Циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газов Российский патент 2024 года по МПК B01D53/04 B04C9/00 

Изобретение относится к технике очистки газов и может быть использовано для очистки природных и сбросных газов от вредных компонентов, а именно газообразных соединений серы, оксидов азота, оксидов углерода и пр., и механических примесей.

Известен циклонный адсорбер для очистки природного газа, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого соосно помещена вертикальная центральная труба, сверху -вниз расположены горизонтальная кольцевая перегородка с диаметром центрального отверстия большим диаметра центральной трубы, полость между которой и крышкой корпуса образует кольцевой коллектор промывочной воды, центральное отверстие которого соединено с верхней кромкой перфорированной трубы оросительной рубашки, образующей между собой и центральной трубой кольцевую щель с зазором равным Δ₁, заглушенную снизу кольцевой планкой, примыкающую к нижней стороне кольцевой перегородки, перфорированную сбоку, изнутри и снизу кольцевую цилиндрическую корзину с зазором между ней и корпусом, закрытым сверху кольцевой перегородкой, открытым снизу и равным Δ₂, причем кольцевая цилиндрическая корзина заполнена гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, через верх корзины тангенциально пропущен входной патрубок, а кольцевой коллектор промывочной воды и коническое днище корпуса снабжены штуцером подачи промывочной воды и сливным штуцером [Патент РФ №2762736, МПК B04C 5/22, B01D 45/12, B01D 45/18, 2021].

Основными недостатками известного циклонного адсорбера для очистки природного газа являются быстрая закупорка пор гранул шлаковой пемзы мелкими частицами механических примесей, ведущая к резкому снижению ее адсорбционной активности и невозможность замены корзин отработавших гранул шлаковой пемзы, что снижает срок эксплуатации, надежность его работы и ухудшает эффективность очистки газа.

Более близким к предлагаемому изобретению является циклонный адсорбер для комплексной очистки природного газа, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого сверху-вниз расположена камера очищенного газа, снабженная сверху выходным патрубком и сбоку штуцером подачи промывочной воды, под которой соосно корпусу помещена (первая) кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, размещенная с кольцевым зазором равным Δ между между ее боковой поверхностью и стенкой корпуса и заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность перфорированной корзины покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой, внутри которой расположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через верх перфорированной корзины и фильтрующей перегородки в центральную полость тангенциально пропущен входной патрубок, снизу фильтрующая перегородка, перфорированная корзина и кольцевой зазор покрыты кольцевой заглушкой, диаметр отверстия которой равен диаметру центральной полости, при этом кольцевой зазор между перфорированной корзиной и стенкой корпуса образует кольцевые коллектор очищенного газа и коллектор промывочной воды, соединенные сверху с камерой очищенного газа, а коническое днище корпуса снабжено сливным штуцером [Патент РФ №2788911, МПК B04C 5/22, B01D 45/12, B01D 45/18, 2023].

Основными недостатками известного циклонного адсорбера для комплексной очистки природного газа являются недостаточная степень очистки газа, обусловленная присутствием в нижней части перфорированной корзины в гранулах шлака и у стенок корпуса некоторого количества промывочной воды, оставшейся после промывки из-за нижней кольцевой заглушки и невозможность замены отработавших гранул шлаковой пемзы, что снижает срок эксплуатации, надежность его работы и ухудшает эффективность очистки газа.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности работы и эффективности комплексного циклонно-прямоточного адсорбера для очистки о газа.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газа содержит цилиндрический корпус, состоящий из крышки, снабженной сверху выходным патрубком и сбоку штуцером подачи промывочной воды, соединенным внутри цилиндрической крышки с кольцевым коллектором промывочной воды, перфорированным снизу двумя рядами наклонных отверстий, сама крышка соединена через фланцевое соединение с камерой очистки цилиндрического корпуса, внутренняя поверхность которой снабжена верхним и нижним рядами кронштейнов, в которой соосно корпусу и коллектору промывочной воды помещены установленные на нижний ряд кронштейнов, первая кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу и цилиндрическая перегородка, размещенная с кольцевым зазором от наружной боковой поверхности первой корзины, установленная на верхний ряд кронштейнов между боковой поверхностью перегородки и стенкой цилиндрического корпуса вторая кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, плотно прижатая к стенкам корпуса и цилиндрической перегородки, причем первая и вторая корзины заполнены гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность первой корзины и нижняя поверхность второй корзины покрыты кольцевыми фильтрующими перегородками, внутри первой корзины расположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через вторую корзину, верх первой корзины и ее фильтрующей перегородки в центральную полость тангенциально пропущен входной патрубок, а коническое днище цилиндрического корпуса снабжено сливным штуцером.

Предлагаемый циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки природного газа (ЦПАКОГ) изображен на фиг. 1-4. Фиг. 1 - общий, фиг. 2, 3 - разрезы, фиг. 4 - узел стыковки цилиндрической крышки с цилиндрическим корпусом.

Циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газа содержит цилиндрический корпус 1, состоящий из крышки 2, снабженной сверху выходным патрубком 3 и сбоку штуцером подачи промывочной воды 4, соединенным внутри крышки 2 с кольцевым коллектором промывочной воды 5, перфорированным снизу двумя рядами наклонных отверстий 6, сама крышка 2 соединена через фланцевое соединение 7 с камерой очистки 8 корпуса 1, внутренняя поверхность которой снабжена верхним и нижним рядами кронштейнов 9 и 10, соответственно, в которой соосно ему и коллектору промывочной воды 4 помещены установленные на нижний ряд кронштейнов 10, первая кольцевая цилиндрическая корзина 11, перфорированная сбоку, снаружи и снизу и цилиндрическая перегородка 12, размещенная с кольцевым зазором 13 от наружной боковой поверхности корзины 11, установленная на верхний ряд кронштейнов 9, между боковой поверхностью перегородки 12 и стенкой камеры очистки 8 вторая кольцевая цилиндрическая корзина 14, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, плотно прижатая к стенкам корпуса 1 и цилиндрической перегородки 12, причем первая и вторая корзины 11 и 14 заполнены гранулами пемзы 15, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность первой корзины 11 и нижняя поверхность второй корзины 14 покрыты кольцевыми фильтрующими перегородками 16 и 17, внутри первой корзины 11 расположена центральная полость 18, закрытая сверху заглушкой 19, через вторую корзину 14, верх первой корзины 14 и фильтрующей перегородки 16 в центральную полость 18 тангенциально пропущен входной патрубок 20, а коническое днище корпуса 1 снабжено сливным штуцером 21.

В основу работы предлагаемого ЦПАКОГ положены использование процессов фильтрации мелких механических примесей фильтрующей перегородкой и адсорбции вредных газообразных примесей гранулированной шлаковой пемзой. В качестве фильтрующей перегородки используется фильтрующее полотно, изготовленное из химически стойкого, гидрофобного материала. Шлаковая пемза, изготовленная из основных металлургических шлаков, представляет собой материал с высокопористой механически прочной структурой (прочность на сдавливание до 2,7 МПа), состоящий из оксида кальция, оксида кремния, оксида алюминия и частично из оксида магния (CaO, SiO₂, Al₂O₃, MnO) c модулем основности М>1 [Строительные материалы. Справочник. Под ред. Болдырева А.С. и др. - М.: Стройизд.,1989, с. 423; Домокеев А.К. Строительные материалы. - М.: Высш. школа, 1989, с. 163]. Высокое значение модуля основности придает гранулам шлаковой пемзы основные свойства, позволяющие сорбировать на их поверхности вещества, обладающие кислыми свойствами, к которым относятся и вредные примеси, которые присутствуют в природных газах (соединения серы, диоксид углерода и пр.) [Ежов В.С. и др. Использование гранулированных доменных шлаков для очистки газообразных продуктов сгорания и атмосферного воздуха от вредных компонентов. Химическое и нефтегазовое машиностроение. №6, 2019. - С. 44-48]. Кроме того, исходя из своего состава, гранулы шлаковой пемзы устойчивы к коррозионному воздействию кислых компонентов природных газов, широкодоступны и дешевы.

ЦПАКОГ предназначен для очистки природного газа и сбросных газов (например, дымовых газов) от мелких механических примесей, сернистых соединений и оксидов азота и углерода. После предварительной очистки газа от конденсата, частиц кристаллогидратов углеводородов и большей части механических примесей газ из входного патрубка 20 тангенциально поступает в центральную полость 18 ЦПКОГ (вариант-батарея ЦПКОГ), где происходит закручивание его потока и частицы газа за счет центробежных сил отбрасываются к стенке кольцевой фильтрующей перегородки 16, проходят через нее, очищаясь при этом от мелких механических примесей и поступают в первую перфорированную кольцевую корзину 11, проникают вовнутрь ее и контактируют с гранулами шлаковой пемзы15, в порах которых происходит адсорбция молекул сероводорода, меркаптанов, оксидов серы, оксидов углерода и оксидов азота, обладающих кислыми свойствами, которая осуществляется за счет основности шлака. Адсорбированные сернистые соединения, диоксид углерода, оксиды азота, в свою очередь, взаимодействуют с частицами воды образующейся в порах гранул 15 в результате капиллярной конденсации паров воды, которые находятся в газе, с образованием соответствующих кислот H₂SO₄, HNO₃ и H₂CO₃. Кроме того, на поверхности и в порах гранул 15 оседают мелкодисперсные частицы. При этом наличие кольцевого зазора 13, образующего кольцевой коллектор большей части очищенного газа между стенкой цилиндрической перегородки 12 и наружной перфорированной стенкой первой корзины 11 обеспечивает прохождение потока газа через всю толщину загрузки шлака 15 и отсутствие застойных зон у стенки корпуса 1, что увеличивает рабочий объем адсорбента в корзине 11 и таким образом интенсифицирует процесс адсорбции. Очищенная часть газа выводится из зазора 13 в полость крышки 2, а часть неочищенного газа из нижней зоны центральной полости 18 огибает перегородку 12 и поступает на очистку во вторую перфорированную корзину 14, также заполненную гранулированным доменным шлаком 15, где происходит вышеописанный процесс очистки, после чего окончательно очищенный природный газ собирается в полости крышки 2 и через выходной патрубок 3 поступает в газопровод очищенного газа (на фиг. 1-4 не показан), откуда направляется на выброс или к потребителю.

При заполнении живого сечения фильтрующих перегородок 16, 17 механическими примесями и насыщении адсорбента (гранул шлаковой пемзы 15 в первой и второй корзинах 11 и 14) газообразными примесями перегородки 16, 17 и гранулы 15 в корзинах 11, 14 подвергают регенерации, которая заключается в промывке их промывочной водой, подаваемой из штуцера 4 в кольцевой коллектор промывочной воды 5, откуда она через наклонные отверстия 6 (угол их наклона обеспечивает направление струй воды непосредственно на верх первой и второй корзин 11 и 14) проходит через толщу шлаковой пемзы 15 и живое сечение перегородок 16 и 17, вымывая оттуда вредные примеси. При этом кольцевая конструкция коллектора промывочной воды 5, расположенного снаружи перфорированных корзины 11 и 14, наличие свободных полостей внизу и двух рядов наклонных отверстий 6 в коллекторе 5 обеспечивает прохождение потока промывочной воды через всю толщину гранул шлака 15 и фильтрующих перегородок 16, 17 в первой и второй корзинах 16, 17 и надежную промывку всего их объема. Полученная промывочная вода, содержащая механические примеси и насыщенная кислотными компонентами, через сливной штуцер 21 сбрасывается в емкость отработанной промывочной воды (на фиг. 1-4 не показана), откуда по мере накопления удаляется на очистку.

Для замены отработавших гранул шлака (время замены определяют по снижению эффективности очистки газа, которое определяют опытным путем) производят снятие крышки 2 от корпуса 1 путем разъема фланцевого соединения 7 и выемку из камеры очистки 8 первой и второй корзин 11 и 14, которые освобождают от отработавших гранул шлака и фильтрующих перегородок 16 и 17. Далее корзины 11 и 14 заполняют свежими гранулами шлака, внутреннюю поверхность корзины 11 и нижнюю поверхность корзины 14 покрывают свежими фильтрующими перегородками 16 и 17, после чего их устанавливают в камере очистки 8 корпуса 1, которую закрывают крышкой 2, соединяя их фланцевым соединением 7.

Диаметр отверстий перфорации цилиндрических корзины 11 и 14 принимают меньшим диметра гранул металлургического шлака 15. Оптимальный расход промывочной воды определяют опытным путем. При этом, гидрофобные свойства и химическая стойкость материала фильтрующих перегородок 16, 17 предотвращают его насыщение водой и химическое взаимодействие с газообразными примесями.

Таким образом, циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газа обеспечивает надежную очистку всего объема природного и сбросного газов от механических примесей, сернистых соединений, оксидов азота и углерода, что снижает коррозионный износ газопроводов и газоиспользующего оборудования, уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу, регенерацию всего объема гранулированного шлака и очистку фильтрующей перегородки, а также их замену, повышая тем самым надежность своей работы и экологические характеристики природного газа, поставляемого потребителю и сбросных газов, выбрасываемых в атмосферу.

Изобретение относится к технике очистки газов и может быть использовано для очистки природных и сбросных газов от вредных компонентов, а именно газообразных соединений серы, оксидов азота, оксидов углерода и пр., и механических примесей. Циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газа содержит цилиндрический корпус, снабженный сверху выходным патрубком, внутри которого расположены сверху вниз кольцевой коллектор промывочной воды, соединенный со штуцером подачи промывочной воды, камера очистки, в которой расположена перфорированная сбоку, изнутри и снизу первая кольцевая цилиндрическая корзина, заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм. Внутренняя боковая поверхность первой корзины покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой, внутри нее расположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через верх первой перфорированной корзины и ее фильтрующей перегородки в центральную полость тангенциально пропущен входной патрубок. Коническое днище корпуса снабжено сливным штуцером. Кольцевой коллектор промывочной воды перфорирован снизу двумя рядами наклонных отверстий. Крышка соединена через фланцевое соединение с камерой очистки цилиндрического корпуса. Внутренняя поверхность камеры очистки снабжена верхним и нижним рядами кронштейнов, в которой соосно корпусу и коллектору промывочной воды помещены установленные на нижний ряд кронштейнов первая кольцевая цилиндрическая корзина и цилиндрическая перегородка, размещенная с кольцевым зазором от наружной боковой поверхности первой корзины, установленная на верхний ряд кронштейнов между боковой поверхностью перегородки и стенкой цилиндрического корпуса, вторая кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, с нижней поверхностью, покрытой кольцевой фильтрующей перегородкой, плотно прижатая к стенкам корпуса и цилиндрической перегородки, также заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем через вторую корзину и ее фильтрующую перегородку пропущен входной патрубок. Технический результат: повышение надежности работы и эффективности комплексного циклонно-прямоточного адсорбера для очистки газа. 4 ил.

Циклонно-прямоточный адсорбер для комплексной очистки газа, содержащий цилиндрический корпус, снабженный сверху выходным патрубком, внутри которого расположены сверху вниз кольцевой коллектор промывочной воды, соединенный со штуцером подачи промывочной воды, камера очистки, в которой расположена перфорированная сбоку, изнутри и снизу первая кольцевая цилиндрическая корзина, заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, внутренняя боковая поверхность первой корзины покрыта кольцевой фильтрующей перегородкой, внутри нее расположена центральная полость, закрытая сверху заглушкой, через верх первой перфорированной корзины и ее фильтрующей перегородки в центральную полость тангенциально пропущен входной патрубок, коническое днище корпуса снабжено сливным штуцером, отличающийся тем, что кольцевой коллектор промывочной воды перфорирован снизу двумя рядами наклонных отверстий, крышка соединена через фланцевое соединение с камерой очистки цилиндрического корпуса, внутренняя поверхность камеры очистки снабжена верхним и нижним рядами кронштейнов, в которой соосно корпусу и коллектору промывочной воды помещены установленные на нижний ряд кронштейнов первая кольцевая цилиндрическая корзина и цилиндрическая перегородка, размещенная с кольцевым зазором от наружной боковой поверхности первой корзины, установленная на верхний ряд кронштейнов между боковой поверхностью перегородки и стенкой цилиндрического корпуса вторая кольцевая цилиндрическая корзина, перфорированная сбоку, снаружи и снизу, с нижней поверхностью, покрытой кольцевой фильтрующей перегородкой, плотно прижатая к стенкам корпуса и цилиндрической перегородки, также заполненная гранулами пемзы, изготовленной из металлургических шлаков с модулем основности М>1 и диаметром гранул от 5 до 10 мм, причем через вторую корзину и ее фильтрующую перегородку пропущен входной патрубок.