СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B01D53/18 B01J19/30 

Изобретение относится к массообменным способам извлечения жидкостью компонентов газовой смеси и может быть использовано в массообменном оборудовании химической промышленности.

В химических процессах абсорбцию компонентов газа, обладающих конечной растворимостью, осуществляют путем противоточного движения потоков жидкости и газа в турбулентном режиме с использованием двух - трех ступеней контакта в насадочных и барботажных колоннах (книга Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. - М.: Химия, 1982). Однако для работы массообменного оборудования на каждой ступени необходимы высоконапорные насосы и компрессорное оборудование, что требует значительных энергетических затрат.

Известен способ для абсорбции газов и устройство для его осуществления (патент RU №2310499 С2, B01D 53/18, B01J 19/30, дата публикации 20.02.2007), включающий последовательный контакт жидкости и газа в насадочных и барботажных камерах осуществляющийся шестью ступенями очистки, при этом исходный газ и часть циркулирующей газожидкостной смеси смешивают в вентиляторе высокого давления, затем газовую смесь подают в камеру орошения первой ступени, где производят ее контакт с мелкодисперсными каплями жидкости, которые образуются при подаче струй жидкости на акустические ультразвуковые диспергаторы, далее газожидкостная смесь в прямоточном режиме проходит через элементы загрузки насадочной камеры второй ступени, где происходит дальнейшая диффузия газа в жидкость, конденсированную в емкостях элементов насадки и на ее поверхности; затем основную часть газожидкостной смеси продавливают по трубам прямой подачи в верхний слой жидкости барботажной камеры третей ступени, а остальную часть газожидкостной смеси вовлекают вихревые воронки, образуемые при сливе конденсированной жидкости в аэрационные колонны и газожидкостная смесь поступает в нижний слой жидкости барботажной камеры третьей ступени, далее газожидкостную смесь, прошедшую через жидкость барботажной камеры третьей ступени, разделяют на два потока; циркулирующую часть смеси подают в вентилятор высокого давления, а отводимую часть направляют в камеру орошения четвертой ступени, где осуществляют дальнейший контакт с циркулирующей жидкостью, которая разбрызгивается на отдельные капли с помощью отражательных зонтов периодического профиля, затем окончательный контакт между фазами газ-жидкость осуществляют последовательно в насадочной камере пятой ступени, аэрационных колоннах и в барботажной камере шестой ступени очистки.

Однако при прямоточном движении газа последовательно через шесть камер он обедняется, в то же время концентрация молекул газа в абсорбенте постепенно повышается, и возможно возникновение ситуаций неустойчивого равновесия между фазами газ-жидкость на конечном этапе межфазного контакта. Подача на акустические диспергаторы смеси свежего и циркулирующего абсорбента повышает энергозатраты.

Известно устройство (см. там же), включающее шесть камер, в камере орошения первой ступени установлены акустические ультразвуковые диспергаторы, а в камере орошения четвертой ступени установлены отражательные зонты, насадочные камеры второй и пятой ступени заполнены шаровидными элементами, в барботажной камере третьей ступени установлены трубы прямой подачи и аэрационные колонны, а в барботажной камере шестой ступени установлены аэрационные колонны.

Однако, устройство не гарантирует стабильный эффект равновесного насыщения абсорбента компонентами газа и не обеспечивает необходимого повышенного парциального давления газа.

Повысить эффективность абсорбции жидкостью молекул газа, обладающих конечной растворимостью, и в то же время создать устойчивое равновесие в растворе абсорбента можно с помощью устройства двух контуров турбулентного движения потоков жидкости и газа через насадочные и барботажные колонны в противоточном и прямоточном режиме.

Задачей изобретения является достижение эффекта конечной растворимости газов в жидкости с максимальной абсорбцией трудноизвлекаемых компонентов газов и автоматизация технологических процессов для снижения энергозатрат.

Сущность изобретения заключается в том, что способ абсорбции газов, включающий последовательный контакт жидкости и газа в шести насадочных и барботажных камерах, дробление капель жидкости акустическими ультразвуковыми диспергаторами и отражательными зонтами, использование в насадочных камерах загрузки в виде шаров с углублениями в сферической поверхности, вовлечение газа через аэрационные колонны в барботажные камеры и циркуляционный насос, при этом для завершения процесса достижения равновесной концентрации молекул газа в жидкости выводимого абсорбента исходный газ вначале диспергируют в жидкость конечной и основной барботажных камер I ступени контакта, в основную камеру подают газожидкостную смесь, образующуюся за счет вовлечения рециркулируемого газа в аэрационных колоннах при сливе жидкости из насадочной камеры II ступени контакта и абсорбент из барботажной камеры VI ступени контакта, затем всплывший в I ступени газ перепускают в насадочную камеру II ступени, где при противоточном движении происходит дальнейшая диффузия газа в жидкость на поверхности и в емкостях элементов насадки, далее осуществляют контакт газа с каплями циркулирующей жидкости, образующимися с помощью рассеивающих отражателей, в камере орошения III ступени контакта, потом газ перепускают в камеру орошения IV ступени контакта, где непрореагировавший газ контактирует с мелкодисперсными каплями жидкости, образующимися при подаче части свежего абсорбента на акустические ультразвуковые диспергаторы, и каплями циркулирующей жидкости и остальной части свежего абсорбента, образующимися с помощью рассеивающих отражателей, далее газожидкостная смесь в прямоточном режиме проходит через элементы загрузки насадочной камеры V ступени контакта, где происходит конденсация мельчайших капель жидкости и межфазный контакт газа с жидкостью, находящейся на поверхности и внутри элементов загрузки, затем окончательный процесс абсорбции молекул газа и конденсации мельчайших капель жидкости осуществляют за счет контакта обедненного газа и жидкости в аэрационных колоннах и в объеме барботажной камеры VI ступени контакта.

Сущность изобретения заключается также в том, что устройство для осуществления способа содержит установку, состоящую из шести камер, в барботажных камерах установлены аэрационные колонны, насадочные камеры заполнены шаровидными элементами, в камерах орошения установлены отражательные зонты и акустические ультразвуковые диспергаторы, при этом барботажная камера I ступени разделена перегородкой на конечную и основную барботажные камеры, и в них установлены керамические диспергаторы и/или ультразвуковые свистки Гартмана. К конечной камере подключен трубопровод отвода абсорбента, а к основной камере I ступени и к барботажной камере VI ступени подключены циркуляционные насосы, напорные трубопроводы которых подсоединены к рассеивающим отражателям камер орошения III и IV ступеней, напорный трубопровод насоса подачи абсорбента подсоединен к акустическому ультразвуковому диспергатору, установленному в камере орошения IV ступени, и к напорному трубопроводу циркуляционного насоса, подсоединенного к барботажной камере VI ступени.

- закрытое пространство между камерами I и II ступеней подсоединено трубопроводом отвода газа к распределительным соплам, установленным в нижней части насадочной камеры II ступени, трубопровод отвода газа из камеры орошения III ступени подсоединен к камере орошения IV ступени,

- трубопроводы подвода, перепуска и отвода газа и абсорбента снабжены электромагнитными клапанами, насосы оборудованы частотными преобразователями, электромагнитные клапаны, преобразователи и кондиционер подсоединены к блоку коммутации системы автоматического управления.

Для достижения технического результата предлагается:

- производить на конечном этапе процесса получения ценного продукта предельное насыщение абсорбента молекулами газа в барботажной камере первой ступени с достижением равновесного состояния за счет контакта выводимого абсорбента со свежим диспергированным и рециркулируемым при помощи струйной эжекции газа с полным завершением химических реакций;

- осуществить противоточный контакт между газом и абсорбентом во второй ступени в элементах загрузки, обладающих развитой поверхностью и позволяющих увеличить время контакта в насадочной камере;

- осуществить дальнейшее извлечение молекул газа абсорбентом в камере орошения третьей ступени;

- продолжить в камере орошения четвертой ступени извлечение трудно извлекаемых компонентов обедненного газа мелкодисперсными каплями свежего абсорбента, образующимися с помощью акустических диспергаторов, снабженных продольно-крутильными ультразвуковыми волноводами, формирующими сложное ультразвуковое поле, и каплями циркулирующего и свежего абсорбента, образующимися с помощью рассеивающих отражателей;

- осуществить прямоточный контакт в насадочной камере пятой ступени между обедненным газом и свежим абсорбентом в элементах насадочной загрузки, обладающих развитой поверхностью и длительным временем контакта;

- продолжить в барботажной камере шестой ступени межфазный контакт свежего абсорбента и обедненного газа с помощью струйной эжекции;

- автоматизировать технологический процесс получения продукции с помощью системы автоматического управления (САУ), реализующей работу по заданным эталонным переходным характеристикам с 10-тью изменяющимися параметрами и оптимизацией теплового режима по критерию минимизации приведенных экономических затрат. САУ в своем составе использует многопетлевые отрицательные обратные связи, а синтезированные уникальные цифровые регуляторы обеспечивают минимальные время переходного процесса, полностью компенсируют статическую ошибку регулирования системы. Характерной особенностью синтезированной САУ является отсутствие величины перерегулирования или первого динамического выбега системы, которое обеспечивает экспоненциальную форму переходных процессов, что благоприятно сказывается на устойчивости объекта управления при различных уровнях воздействия внешних возмущающих факторов. Многоуровневая система управления процессом абсорбции газов имеет в своем составе цифровой модуль, обеспечивающий функцию предсказания, что обеспечивает максимальное быстродействие и высокую производительность системы, за счет изменения управляющих воздействий в процессе изменения контролируемых параметров при одновременном снижении значения динамической погрешности работы системы.

Для обеспечения высокой надежности работы объекта управления САУ оснащена комплексом диагностики и мониторинга, который использует в своей работе самосинхронизирующийся манчестерский код. Данный метод физического кодирования имеет высокую помехозащищенность, а применяемые при передачи данных устройства логического кодирования обеспечивают скремблирование и дескремблирование данных, что позволяет восстанавливать данные по оригинальному алгоритму.

Измерение физических величин ведется датчиками первичной информации, которые их преобразуют в электрические сигналы и цифровые коды. Для обеспечения максимальной достоверности преобразованных величин и полученных данных программно-аппаратный модуль проводит их проверку на адекватность по критерию Кохрена, что обеспечивает высокую надежность работы САУ и исключает ложные срабатывания системы.

Многоуровневая система управления абсорбции газов имеет в своем составе два уровня: глобальный и локальный, что позволяет хорошо распараллелить выполняемые системой операции и снизить аппаратные требования к использованному вычислительному оборудованию.

Предлагаем пример осуществления способа. В способе абсорбции газа свежий газ с примесями подают компрессором на I ступень контакта. При переработке попутного газа в бензин подача на I ступень может осуществляться за счет избыточного давления в подающих трубопроводах. Диспергирование газа в конечной и основной камерах на I ступени осуществляют с помощью керамических мембран, обладающих микропористой структурой для образования пузырьков размером порядка до 500 мкм, или с использованием ультразвуковых свистков Гартмана. При массопередаче между жидкой и газовой фазой в конечной камере достигается равновесная концентрация компонентов газа в выводимом абсорбенте. Процесс интенсивного насыщения абсорбента молекулами газа и химическое реагирование осуществляется в реакционном объеме основной камеры. Перемешивание жидкости и насыщение ее газовой составляющей осуществляют с помощью аэрационных колонн с высотой заглубления от 0,5 до 3 м. Всплытие мелких пузырьков диспергированного газа от керамических диспергаторов или свистков Гартмана и пузырьков газа (2-10 мм), выделяющихся из газожидкостной эмульсии, выходящей из аэрационных колонн в объемном соотношении между ними примерно 1 : (0,5-2), обеспечивает интенсивный процесс массопередачи молекул газа в насыщаемый раствор абсорбента. При рециркуляции потоков свежего газа и абсорбента создается большая межфазная поверхность, которая в сочетании со временем, достаточным для протекания химических реакций, обеспечивает верхний предел достижения равновесной концентрации компонентов газа в выводимом абсорбенте и высокую степень извлечения ценного продукта.

Газ из всплывающих пузырьков перепускается на II ступень, равномерно распределяется по объему насадки и вследствие парциального давления движется вверх через шаровидные элементы загрузки. Навстречу через орошаемую загрузку сливается жидкость, смачивая ее поверхность и проходя через емкости, создаваемые углублениями в элементах загрузки. Через капли, пленку жидкости на смачиваемой поверхности (до 80% от общей площади элемента насадки) и через поверхность жидкости в углублениях происходят процессы дальнейшей диффузии химических компонентов газа в абсорбент.

Затем газ, выходящий из II ступени, орошается каплями жидкости с помощью рассеивающих отражателей на III ступени. Необходимая площадь межфазной поверхности достигается за счет циркуляции абсорбента между III, II и I ступенями и циркуляцией потоков газа между II и I ступенями. При этом эффект извлечения компонентов газа на I ступени составляет порядка 40-50% и 30-40% на II и III ступенях.

Для дальнейшего извлечения остаточных газовых компонентов (≈30%), в том числе труднорастворимых, обедненный газ на IV ступени орошается мелкодисперсными каплями свежего абсорбента (10-30% от общего расхода), образуемыми с помощью акустического диспергатора и каплями циркулирующей жидкости и остальной части свежего абсорбента, разбрызгиваемыми рассеивающими отражателями. При этом очень маленькие капли в основном неподвижны, и перенос в них осуществляется за счет молекулярной диффузии. В каплях малого и среднего размеров возникает ламинарная тороидальная внутренняя циркуляция, которая уменьшает длину пробега в процессе молекулярной диффузии. В случае больших капель наблюдается гидродинамический режим с внутренним перемешиванием, вызванным эффектом колебания поверхности капли. Изменением размера капель и кратности циркуляции жидкости регулируется величина межфазной поверхности контакта.

Далее газ и жидкость в прямоточном режиме движутся вниз через шаровидные элементы загрузки V ступени. Конденсация мельчайших капель обеспечивает 95%-ную смачиваемость поверхности загрузки. При соприкосновении мельчайших капель с более крупными происходит их слияние. Во время движения газа и жидкости через элементы загрузки с заполненными жидкостью емкостями в них протекают химические реакции между свежим абсорбентом и обедненным газом.

Затем жидкость и газ поступают через аэрационные колонны в VI ступень, в которой осуществляется конечная растворимость молекул газа с протеканием химических реакций и отделение газовой фазы от жидкой среды. Газ попадает в закрытое пространство между V и VI ступенями и отводится через выпускной клапан. Этим регулируется парциальное давление газа в межкамерных пространствах и обеспечивается поверхностная диффузия молекул газа. Клапаны на потоках газов между I и II, III и IV ступенями обеспечивают расчетное парциальное давление на границах газ - жидкость. Абсорбент, частично насыщенный газовыми компонентами, перетекает в I ступень.

Массопередача между фазами сопровождается тепловыми эффектами, обычно экзотермическими. Повышение температуры оказывает неблагоприятное влияние на равновесие. Снижение температуры обеспечивается охлаждающими устройствами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема заявляемого устройства для осуществления способа.

Устройство содержит установку 1 с шестью камерами; модуль акустического диспергирования 2; насосы 3, кондиционер 4 и блок автоматического управления 5. Трубопровод подачи газа с электромагнитным клапаном 6 подсоединен к керамическим диспергаторам 7 и/или ультразвуковым свисткам Гартмана, установленным в барботажной камере, разделенной перегородкой на основную камеру 8 и конечную камеру 9. Камера 9 снабжена трубопроводом отвода абсорбента с гидрозатвором 10. Емкость камеры 8 подсоединена всасывающим патрубком к циркуляционному насосу 3, а напорный трубопровод 11 подсоединен к рассеивающим отражателям 12, установленным в камере орошения 13. Рассеивающие отражатели 12 могут иметь форму сопел с зонтами в виде цилиндров разного диаметра, имеющих продольные нарезы, или в виде сливных патрубков с отражательными дисками. Под камерой орошения 13 расположена насадочная камера 14, заполненная керамической загрузкой из шаровидных элементов 15 с углублениями в сферической поверхности. Под колосниковой решеткой насадочной камеры 14 расположен сборный поддон 16, в котором имеется стокосборник с подсоединенными к нему трубами струйной эжекции газа (аэрационные колонны) 17, концы которых опущены в нижний слой жидкости барботажной камеры 8. Пространство между камерами 8, 9 и 14 выполнено закрытым, и к нему подсоединен трубопровод отвода газа с электромагнитным клапаном 18. Трубопровод 18, в свою очередь, оборудован соплами для распределения газа по объему насадочной камеры 14. Камера 14 соединена перепускным трубопроводом с электромагнитным клапаном 19 с камерой орошения 20. В камере 20 установлены рассеивающие отражатели 12, которые подсоединены напорным трубопроводом 21 к циркуляционному насосу 3, всасывающий патрубок которого соединен с барботажной камерой 22. В камере 20 также установлен акустический ультразвуковой диспергатор 23, к которому подведен трубопровод свежего абсорбента 24 и трубопровод от модуля 2. Трубопровод подачи свежего абсорбента 24 подсоединен с помощью трубопровода с электромагнитным клапаном также к напорному трубопроводу 21. Под камерой орошения 20 расположена насадочная камера 25, заполненная керамической загрузкой из шаровидных элементов 15 с углублениями в сферической поверхности. Под колосниковой решеткой камеры 25 расположен сборный поддон 16, в котором имеется стокосборник с подсоединенными к нему трубами струйной эжекции газа (аэрационные колонны) 17, концы которых опущены в нижний слой жидкости барботажной камеры 22. Пространство между камерами 25 и 22 выполнено закрытым, и к нему подсоединен трубопровод отвода газа с электромагнитным клапаном 26. Корпус установки закрыт теплоизоляционной стенкой 27 и имеет пространство для движения хладагента от кондиционера 4. Электромагнитные клапаны на трубопроводах 6, 18, 19, 26, модуль акустического диспергирования 2, частотные преобразователи насосов 3 и кондиционер 4 соединены проводами с блоком автоматического управления 5.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом: газ по напорному трубопроводу с электромагнитным клапаном 6 подается к керамическим диспергаторам 7 и/или ультразвуковым свисткам Гартмана, установленным в барботажных камерах 8 и 9. В камеру 8 по аэрационным колоннам 17 поступает газожидкостная смесь циркулирующего абсорбента и газа и перетекает частично обогащенный растворенными веществами абсорбент из барботажной камеры 22. В камере 8 при интенсивном турбулентном режиме достигается высокая степень растворимости газового компонента в абсорбенте и химического реагирования. Затем раствор абсорбента поступает через прозор в камеру 9. Диспергирование пузырьков свежего газа с помощью керамических диспергаторов или свистка Гартмана размером до 500 мкм и время пребывания в камере обеспечивают достижение конечной равновесной концентрации молекул газа в растворе. Насыщенный раствор абсорбента отводится по трубопроводу 10. Поступивший и циркулирующий газы смешиваются и скапливаются в межкамерном пространстве, где при заглублении аэрационных колонн под уровень жидкости на 1-1,5 м можно создать парциальное давление газа, равное 4-2 МПа. Газ затем перепускается по трубопроводу 18 в нижнюю часть насадочной камеры 14. С помощью установленного на трубопроводе электромагнитного клапана регулируется необходимое парциальное давление газа в межкамерном пространстве, камере орошения 13 и насадочной камере 14. Поступивший в камеру 14 газ через равномерно расставленные сопла распределяется по объему камеры. Поднимающийся вверх газ контактирует с жидкостью, стекающей по элементам загрузки 15. При противоточном движении газа и жидкости через шаровидные элементы загрузки 15 на них образуются пленка жидкости и капли. При наполнении емкостей одного или двух углублений в шаровидных элементах жидкость перетекает на нижние элементы. Через смачиваемую поверхность элементов и поверхность жидкости в углублениях происходит диффузия молекул газа. Степень насыщения абсорбента и химического реагирования повышаются за счет увеличения времени пребывания жидкости в загрузке. Затем жидкость стекает по сборному поддону 16 в стокосборник и в аэрационные колонны 17, в которых происходит засасывание газа и образуется газожидкостная смесь. Пузырьки газа при выходе из нижних концов колонн отделяются и всплывают. Расчетное количество вовлекаемого аэрационными колоннами газа при высоте колонн над жидкостью барботажной камеры 8 в пределах 1-2 м и заглублениях колонн 1-3 м составляет 0,9-0,5 м³/м³ жидкости. При парциальном давлении газа в камере 14 выше атмосферного (0,1-4 МПа) объем засасываемого газа увеличивается. Наиболее высокие показатели по объему вовлекаемого воздуха и коэффициентам массопередачи характерны для аэрационных колонн, в которых образуются хорошо развитые вихревые воронки. Газ из всплывающих пузырьков аэрационных колонн 17 и пузырьков диспергаторов 7 отводится по трубопроводу 18 в насадочную камеру 14, а затем в камеру орошения 13. Туда же циркуляционным насосом 3 по трубопроводу 11 подается жидкость из камеры 8. При подаче жидкости на рассеивающие отражатели 12 поток жидкости дробится об цилиндрические выступы и прорези отражательных зонтов вследствие чего образуется большое количество мелких, средних и крупных капель жидкости, имеющих различные траектории движения. Возможно использование для дробления отражательных дисков. Камера 13 работает в режиме газопромывателя. Вследствие повышенного парциального давления газа в камере 13 поток газа движется по трубопроводу 19 в камеру орошения 20. Установленный на трубопроводе электромагнитный клапан обеспечивает расчетное парциальное давление газа в камерах 20 и 25. В камеру 20 на акустический диспергатор 23 по трубопроводу 24 подается часть свежего абсорбента порядка 10-30% от общего расхода. Акустическое диспергирование основано на эффекте кавитации, которая позволяет развить большие значения давления возникающих при схлопывании кавитационных полостей. Значение амплитуд давлений в ударной волне при схлопывании кавитационных полостей могут достигать сотен тысяч атмосфер, что обеспечивает гарантированное диспергирование жидких сред. За счет применения в акустическом диспергаторе 23 продольно-крутильного ультразвукового волновода коэффициент диспергирования увеличивается в 2 и более раз. Акустическая система снабжена ультразвуковым генератором, индуктивным датчиком акустической обратной связи, системой охлаждения и магнитострикционным преобразователем, размещаемыми в модуле 2.

В массообменных процессах первой, второй и третьей ступеней осуществляется абсорбция летучих газовых компонентов. В то же время более сложной задачей является абсорбция веществ из непрореагировавшего газа. Поэтому с помощью акустического диспергирования на четвертой ступени обработки создается большая поверхность межфазного контакта для улавливания молекул газа. Для создания необходимых циркуляционных потоков жидкости и газа на IV, V, VI ступенях контакта, увеличения поверхности контакта фаз и слияния мельчайших капель абсорбента в камеру 20 циркуляционным насосом 3 подается раствор циркулирующего абсорбента по трубопроводу 21 на рассеивающие отражатели 12, К 21 отводом с электромагнитным клапаном подсоединен трубопровод 24. По отводу подается основная часть (80-60%) свежего абсорбента. Далее газожидкостная смесь в прямоточном режиме движется сверху вниз через насадочную камеру 25. Вследствие развитой смачиваемой поверхности элементов и большой поверхности жидкости в углублениях происходит дальнейшая диффузия молекул газа в жидкость и химические реакции. Сливающаяся по сборному поддону 16 в стокосборник жидкость поступает в аэрационные колонны 17 и вследствие возникновения вихревых воронок вовлекает газовую составляющую с мельчайшими каплями жидкости в камеру 22. При движении газа и жидкости в аэрационных колоннах 17, подъеме большого количества газовых пузырьков продолжается процесс массопередачи. Обедненный газ, прошедший через барботажную камеру, концентрируется в межкамерном пространстве V и VI ступеней. Для регулировки парциального давления газа между контуром I, II, III ступеней контакта и контуром IV, V, VI ступеней контакта, а также усиления эффекта поверхностной диффузии газа в жидкость предусмотрена установка электромагнитного клапана на отводящем трубопроводе 26. Температурный режим работы установки поддерживается за счет кондиционера 4, подающего хладагент в пространство между теплоизоляционной стенкой 27 и корпусом установки.

Блок автоматического управления 5 является дискретной системой автоматического регулирования. В своем составе он имеет следующие модули: вычислительный, интерфейсный, коммутационный, селекторный, аналого-цифровой, цифроаналоговый. При запуске блока автоматического управления происходит диагностика работы вычислительного модуля, затем через интерфейсный модуль, который работает в полном дуплексном режиме, происходит запитывание датчиков первичной информации, после чего сигнал снимается с датчиков и передается в модуль аналого-цифрового преобразования и затем в контроллер (режим тестирования). При штатном режиме показаний датчиков система выдает соответствующее разрешение на формирование уставки для систем локального управления всего периферийного оборудования 2, 3, 4, 5, 23. В случае неисправности выдает код ошибки системы и переходит в защищенный режим. После формирования уставок запускается ультразвуковой генератор 2 и контур водяного охлаждения магнитострикционных преобразователей, размещенных в акустическом диспергаторе 23. Локальная система управления акустическим контуром (2, 23) через датчик акустической обратной связи устанавливает амплитуду ультразвуковых колебаний равной 15 мкм и затем она поддерживается контуром автоматической подстройки частоты. После чего запускаются система подачи газа, и датчик давления измеряет действующие значения давления в трубопроводе 6 перед электромагнитным клапаном. При достижении установленной величины давления в трубопроводе 6 электромагнитный клапан открывается, и газ поступает на керамические диспергаторы 7 или ультразвуковые свистки Гартмана, которые производят диспергирование газа в жидкости камеры 8. Для обеспечения эффективной работы системы электромагнитный клапан управляется системой таким образом, чтобы давление на входе ультразвукового свистка Гартмана было стабильным. После чего запускаются частотные регуляторы (инверторы), управляющие насосами 3 по показаниям датчиков давления и заданными пусковыми характеристиками. Для обеспечения максимальной производительности процесса абсорбции газа автоматическое управление регулирует работу систем орошения камер 13 и 20. В качестве датчиков качества диспергирования здесь использованы комплексные ультразвуковые модули измерения объема, которые включены в контуры отрицательной обратной связи работы насосов 3. После того, как во всех камерах установились заданные параметры давлений и температур, глобальная система управления начинает выходить на оптимальные режимы работы по критерию минимизации приведенных затрат при максимальной производительности.

Использование предлагаемого способа абсорбции газа и устройство для его осуществления позволит создавать новые типы массообменного оборудования для химической промышленности (газовые абсорберы, скрубберы, ректификационные, насадочные колонны). При этом обеспечивается максимальное извлечение газовых компонентов, в том числе трудноизвлекаемых, и гарантированное достижение равновесной концентрации в получаемом продукте. За счет интенсификации массообменных процессов высота оборудования может быть снижена с 50-80 м до 7-10 м. В качестве основного оборудования использованы низконапорные насосы с суммарным расходом электроэнергии до 0,5 кВт на 1 м³ насыщенного абсорбента и ультразвуковые генераторы для диспергирования до 30% объема свежего абсорбента с расходом 0,3-0,5 кВт на 1 м³. Эффективность процесса абсорбции можно регулировать путем изменения потоков жидкости, газа и температуры процесса, что позволяет полностью автоматизировать технологический процесс и снизить энергетические затраты в 2-3 раза.

Изобретение относится к массообменным способам извлечения жидкостью компонентов газовой смеси и может быть использовано в массообменном оборудовании химической промышленности. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее установку, состоящую из шести камер, в барботажных камерах установлены аэрационные колонны, насадочные камеры заполнены шаровидными элементами, в камерах орошения установлены рассеивающие отражатели и акустические ультразвуковые диспергаторы, отличающееся тем, что барботажная камера I ступени разделена перегородкой на конечную и основную барботажные камеры, и в них установлены керамические диспергаторы и/или ультразвуковые свистки Гартмана; к конечной камере подключен трубопровод отвода абсорбента; а к основной камере I ступени и к барботажной камере VI ступени подключены циркуляционные насосы, напорные трубопроводы которых подсоединены к рассеивающим отражателям камер III и IV ступеней, орошающих элементы загрузки насадочных камер II и V ступеней; напорный трубопровод насоса подачи абсорбента подсоединен к акустическому ультразвуковому диспергатору, установленному в камере орошения IV ступени, и к напорному трубопроводу циркуляционного насоса, подсоединенного к барботажной камере VI ступени. Технический результат – обеспечение достижения эффекта конечной растворимости молекул газов в жидкости с максимальной абсорбцией трудноизвлекаемых компонентов газов; автоматизация технологических процессов способствует снижению энергозатрат. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ абсорбции газов, включающий последовательный контакт жидкости и газа в шести насадочных и барботажных камерах, дробление капель жидкости акустическими ультразвуковыми диспергаторами и отражательными зонтами, использование в насадочных камерах загрузки в виде шаров с углублениями в сферической поверхности, вовлечение газа через аэрационные колонны в барботажные камеры и циркуляционный насос, отличающийся тем, что для завершения процесса достижения равновесной концентрации молекул газа в жидкости выводимого абсорбента исходный газ вначале диспергируют в жидкость конечной и/или основной барботажных камер I ступени контакта, в основную камеру подают газожидкостную смесь, образующуюся за счет вовлечения рециркулируемого газа в аэрационных колоннах при сливе жидкости из насадочной камеры II ступени контакта и абсорбент из барботажной камеры VI ступени контакта, затем всплывший в I ступени газ перепускают в насадочную камеру II ступени, где при противоточном движении происходит дальнейшая диффузия газа в жидкость на поверхности и в емкостях элементов насадки, далее осуществляют контакт газа с каплями циркулирующей жидкости, образующимися с помощью рассеивающих отражателей, в камере орошения III ступени контакта, потом газ перепускают в камеру орошения IV ступени контакта, где непрореагировавший газ контактирует с мелкодисперсными каплями жидкости, образующимися при подаче части свежего абсорбента на акустические ультразвуковые диспергаторы, и каплями циркулирующей жидкости и остальной части свежего абсорбента, образующимися с помощью рассеивающих отражателей, далее газожидкостная смесь в прямоточном режиме проходит через элементы загрузки насадочной камеры V ступени контакта, где происходит конденсация мельчайших капель жидкости и межфазный контакт газа с жидкостью, находящейся на поверхности и внутри элементов загрузки, затем окончательный процесс абсорбции молекул газа и конденсации мельчайших капель жидкости осуществляют за счет контакта обедненного газа и жидкости в аэрационных колоннах и в объеме барботажной камеры VI ступени контакта.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее установку, состоящую из шести камер, в барботажных камерах установлены аэрационные колонны, насадочные камеры заполнены шаровидными элементами, в камерах орошения установлены рассеивающие отражатели и акустические ультразвуковые диспергаторы, отличающееся тем, что барботажная камера I ступени разделена перегородкой на конечную и основную барботажные камеры, и в них установлены керамические диспергаторы и/или ультразвуковые свистки Гартмана; к конечной камере подключен трубопровод отвода абсорбента; а к основной камере I ступени и к барботажной камере VI ступени подключены циркуляционные насосы, напорные трубопроводы которых подсоединены к рассеивающим отражателям камер III и IV ступеней, орошающих элементы загрузки насадочных камер II и V ступеней; напорный трубопровод насоса подачи абсорбента подсоединен к акустическому ультразвуковому диспергатору, установленному в камере орошения IV ступени, и к напорному трубопроводу циркуляционного насоса, подсоединенного к барботажной камере VI ступени.

3. Устройство для осуществления способа по п. 2, отличающееся тем, что между камерами I и II ступеней образовано закрытое пространство, сообщающееся посредством трубопровода отвода газа с распределительными соплами, установленными в нижней части насадочной камеры II ступени, а трубопровод отвода газа из камеры орошения III ступени подсоединен к камере орошения IV ступени.

4. Устройство для осуществления способа по п. 2, 3, отличающееся тем, что трубопроводы подвода, перепуска и отвода газа и абсорбента снабжены электромагнитными клапанами; насосы оборудованы частотными преобразователями; электромагнитные клапаны, преобразователи и кондиционер подсоединены к блоку коммутации системы автоматического управления.