.

Цель изобретения - повышение уровня энергетического потенциала хроматографической секции и снижение энергозатрат при проведении стадии десорбции примесей с адсорбента.

Поставленная цель достигается тем, что в адсорбере непрерывного действия, включающем корпус с адсорбционной и хроматографическими секциями, внутри которых размещены колосниковые тарелки, распределительную тарелку со штуцером ввода исходного сырья, устройства для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующие тарелки со штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций, устройства для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента и вертикальные пластины, сопряженные боковыми и нижними кромками с корпусом и верхними кромками, расположенными выше распределительной тарелки, нижняя часть корпуса с хроматографическими секциями выполнена ступенчатой, причем секция с более высокой температурой десорбции размещена выше секции с более низкой температурой, смежные хроматографические секции с более высокой и более низкой температурой десорбции имеют узел смешения разнотемпературного адсорбента, размещенный над зоной подвода тепла нижележащей хроматографической секции, а днище каждой хроматографической секции выполнено с углом наклона, превышающим угол естественного откоса слоя гранулированного адсорбента.

Подобное взаимное расположение хроматографических секций позволяет обеспечить через узел смешения разнотемпературного адсорбента переток регенерированного горячего адсорбента в нижележащую хроматографическую секцию с более низкой температурой регенерации адсорбента, формируя таким образом рекуперативный теплообмен смешением горячего и холодного адсорбента в нижележащей хроматографической секции, что позволяет на величину рекуперированного теплового потока снизить подвод тепла в устройство подвода тепла соответствующей более низко расположенной хроматографической секции.

Для свободного выхода регенерированного адсорбента из хроматографических секций необходимо, чтобы днище каждой хроматографической секции было выполнено с углом наклона, превышающим угол естественного откоса слоя гранулированного адсорбента.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого адсорбера для разделения сырья на четыре фракции.

Адсорбер содержит корпус 1, в котором размещены адсорбционная секция 2 и хроматографические секции 3 (3, 3', 3'' и т.д. в зависимости от числа хроматографических секций), разделенные вертикальными пластинами 4. Между адсорбционной и первой хроматографическими секциями располагается распределительная тарелка 5 со штуцером ввода исходного сырья 6. В верхней части корпуса 1 расположена аккумулирующая тарелка 7 со штуцером 8 для вывода очищенного газа, в нижней части каждой хроматографической секции расположена аккумулирующая тарелка 9 со штуцером 10 для вывода выделенных фракций. Хроматографические секции включают змеевики 11 для подачи теплоносителя.

Корпус адсорбера снабжен устройствами 12 и 13 для ввода свежего и вывода отработанного регенерированного адсорбента и колосниковыми тарелками 14 для выравнивания структуры потока по высоте секций адсорбера. В нижней части смежных хроматографических секций размещаются узлы смешения разнотемпературного адсорбента 15.

Адсорбер работает следующим образом.

Адсорбент через устройство 12 вводится в корпус 1 и вступает в противоточный контакт с сырьем, вводимым через штуцер 6 и распределительную тарелку 5. Сырье в адсорбере делится на четыре компонента (фракции) за счет взаимодействия потоков в адсорбционной секции 2 и хроматографических секциях 3, обеспечивающих концентрирование по секциям (3, 3', 3'' и т.д.) последовательно хуже сорбируемых компонентов (фракций), которые отводятся через аккумулирующие тарелки 9 со штуцерами 10. Неадсорбированный компонент (фракция) выводится через аккумулирующую тарелку 7 со штуцером 8. При контакте адсорбента со змеевиками 11 для подачи теплоносителя в нижней части каждой хроматографической секции обеспечиваются условия для десорбции ранее преимущественно сорбированного компонента (фракции). Перемещение горячего регенерированного адсорбента через узлы смешения разнотемпературного адсорбента 15 из вышележащих хроматографических секций в нижележащие обеспечивает перемещение тепловых потоков из высокотемпературных зон в низкотемпературные.

Положительный эффект изобретения заключается в снижении общих энергозатрат на реализацию адсорбционного процесса за счет рекуперации тепла высокотемпературного адсорбента низкотемпературным адсорбентом при сохранении остальных характеристик аппарата - производительности по разделяемому сырью, качества разделения, капитальных затрат. Преимущество заявляемого изобретения подтверждается расчетными примерами по сопоставлению энергозатрат в различных конструкциях адсорберов с тремя хроматографическими секциями при расходе адсорбента по 10 т/час в каждой зоне при теплоемкости сорбента 1 кДж/кг•^oC и температурах десорбции соответственно по зонам (по мере снижения температуры) 370, 320 и 270^oC и температуре в адсорбционной зоне 20^oC.

Пример 1. При наличии перетока регенерированного адсорбента через перфорированную нижнюю часть вертикальных перегородок по заявляемому изобретению затраты тепла на разогрев адсорбента составляют:
- по первой хроматографической секции на разогрев 10 т/час адсорбента от 20 до 370^oC:
Q₁ = 10000 (кг/час)•1(кДж/кг•^oC•(370-20)(^oC) = 3500000 кДж/час;
- по второй хроматографической секции: при смешении горячего (370^oC) и холодного (20^oC) потоков адсорбента по 10 т/час каждый его начальная температура составит (370+20)/2=195^oC и на нагрев 20 т/час от 195 до 320^oC потребуется
Q₂ = 20000(кг/час)•1(кДж/кг•^oC)•(320-195)(^oC) = 2500000 кДж/час;
- по третьей хроматографической секции:
при смешении 20 т/час горячего (320^oC) и 10 т/час холодного (20^oC) потоков адсорбента его начальная температура составит (320•20+20•10)/30=220^oC и на нагрев 30 т/час от 220 до 270^oC потребуется
Q₂ = 30000(кг/час)•1(кДж/кг•^oC)*(270-220)(^oC) = 1500000 кДж/час;
итого на нагрев адсорбента в адсорбере необходимо подвести
Q = Q₁+ Q₂ + Q₃ = 3500000+2500000+1500000 = 7500000 кДж/час.

Пример 2. По прототипу необходим теплоподвод:
- по первой хроматографической секции на разогрев 10 т/час адсорбента от 20 до 370^oC
Q₁ = 10000(кг/час)•1(кДж/кг• ^oC)•(370-20)(^oC) = 3500000 кДж/час;
- по второй хроматографической секции на разогрев 10 т/час адсорбента от 20 до 320^oC
Q₂ = 10000 (кг/час)•1(кДж/кг•^oC)•(320-20)(^oC) = 3000000 кДж/час;
- по третьей хроматографической секции на разогрев 10 т/час адсорбента от 20 до 270^oC
Q₃ = 10000 (кг/час)•1(кДж/кг•^oC)•(270-20)(^oC) = 2500000 кДж/час; итого на нагрев адсорбента в адсорбере необходимо подвести
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 3500000+3000000+2500000 = 9500000 кДж/час.

Сопоставление примеров 1 и 2 показывает, что заявляемое изобретение позволяет уменьшить энергозатраты на проведение процесса до 20,5% по сравнению с прототипом.

Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности для реализации адсорбционных процессов в движущемся слое адсорбента. Сущность изобретения: адсорбер непрерывного действия состоит из корпуса с адсорбционной и хроматографическими секциями, внутри которых размещены колосниковые тарелки, распределительной тарелки со штуцером ввода исходного сырья, устройств для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующих тарелок со штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций, устройств для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента и вертикальных пластин, сопряженных боковыми и нижними кромками с корпусом и верхними кромками, расположенными выше распределительной тарелки. Нижняя часть корпуса с хроматографическими секциями выполнена ступенчатой, причем секция с более высокой температурой десорбции размещена выше секции с более низкой температурой, а смежные хроматографические секции с более высокой и более низкой температурой десорбции имеют узел смешения разнотемпературного адсорбента, размещенный над зоной подвода тепла нижележащей хроматографической секции, при этом днище каждой хроматографической секции выполнено с углом наклона, превышающим угол естественного откоса слоя гранулированного адсорбента. Изобретение позволяет повысить уровень использования энергетического потенциала хроматографической секции и снизить энергозатраты при проведении стадии десорбции примесей с адсорбента. 1 ил.

Адсорбер непрерывного действия, включающий корпус с адсорбционной и хроматографическими секциями, внутри которых размещены колосниковые тарелки, распределительную тарелку со штуцером ввода исходного сырья, устройства для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующие тарелки со штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций, устройства для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента и вертикальные пластины, сопряженные боковыми и нижними кромками с корпусом и верхними кромками, расположенными выше распределительной тарелки, отличающийся тем, что нижняя часть корпуса с хроматографическими секциями выполнена ступенчатой, причем секция с более высокой температурой десорбции размещена выше секции с более низкой температурой, смежные хроматографические секции с более высокой и более низкой температурой десорбции имеют узел смешения разнотемпературного адсорбента, размещенный над зоной подвода тепла нижележащей хроматографической секции, а днище каждой хроматографической секции выполнено с углом наклона, превышающим угол естественного откоса слоя гранулированного адсорбента.