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 хроматографическими 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 жесткость рабочего режима работы аппарата, так как регулирование качества получаемых продуктов возможно лишь за счет изменения подвода тепла в соответствующие устройства в хроматографических секциях.

Цель изобретения - расширение диапазона эксплуатационных параметров режима работы аппарата и числа степеней свободы при его регулировании за счет совершенствования конструкции аппарата.

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, вертикальные пластины выполнены в виде пустотелых щелевидных оболочек, открытых сверху и имеющих в нижней части разгрузочное устройство, в оболочках помещены дополнительные вертикальные пластины с возможностью их возвратно-поступательного перемещения внутри оболочек, выходящие своей верхней частью в объем слоя сорбента и соединенные штоками с рамами, сообщающимися с механизмами возвратно-поступательного движения, и входящие торцевыми кромками в пазы направляющих планок, закрепленных на корпусе. Размещение дополнительных вертикальных пластин с возможностью их возвратно-поступательного перемещения внутри оболочек обеспечивает регулирование высоты слоя сорбента в хроматографических секциях - основного фактора, обеспечивающего необходимую четкость разделения сырья в адсорбционном аппарате. Выдвижение дополнительной вертикальной пластины из щелевой оболочки в слой сорбента приводит к возрастанию высоты хроматографической секции и уменьшению высоты адсорбционной секции. Ввод дополнительной вертикальной пластины в щелевую оболочку из слоя сорбента приводит к уменьшению высоты хроматографической секции и возрастанию высоты адсорбционной секции.

В качестве механизма вращательно-поступательного движения используется реечная передача, причем реечный элемент реечной передачи жестко сообщается с рамой, передающей тяговое усилие от механизма возвратно-поступательного движения к дополнительной вертикальной пластине. Для того чтобы герметизировать пространство между секциями адсорбера и предотвратить непредусмотренный переток разделяемого продукта из одной секции в другую торцевые кромки дополнительных вертикальных пластин перемещаются в пазах направляющих планок, при этом зазор между стенкой паза и торцевой кромкой дополнительной вертикальной пластины должен быть меньше половины минимального геометрического размера гранул адсорбента во избежание попадания гранул адсорбента в пространство паза и исключения возможности дробления адсорбента при перемещениях дополнительной вертикальной пластины.

Для обеспечения возможности регулирования работы адсорбера необходимо, чтобы высота вертикальных пластин, выполненных в виде пустотелых щелевидных оболочек, была равна минимальной высоте хроматографической секции, прилегающей к пластине со стороны, противоположной месту ввода исходного сырья, определенной из условия предельно низкого качества фракций, поступающих в аккумулирующую тарелку этой секции, высота дополнительных вертикальных пластин, выдвигаемых из вертикальных пластин, выполненных в виде пустотелых щелевидных оболочек, в совокупности с высотой этих оболочек была равна максимальной высоте хроматографической секции, прилегающей к пластине со стороны, противоположной месту ввода исходного сырья, определенной из условия предельно высокого качества фракций, поступающих в аккумулирующую тарелку этой секции. Разгрузочное устройство представляет собой перфорацию пустотелых щелевидных оболочек с размером, не превышающим наименьший размер гранул адсорбента, что позволяет выводить из полости пустотелых щелевидных оболочек попавшие внутрь пылевидные частицы адсорбента, которые иначе могли бы препятствовать свободному перемещению дополнительных вертикальных пластин.

На фиг. 1 изображен предлагаемый адсорбер для разделения сырья на четыре фракции, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез адсорбера в сечении A-A на фиг. 1.

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 вертикальных пластинах 4 в форме щелевидных оболочек размещаются дополнительные вертикальные пластины 15, которые соединяются штоками 16 с рамами 17. Реечный элемент 18 реечной передачи 19 жестко сообщается с рамой 17. Крутящий момент на реечную передачу передается с электродвигателя 20 (не показан), устанавливаемого на верхней части корпуса 1 с его внешней или внутренней части в зависимости от свойств разделяемого продукта. На корпусе с внутренней стороны установлены направляющие планки 21 с пазами 22. В нижней части щелевидных оболочек имеется перфорация 23.

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. Секции разделены вертикальными пластинами 4 в форме щелевидных оболочек и дополнительными вертикальными пластинами 15. 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). При изменении условий ведения процесса (изменения расхода сырья, его состава, изменений качества получаемых компонентов (фракций)) расчетным путем определяется оптимальное распределение адсорбента между адсорбционной и хроматографической секциями и определяются расчетная высота каждой хроматографической секции и высота выдвижения дополнительных вертикальных пластин 15 из щелевидных оболочек 4. Реализация высоты выдвижения пластин 15 обеспечивается реечной передачей 19. Изменение направления перемещения дополнительных пластин 15 обеспечивается изменением направления вращения ротора электродвигателя 20 (не показан). Разгрузочное устройство в виде перфорации 23 пустотелых щелевидных оболочек 4 с размером, не превышающим наименьший размер гранул адсорбента, обеспечивает вывод из полости пустотелых щелевидных оболочек, попавших внутрь оболочек в ходе регулирования режима работы адсорбера пылевидных частиц адсорбента, которые перемещаются в движущийся слой и не препятствуют свободному перемещению дополнительных вертикальных пластин 15.

Положительный эффект изобретения заключается в обеспечении возможности регулирования показателей работы адсорбера и за счет этого расширения диапазона эксплуатационных параметров режима работы аппарата и числа степеней свободы при его регулировании за счет совершенствования конструкции аппарата.

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, в которых размещены колосниковые тарелки, распределительной тарелки с штуцером ввода исходного сырья, устройств для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующих тарелок с штуцерами вывода выделяемых из исходного сырья фракций, устройств для ввода свежего и вывода отработанного адсорбента и вертикальных пластин, выполненных в виде пустотелых щелевидных оболочек, открытых сверху. В оболочках помещены дополнительные вертикальные пластины с возможностью их возвратно-поступательного перемещения внутри оболочек, выходящие своей верхней частью в объем слоя сорбента и соединенные штоками с рамами, сообщающимися с механизмами возвратно-поступательного движения, и входящие торцевыми кромками в пазы направляющих планок, закрепленных на корпусе. Изобретение позволяет расширить диапазон эксплуатационных параметров режима работы аппарата и число степеней свободы при его регулировании за счет совершенствования конструкции аппарата. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Адсорбер непрерывного действия, включающий корпус с адсорбционной и хроматографическими секциями, в которых размещены колосниковые тарелки, распределительную тарелку с штуцером ввода исходного сырья, устройства для подвода тепла в хроматографические секции, аккумулирующие тарелки с 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 вертикальные пластины выполнены в виде пустотелых щелевидных оболочек, открытых сверху и имеющих в нижней части разгрузочное устройство, в оболочках помещены дополнительные вертикальные пластины с возможностью их возвратно-поступательного перемещения внутри оболочек, выходящие своей верхней частью в объем слоя сорбента и соединенные штоками с рамами, сообщающимися с механизмами возвратно-поступательного движения, и входящие торцевыми кромками в пазы направляющих планок, закрепленных на корпусе. 2. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что в качестве механизма вращательно-поступательного движения используется реечная передача. 3. Адсорбер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что реечный элемент реечной передачи жестко сообщается с рамой. 4. Адсорбер по пп.1- 3, отличающийся тем, что зазор между стенкой паза и торцевой кромкой дополнительной вертикальной пластины меньше половины минимального геометрического размера гранул адсорбента. 5. Адсорбер по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что высота вертикальных пластин, выполненных в виде пустотелых щелевидных оболочек, равна минимальной высоте хроматографической секции, прилегающей к пластине со стороны, противоположной месту ввода исходного сырья, определенной из условия предельно низкого качества фракций, поступающих в аккумулирующую тарелку этой секции. 6. Адсорбер по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что высота дополнительных вертикальных пластин, выдвигаемых из вертикальных пластин, выполненных в виде пустотелых щелевидных оболочек, в совокупности с высотой этих оболочек равна максимальной высоте хроматографической секции, прилегающей к пластине со стороны, противоположной месту ввода исходного сырья, определенной из условия предельно высокого качества фракций, поступающих в аккумулирующую тарелку этой секции. 7. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что разгрузочное устройство представляет собой перфорацию пустотелых щелевидных оболочек размером, не превышающим наименьший размер гранул адсорбента.