СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦЕОЛИТА ПРИ ОЧИСТКЕ АЗОТОВОДОРОДНОЙ СМЕСИ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И ПАРОВ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК B01J20/34 B01D53/02 

1. Область техники
Изобретение относится к адсорбционной технике и может быть использовано для очистки продуктов воздушной конверсии углеводородов от диоксида углерода и паров воды при получении азотоводородной смеси, применяемой в стекольной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

2. Уровень техники
Известен способ очистки продуктов воздушной конверсии углеводородов от диоксида углерода и паров воды водным раствором моноэтаноламина, регенерация которого осуществляется в отгоночной колонне, за счет использования тепла.

Недостатком данного способа является большой расход воды, электроэнергии и высокие остаточные концентрации диоксида углерода и паров воды (Эстрин Б. М. "Производство и применение контролируемых атмосфер". - М.: Металлургия. - 1973, с. 121-130).

Известен также способ очистки продуктов воздушной конверсии углеводородов от диоксида углерода и паров воды с применением цеолитов (там же, с. 130 - 135), регенерация которых осуществляется двумя способами:
первый - путем нагрева его и продувкой сухим газом;
второй - созданием вакуума с одновременной продувкой сухим газом или сбрасыванием давления (при высоком давлении очищаемого газа).

Недостатком первого способа является продолжительная регенерация цеолита с большими затратами энергии на нагрев цеолита, а затем его охлаждение.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения по технической сущности и достигаемому результату является "Способ очистки контролируемых атмосфер от двуокиси углерода и воды", SU 1380764, МКИ В 01 D 53/02, где регенерация адсорбента осуществляется вакуумированием с одновременной продувкой адсорбента. Причем продувку осуществляют в два этапа: сначала воздухом, затем очищенной контролируемой атмосферой.

Недостатками данного способа являются:
1) На первом этапе регенерации для продувки адсорбента применяют воздух, имеющий высокое содержание влаги и кислорода. Учитывая, что адсорбер заполнен последовательно тремя слоями адсорбента - силикагелем, цеолитом Nax и цеолитом СаА-5, при прохождении через эти слои неочищенной контролируемой атмосферы сначала адсорбируется влага, затем диоксид углерода, так как на предувлажненном адсорбенте диоксид углерода не адсорбируется, тем более на силикагеле.

При регенерации идет противоточная продувка адсорбентов не осушенным воздухом. Начиная со слоя, где адсорбирован диоксид углерода, происходит вытеснение диоксида углерода и насыщение этого слоя влагой. В результате весь адсорбент оказывается насыщенным влагой, которую за короткий срок продувки очищенной контролируемой атмосферой (30% от времени, отведенного на регенерацию) практически невозможно удалить.

2) Во время первого этапа регенерации для продувки адсорбента принимается повышенный расход воздуха (в 1,2-2,0 раза превышающий расход очищенной контролируемой атмосферы) и продолжительность этого этапа составляет до 70% времени регенерации. Повышенный расход воздуха на продувку адсорбента резко снижает глубину вакуума, а следовательно, и снижается скорость регенерации.

3. Сущность изобретения
Для повышения эффективности удаления диоксида углерода и паров воды из слоя насыщенного цеолита регенерация цеолита осуществляется в две стадии: сначала вакуумированием при скорости снижения давления 0,5-5,0 кПа/с, затем вакууминированием с одновременной продувкой сухим газом, очищенным от диоксида углерода, при остаточном давлении 10-20 кПа/с и скорости потока газа 0,05-0,1 м/с.

Блок очистки из трех адсорберов, заполненных одним адсорбентом - цеолитом Nax, работающих в следующей последовательности: в одном адсорбере идет очистка газовой смеси от диоксида углерода и паров воды, другой находится на регенерации, в третьем идет выравнивание давления после регенерации.

В режиме регенерации, на первой стадии, с помощью форвакуумной системы осуществляется снижение давления в адсорбере при скорости 0,5-5,0 кПа/с, обеспечивающей высокую скорость потока газа, удаляемого из свободного объема адсорбента. На этой стадии удаляется часть воды и практически полностью диоксид углерода. Высокая скорость удаления диоксида углерода создается быстрым снижением парциального давления этого компонента. Однако необходимая глубина удаления диоксида на этой стадии не достигается.

Скорость удаления воды значительно ниже за счет большей энергии взаимодействия ее молекул с катионами кристаллической решетки цеолита.

После достижения остаточного давления 10-20 кПа с помощью основной вакуумной системы осуществляется вторая стадия регенерации - продувка слоя цеолита сухим очищенным газом при скорости потока 0,05-0,1 м/с с поддержанием достигнутой глубины вакуума.

На этой стадии происходит глубокая регенерация цеолита от остаточных количеств диоксида углерода и паров воды, не удаленных на первой стадии.

Двухстадийная регенерация цеолита позволяет достигать такого состояния цеолита, когда величина адсорбции воды будет меньше, чем при удалении ее во время регенерации. При этом адсорбционный фронт насыщения цеолита влагой становится менее размытым, что значительно повышает активность цеолита по диоксиду углерода.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Предлагаемый способ регенерации цеолита, насыщенного диоксидом углерода и парами воды, прошел проверку на промышленной установке ОАО "СИС" производительностью 400 нм³/ч азотоводородной смеси. Регенерация осуществлялась при скоростях снижения давления в диапазоне 0,5-5,0 кПа/с на первой стадии и скорости потока газа 0,05-0,1 м/с - на второй стадии. Отрегенерированный цеолит указанным способом на стадии адсорбции позволял очищать азотоводородную смесь от диоксида углерода и паров воды, остаточная концентрация которых не превышала: по диоксиду углерода 0,001% по объему, а по влаге - на уровне минус 70 по температуре точки росы.

Изобретение относится к процессам адсорбции-десорбции. Регенерацию слоя цеолита, насыщенного при очистке азотоводородной смеси, осуществляют в две стадии с применением вакуума. На первой стадии происходит высокая скорость снижения давления в адсорбенте до остаточного давления 10÷20 кПа без продувки слоя цеолита. На второй стадии поддерживается достигнутая глубина вакуума и одновременно осуществляется продувка слоя цеолита сухим газом при скорости потока 0,05÷0,1 м/с. Изобретение позволяет повысить эффективность регенерации.

Способ регенерации цеолита при очистке азотоводородной смеси от диоксида углерода и паров воды, включающий регенерацию противоточной продувкой сухим газом при давлении меньшем, чем давление адсорбции, отличающийся тем, что регенерация цеолита осуществляется в две стадии: сначала вакуумированием при скорости снижения давления 0,5-5,0 кПа/с, затем вакуумированием с одновременной продувкой очищенной азотоводородной смесью при остаточном давлении 10-20 кПа и скорости потока газа 0,05-0,1 м/с.