ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК B01D53/04 

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно к аппаратам для проведения адсорбционных процессов, в частности, к распределительному устройству для адсорбционной колонны и может быть широко использовано в реакционных аппаратах процессов нефтегазопереработки.

Известно распределительное устройство, позволяющее более полно использовать адсорбент, оно имеет перфорированный короб, сужающийся книзу, перфорацию на переходнике, соединяющем короб с патрубком вывода потока, перегородки, ограничивающие слои адсорбента и разделяющие их в виде Л-образных жалюзийных элементов, причем в перегородках, разделяющих слои адсорбента, на линии сгиба Л-образных жалюзийных элементов выполнены отверстия (Патент РФ №2038127, 1995 г.).

Недостатками устройства является то, что при уменьшении оптимального отношения между большей стороной поперечного сечения короба и диаметра корпуса менее 0,6 резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя около перфорированного короба, что влечет за собой увеличение количества адсорбента, не участвующего в массообмене. Кроме того, устройство достаточно сложно в исполнении.

Известно распределительное устройство для адсорбционной колонны, содержащее систему распределительных труб и сопл для жидкостей или газов (Патент РФ №2146553, 1998 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно применимо для колонн с упорядоченно структурированной набивкой, где определенным участкам набивки должны соответствовать отдельные зоны сопел. В краевой зоне образуется отклонение от равномерного распределения фильтрующего потока. Конструкция сопел достаточно сложна, а необходимость установки сопел таким образом, чтобы выполнялось соответствие определенным участкам набивки, еще более усложняет применение данного устройства.

Наиболее близким, по сути, к предлагаемому изобретению является газораспределительное устройство, имеющее поперечную по отношению к потоку круглую перегородку в виде металлического круга, с помощью которого поток газа направляется от центра к периферии.

Недостатками устройства является то, что при столкновении газа с устройством образуется вихревое движение потока, что в свою очередь приводит к неравномерному распределению потока газа при прохождении его через слой адсорбента (см. кн. В.А.Гуляев, Г.А.Ластовкин, Е.М.Ратнер и др. Промышленные установки каталитического риформинга. Л.: Химия, 1989, с.132).

Техническая задача - равномерное распределение газового потока по поперечному сечению адсорбера в процессе осушки.

Технический результат - повышение эффективности работы адсорбера за счет более полного использования адсорбента, обусловленного равномерным распределением потока газа.

Он достигается тем, что устройство имеет два соосных металлических кольца разных диаметров и поперечную по отношению к потоку газа круглую перегородку, расположенных в адсорбере последовательно по ходу движения газа на определенной высоте друг от друга, соединенные между собой радиальными крепежными опорами, кольца и круглая перегородка снабжены с нижней стороны двенадцатью постоянными магнитами, установленными под углом 30° друг к другу, при этом диаметры колец и перегородки рассчитаны так, что обеспечивают разделение потока газа на три равные части, направляемые сначала перпендикулярно оси устройства между кольцами и перегородкой, а затем вниз на поверхность адсорбента.

Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность прохождения газа в двух направлениях (при адсорбции и регенерации).

На чертеже показано предлагаемое устройство, установленное в адсорбере (вид сбоку и снизу). Оно содержит верхнее кольцо (1), промежуточное кольцо (2), круглую перегородку (3), постоянные магниты (4) с креплениями, установленными на нижней стороне колец и круглой перегородки, радиальные крепежные опоры (5), предназначенные для соединения колец, круглой перегородки и крепления их внутри адсорбера. Устройство установлено в адсорбере (6), которое имеет входной патрубок для газа (7).

Устройство изготовлено из нержавеющей стали аустенитного класса. Постоянные магниты расположены под углом 30° по отношению друг к другу в количестве 12 шт. Геометрические размеры основных узлов устройства определяются по формулам:

D₀=D_адc·0,42; D₁=(D₀)²/12·h₁; D₂=(D₀)²/12·h₂; D₃=1,25D₀;

где D₀ - диаметр входного патрубка;

D_адс - диаметр адсорбера;

D₁ - внутренний диаметр верхнего кольца;

D₂ - внутренний диаметр промежуточного кольца;

D₃ - диаметр круглой перегородки;

h₀=D₀/12, h₁=(D₀)²/12·D₁, h₂=(D₀)²/12·D₂,

где h₀ - высота между нижней поверхностью входного патрубка и верхним кольцом;

h₁ - высота между верхним и промежуточным кольцом;

h₂ - высота между промежуточным кольцом и круглой перегородкой.

Устройство работает следующим образом: газ поступает в адсорбер (6) через входной патрубок (7), обтекает поверхности колец (1-2) и круглой перегородки (3), одновременно проходя через соосные отверстия колец перпендикулярно оси устройства, направляясь вниз на поверхность адсорбента.

За счет последовательно расположенных колец расчетного диаметра и круглой перегородки, находящихся на определенной высоте друг от друга, достигается равномерный ввод газа в слой адсорбента. После входного патрубка 1/3 отсекаемого потока газа проходит между входным патрубком и верхним кольцом, 1/3 - между верхним и промежуточным кольцом и 1/3 - между промежуточным кольцом и круглой перегородкой.

Между кольцами и круглой перегородкой газ подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого двенадцатью постоянными магнитами, количество и расположение которых под углом 30° друг к другу обусловлено созданием магнитной индукции в интервале 0,050-0,012 Тл, что в свою очередь способствует выравниванию потока газа.

Для оценки эффективности работы предлагаемого устройства проведены испытания на пилотной установке, моделирующей условия процесса осушки газа, протекающего в промышленном адсорбере. Для оценки равномерности распределения потока газа применяли показатель интенсивности окраски гранул, который зависит от количества красителя, адсорбирующегося на гранулах адсорбента. Критериями количественной оценки равномерности распределения газового потока служило количество окрашенных и неокрашенных гранул адсорбента. Неокрашенные гранулы свидетельствовали об отсутствии потока газа, а окрашенные об интенсивности потока газа, проходящего в той области.

При сравнительных испытаниях предлагаемого устройства количество окрашенных гранул адсорбента составило 98%, а неокрашенных - 2%, в то время как у прототипа количество окрашенных гранул адсорбента составило 86%, а неокрашенных - 14%.

Преимущества предлагаемого устройства - равномерное распределение газового потока по поперечному сечению адсорбера в процессе осушки газа, что повышает эффективность работы адсорбера за счет более полного использования адсорбента.

Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Газораспределительное устройство установлено в адсорбере 6 и содержит перегородку 3, выполненную круглой и расположенную поперечно по отношению к потоку газа. Над перегородкой 3 по ходу движения газа установлены соосные металлические верхнее 1 и промежуточное 2 кольца разных диаметров, соединенные между собой радиальными крепежными опорами 5. Кольца 1, 2 и перегородка 3 снабжены с нижней стороны двенадцатью постоянными магнитами 4, установленными под углом 30° друг к другу. Изобретение позволяет повысить эффективность работы адсорбера за счет более полного использования адсорбента, обусловленного равномерным распределением потока газа. 1 ил.

Газораспределительное устройство адсорбера, содержащее перегородку, отличающееся тем, что перегородка выполнена круглой и расположена поперечно по отношению к потоку газа, над перегородкой по ходу движения газа установлены соосные металлические верхнее и промежуточное кольца разных диаметров, соединенные между собой радиальными крепежными опорами; кольца и перегородка снабжены с нижней стороны двенадцатью постоянными магнитами, установленными под углом 30° друг к другу, при этом диаметр входного патрубка, внутренние диаметры верхнего и промежуточного кольца, диаметр круглой перегородки, высота между нижней поверхностью входного патрубка и верхним кольцом, между верхним и промежуточным кольцом, а также между промежуточным кольцом и круглой перегородкой определяются по формулам:
D₀=D_адc·0,42; D₁=(D₀)²/12·h₁; D₂=(D₀)²/12·h₂; D₃=1,25D₀;
h₀=D₀/12, h₁=(D₀)²/12·D₁, h₂=(D₀)²/12·D₂,
где D₀ - диаметр входного патрубка;
D_адс - диаметр адсорбера;
D₁ - внутренний диаметр верхнего кольца;
D₂ - внутренний диаметр промежуточного кольца;
D₃ - диаметр круглой перегородки;
h₀ - высота между нижней поверхностью входного патрубка и верхним кольцом;
h₁ - высота между верхним и промежуточным кольцом;
h₂ - высота между промежуточным кольцом и круглой перегородкой.