АДСОРБЕР Российский патент 2023 года по МПК F25B37/00 

Изобретение относится к адсорбционной технике и может быть использовано в газоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известен адсорбер, состоящий из двугорлового баллона, адсорбента, подводящего и отводящего фильтров, выполненных в виде перфорированных стаканов, фильтры дополнительно снабжены фильтрующими элементами цилиндрической изогнутой формы в виде пятилепесткового якоря [патент RU 2031332 С1, МПК F25B 37/00, дата публикации 20.03.1995].

Недостатком данного устройства является наличие попадания в установку, в которой используется адсорбер, вредных примесей вследствие ухудшения свойств адсорбента вызванного его истиранием (повреждение при трении) и снижения реальной продолжительности времени защитного действия.

Известны адсорберы, состоящие из двугорлового баллона, адсорбента, двух сетчатых фильтров и фланцев [Герш С.Я. Глубокое охлаждение. Госэнергоиздат, 1960, части II, с. 127, рис. 2-38; АКДС-70М2. Альбом рисунков к техническому описанию и инструкции по эксплуатации КО 101.000.000-ТО1. РИО Упрполиграфиздата, Омск, 1985, с 16, рис. 16-прототип].

К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие возможности корректировки времени защитного действия адсорбера в процессе его эксплуатации которое задается на этапе проектирования по соответствующим расчетным методикам с использованием данных о динамической емкости применяемого адсорбента, среднего расхода очищаемого газа, его температуры, избыточного давления в адсорбере и др. и не учитывает деградацию свойств адсорбента вследствие его истирания (повреждения при трении).

Техническим результатом является учет деградации свойств адсорбента возникающей вследствие его истирания (повреждения при трении) в процессе эксплуатации путем корректировки времени защитного действия адсорбера и исключения случаев выхода очищенного газа из адсорбера с содержанием примесей выше допустимых значений.

Технический результат достигается тем, что в адсорбере, содержащем двугорловый баллон с адсорбентом, запорные устройства ввода неочищенного газа и вывода очищенного газа, внутри двугорлового баллона установлена газоотводная трубка, входной конец которой расположен на заданном расстоянии АН от горловины выхода очищенного газа и снабжен фильтром, преимущественно, сетчатым, выходной конец трубки через горловину вывода очищенного газа выведен наружу, соединен последовательно с фильтром тонкой очистки и далее с газоанализатором, связанным с возможностью непрерывной подачи сигнала об объемной доле углекислоты в очищаемом газе с входом блока расчета, а выход блока расчета соединен с входом регистрирующего прибора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 показана схема работы устройства.

На блок-схеме и схеме работы устройства обозначено:

1 - адсорбер;

2 - двугорловый баллон;

3 - адсорбент,

4 - запорное устройство ввода неочищенного газа;

5 - запорное устройство вывода очищенного газа;

6 - газоотводная трубка;

7 - сетчатый фильтр;

8 - фильтр тонкой очистки;

9 - газоанализатор;

10 - блок сравнения и расчета;

11 - регистрирующий прибор;

12 - фронт объемной доли углекислоты в очищаемом газе;

13 - порог допустимой объемной доли углекислоты в очищенном газе.

Предлагаемый адсорбер 1 содержит двугорловый баллон 2, в котором размещен адсорбент 3. Неочищенный газ подводится через запорное устройство 4 ввода неочищенного газа, а отводится через запорное устройство 5 вывода очищенного газа.

Газоотводная трубка 6, на входном конце которой установлен сетчатый фильтр 7, а на выходном фильтр тонкой очистки 8, предназначена для отвода части очищаемого газа из адсорбера и подачи его в газоанализатор 9. Газоотводная трубка 6 может быть медной или латунной.

Сетчатый фильтр 7 предназначен для предотвращения уноса адсорбента потоком газа и может быть выполнен в форме цилиндра с сетчатым фильтрующим элементом.

Фильтр тонкой очистки 8 предназначен для очистки анализируемого газа от пыли адсорбента и исключения ее попадания в газоанализатор 9.

Газоанализатор 9 предназначен для определения объемной доли углекислоты в очищаемом газе. Газоанализатор 9 может определять объемную долю углекислоты с использованием измерительных каналов, основанных на оптико-акустических или термокондуктометрических принципах действия [Руководство по эксплуатации газоанализатора ГАММА-100 ИБЯЛ.413251.001 РЭ - С.: ФГПУ «СПО «Аналитприбор», 2019. - 88 с.].

Блок сравнения и расчета 10 предназначен для сравнения поступившего сигнала на его вход с выхода газоанализатора 9 с заданным значением и проведения расчета оставшегося времени защитного действия адсорбера 1 и последующей передачи информации об оставшемся времени защитного действия на регистрирующий прибор 11. Блок сравнения и расчета 10 имеет один вход, соединенный с выходом газоанализатора 9, и один выход, соединенный с входом регистрирующего прибора 11. Блок сравнения и расчета 10 может быть выполнен на основе программного микроконтроллера или электронно-вычислительной машины.

Предложенное устройство работает следующим образом.

В процессе работы устройства, приведенного на фиг. 1, неочищенный газ непрерывным потоком поступает через запорное устройство 4 ввода неочищенного газа, верхнюю горловину двугорлового баллона 2 адсорбера 1 в двугорловый баллон 2, где происходит очистка и осушка его от примесей, в частности, от углекислоты адсорбентом 3.

Основная часть очищенного газа выходит через нижнюю горловину двугорлового баллона 2 адсорбера 1 и по трубопроводу поступает к запорному устройству 5 вывода очищенного газа из адсорбера 1 и далее потребителю. Часть очищаемого газа в адсорбере 1 непрерывно отводится через сетчатый фильтр 7 по газоотводной трубке 6, расположенной на удалении ΔН от нижней части двугорлового баллона 2 с адсорбентом 3, и через фильтр тонкой очистки 8, предназначенный для очистки от пыли адсорбента, для проведения анализа в газоанализатор 9.

Газоанализатор 9 обеспечивает непрерывное определение объемной доли углекислоты в очищаемом газе с заданным периодом Δt, при этом сигнал с выхода газоанализатора 9 поступает на вход блока сравнения и расчета 10.

Блок сравнения и расчета 10 включается в работу в момент времени начала работы адсорбера 1, и далее непрерывно сравнивает, поступающие от газоанализатора значения объемной доли углекислоты в очищаемом газе, с заданным значением и при их совпадении рассчитывает оставшееся время защитного действия адсорбера 1 по формуле:

где Δh_з,ост - высота оставшегося неиспользованного слоя адсорбента; ω_ф - скорость перемещения фронта объемной доли углекислого газа 12 в очищаемом газе вдоль адсорбера; H - высота слоя адсорбента 3 в двугорловом баллоне 2; ΔН - расстояние от сетчатого фильтра 7 до нижней части двугорлового баллона 2 адсорбера 1; с₀ - заданное значение объемной доли углекислоты, через время t₀ с начала работы адсорбера 1; с_р - максимально допустимая объемная доля углекислоты в очищенном газе; c_t - объемная доля углекислоты в очищаемом газе измеренное газоанализатором 9 в момент времени t=t₀+Δt; t₀ - время от начала включения в работу адсорбера 1 до момента поступления на вход блока сравнения и расчета 10 сигнала от газоанализатора 9 об увеличении объемной доли углекислоты в очищаемом газе до заданного значения с₀; Δt - период между измерениями объемной доли углекислоты.

При движении потока очищаемого газа вдоль двугорлового баллона происходит адсорбция на поверхности адсорбента содержащихся в очищаемом газе молекул углекислоты. Количество углекислоты поглощаемого адсорбентом определяется поглотительной способностью применяемого адсорбента, степенью его насыщения и текущей объемной долей углекислоты в очищаемом газе. Вследствие непрерывного поглощения адсорбентом углекислоты, формируется фронт (на фиг. 2 обозначено поз. 12), представляющий собой зависимость изменения объемной доли углекислоты, содержащейся в очищаемом газе по длине адсорбера в текущий момент времени. Верхняя граница фронта определяется содержанием углекислоты в неочищенном газе, а нижняя - степенью очистки адсорбента, которая была достигнута в процессе регенерации его свойств. В работе [Серпинова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. Изд. 2-е переработ. и доп. М.: Высшая школа, 1969. 415 с.] показано, что форма фронта, характеризующего содержание объемной доли углекислоты в очищаемом газе, в областях близких к максимальному и минимальному его значениям не линейна. Характер же адсорбции углекислоты при объемной доле ее содержания в анализируемом газе соответствующей области средних значений позволяет считать форму фронта близкой к линейной.

Скорость движения фронта объемной доли углекислоты в очищаемом газе вдоль двугорлового баллона определяется по формуле

где t₀ - время от начала включения в работу адсорбера 1 до момента поступления на вход блока сравнения и расчета 10 сигнала от газоанализатора 9 об увеличении объемной доли углекислоты в очищаемом газе до заданного значения с₀. Значение с₀ определяется как среднее значение между объемной долей углекислоты в неочищенном газе c_max и максимальной допустимой объемной долей углекислоты в очищенном газе с_р по формуле

Высота оставшегося рабочего слоя адсорбента Δh_з,ост в соответствии с фиг. 2 определяется расстоянием между фронтами объемной доли углекислого газа в очищаемом газе в точках 0_t и 0_з, которые соответствуют моменту проведения второго измерения объемной доли углекислоты в очищаемом газе равном c_t (точка d на фиг. 2, время t=t₀+Δt) и моменту времени при котором объемная доля углекислоты в очищаемом газе достигнет порогового значения с_р на выходе из адсорбера (точка р на фиг. 2, время t=t_з,max). Она составит

где Δh_ф - расстояние, на которое сместится фронт объемной доли углекислоты в анализируемом газе за время проведения измерений Δt, определяется соотношением

Δh_p - расстояние по длине двугорлового баллона 2 адсорбера 1 обеспечивающее понижение объемной доли углекислоты в очищаемом газе от с₀ до с_р. Данная высота слоя адсорбента Δh_p определяется из геометрического подобия треугольников cd0 и ab0 (см. фиг. 2) по выражению

где с₀ - объемная доля углекислоты, определяемое соотношением (3) и зафиксированное газоанализатором в результате достижения заданного значения в очищаемом газе через время t₀ с начала работы адсорбера 1, c_t - объемная доля углекислоты в очищаемом газе измеренное газоанализатором 9 в момент времени t=t₀+Δt.

С учетом (3) - (6) для высоты оставшегося рабочего слоя адсорбента Δh_з,ост - можно записать

Окончательно с учетом (1), (2) и (7) оставшееся время защитного действия адсорбера составит

Предлагаемое устройство позволяет рассчитать оставшееся время защитного действия адсорбента и не допустить увеличения объемной доли углекислоты выше максимального допустимого значения, что является очень важным при управлении процессом ректификации в воздухоразделительных установках, при этом простота конструкции обеспечивает высокую надежность устройства.

Использование предложенного технического решения позволит создать адсорбер с устройством определения оставшегося времени защитного действия адсорбента, что даст возможность улучшить эксплуатационные характеристики адсорбера.

Изобретение относится к адсорбционной технике и может быть использовано в газоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Адсорбер содержит двугорловый баллон с адсорбентом, запорные устройства ввода неочищенного газа и вывода очищенного газа. Внутри баллона установлена газоотводная трубка. Входной конец трубки, расположен на заданном расстоянии от горловины вывода очищенного газа и снабжен фильтром, преимущественно, сетчатым. Выходной конец трубки через горловину вывода очищенного газа выведен наружу, который соединен последовательно с фильтром тонкой очистки и далее с газоанализатором. Газоанализатор имеет возможность непрерывной подачи сигнала об объемной доле углекислоты в очищаемом газе блоку сравнения и расчета, а блок сравнения и расчета соединен с регистрирующим прибором. Техническим результатом является учет деградации свойств адсорбента, возникающей вследствие его истирания в процессе эксплуатации путем корректировки времени защитного действия адсорбера и исключения случаев выхода очищенного газа из адсорбера с содержанием примесей выше допустимых значений. 2 ил.

Адсорбер, содержащий двугорловый баллон с адсорбентом, запорные устройства ввода неочищенного газа и вывода очищенного газа, отличающийся тем, что внутри баллона установлена газоотводная трубка, входной конец которой расположен на заданном расстоянии от горловины вывода очищенного газа и снабжен фильтром, преимущественно, сетчатым, выходной конец трубки через горловину вывода очищенного газа выведен наружу, соединен последовательно с фильтром тонкой очистки и далее с газоанализатором, связанным с возможностью непрерывной подачи сигнала об объемной доле углекислоты в очищаемом газе с блоком сравнения и расчета, при этом блок сравнения и расчета соединен с регистрирующим прибором.