Вертикальный адсорбер Российский патент 2024 года по МПК B01D53/04 

Изобретение относится к способам разделения и очистки газофазных и жидкофазных смесей методом адсорбции и широко применяется в различных отраслях промышленности, при этом чаще всего для обеспечения глубокой очистки технологических потоков и защиты окружающей среды от промышленных токсичных продуктов.

В технологии промышленной адсорбции широко применяются процессы в неподвижном слое зернистого адсорбента в силу более простого аппаратурного оформления по сравнению с адсорбцией в движущемся или псевдоожиженном слое адсорбента, хотя необходимость реализации циклического процесса в адсорбере (адсорбция примесей на адсорбенте, регенерация адсорбента преимущественно при высокой температуре и охлаждение адсорбента до температуры адсорбции) приводит к увеличению загрузки адсорбента на технологическую установку. Широко применяются горизонтальные и вертикальные адсорберы, внутренняя полость которых частично заполнена неподвижным слоем зернистого адсорбента. Потоки технологического очищаемого продукта и газы регенерации обычно проходят противотоком сквозь слой адсорбента. Выбор конкретной конструкции адсорбера обычно определяется технологическими ограничениями, например, глубиной очистки технологического потока (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия. - 1984. - 591 с.).

В качестве поглотителей при осуществлении процесса адсорбции в зависимости от того, какой компонент поглощается из исходного продукта, чаще других применяют синтетические и природные цеолиты, активный уголь, силикагели и активную окись алюминия.

Известен адсорбер, содержащий 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, который 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 (патент RU 2798045, МПК F25B 37/00, заявлен 24.06.2022, опубликован 14.06.2023).

Недостатками изобретения являются:

- возможность лишь однократного использования адсорбера из-за отсутствия системы замены адсорбента после его насыщения адсорбатом;

- адсорбер неприемлем для переработки промышленных объемов очищаемых или осушаемых продуктов;

- адсорбер предназначен для решения частной задачи - очистки воздуха от диоксида углерода.

Известен также вертикальный адсорбер с переменным внутренним объемом, состоящий из цилиндрического корпуса с верхней и нижней крышкой и расположенной внутри корпуса цилиндрической сетчатой емкостью, заполненной адсорбентом, с входными выходными клапанами, при этом внутри адсорбера между крышками корпуса и емкостью, заполненной адсорбентом, установлены заслонки в форме усеченного конуса с возвратно-поступательным движением (патент RU 2677203, МПК B01D 53/04, заявлен 07.03.2018, опубликован 15.01.2019). Недостатком изобретения является существенная неполнота использования потенциальной рабочей емкости адсорбента a_b по отношению к полной динамической активности а_е, зависящей от соотношения длины (высоты) слоя адсорбента L к длине зоны массопередачи L₀, при этом фактическая работающая длина (высота) слоя равна L-L₀, а подача разделяемого сырья в среднюю часть слоя адсорбента с выводом очищенного продукта с верха и низа адсорбера приводит к тому, что работающая длина (высота) слоя существенно уменьшится и станет равной L-1,414L₀.

Известен также адсорбер вертикальный с неподвижным слоем адсорбента, содержащий вертикальный корпус, штуцер на верхнем днище корпуса адсорбера для входа перерабатываемого газа и выхода регенерационного газа, штуцер на нижнем днище корпуса адсорбера для выхода перерабатываемого газа и входа регенерационного газа, опорную решетку с насыпным слоем адсорбента, распределительные устройства для перерабатываемого и регенерационного газа, слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку на опорной решетке перед слоем адсорбента, и слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку сверху слоя адсорбента, при этом над верхним слоем адсорбента, покрытого слоем керамических шаров, размещена горизонтальная кольцевая перфорированная перегородка, перекрывающая поперечное сечение корпуса адсорбера, центральная часть которой выполнена в форме расширяющегося кверху конического стакана, на дне которого предусмотрены сквозные отверстия, при этом в перфорированной перегородке на площади между коническим стаканом и корпусом адсорбера выполнены отверстия с разными диаметрами и расстояниями между ними, (патент RU 2530112, МПК B01D 53/04, заявлен 10.08.2012, опубликован 10.10.2014). Недостатком изобретения является существенная неполнота использования потенциальной рабочей емкости адсорбента a_b по отношению к полной динамической активности а_е, зависящей от соотношения длины (высоты) слоя адсорбента L к длине зоны массопередачи L₀, при этом фактическая работающая длина (высота) слоя равна L-L₀.

Общим недостатком адсорберов с неподвижным слоем адсорбентов в отличие от других массообменных процессов является то, что массоперенос извлекаемой примеси из очищаемого технологического потока в гранулы адсорбента осуществляется не во всем объеме адсорбента в аппарате, а лишь в небольшом участке слоя адсорбента - зоне массопередачи, в которой концентрация извлекаемого компонента изменяется от исходной (сырьевой) до допустимой низкой концентрации, характеризуемой тысячными долями процента. По мере насыщения адсорбента адсорбатом в зоне массопередачи, она начинает перемещаться по слою адсорбента в направлении движения очищаемого потока. Чем больше глубина очистки, тем интенсивнее увеличивается длина зоны массопередачи. Как только концентрация примеси в очищенном продукте превысит допустимую концентрацию процесс очистки прекращают, хотя в зоне массопередачи сохраняется значительный объем свободного адсорбционного пространства, не занятый адсорбатом. В силу этого эксплуатационная рабочая емкость адсорбента a_b существенно меньше потенциальной полной динамической активности а_е, когда адсорбатом полностью занято все свободное пространство адсорбента в слое. Так, например, при разделении смеси бензол-н-гептан в жидкой фазе слоем цеолита NaX высотой 100 см, имеющего полную динамическую активности а_е=14,8% масс., увеличение скорости потока в пять раз с 0,28 см/мин до 1,43 см/мин привело к росту длины зоны массопередачи почти в 2 раза - с 50,5 см до 94 см, что вызвало снижение эксплуатационной рабочей емкости адсорбента a_b с 11,58% масс. до 1,43% масс., т.е. в восемь раз (Самойлов Н.А. Феноменология адсорбции. Практические и теоретические аспекты адсорбционной очистки и осушки технологических потоков. - Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2014. - 272 с.).

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции адсорбера, позволяющей уменьшить негативное воздействие длины зоны массопередачи на проведение адсорбционного процесса в стационарном слое адсорбента с конечным техническим результатом - повышением эффективности работы адсорбера: увеличением производительности адсорбера по очищаемому технологическому потоку или глубины его очистки при прочих равных условиях при сохранении одного из этих показателей.

Поставленная задача решается за счет того, что в вертикальном адсорбере, состоящем из вертикального цилиндрического корпуса с размещаемым в нем неподвижным слоем адсорбента с фланцами на концах цилиндрического корпуса, штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа, штуцера вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, люков загрузки свежего и выгрузки отработанного адсорбента, днища адсорбера и крышки адсорбера с фланцами, при этом в вертикальном цилиндрическом корпусе размещено N вертикальных прямоугольных перегородок, разделяющих слой адсорбента на (N+1) секцию с равными поперечными нормальными сечениями, формируемыми параллельными хордами и стенками вертикального цилиндрического корпуса, при этом крайние секции выполнены в нормальном сечении форму сегмента, а остальные - форму трапеции с боковыми ребрами в виде дуг окружности, нечетные вертикальные прямоугольные перегородки нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а верхний торец выполнен с зазором с крышкой адсорбера, четные вертикальные прямоугольные перегородки верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а нижний торец выполнен с зазором с днищем адсорбера, люки загрузки свежего адсорбента размещены на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N-1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, люки выгрузки отработанного адсорбента размещены в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещен на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжен расширителем с колосниковой решеткой и сеткой, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещен на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжен расширителем, штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа размещен на днище адсорбера между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и снабжен расширителем с колосниковой решеткой и сеткой.

Заявляемая конструкция адсорбера позволяет интенсифицировать работу адсорбента и повысить его эксплуатационную рабочую емкость a_b за счет влияния секционирования на взаимосвязь геометрических, гидродинамических и адсорбционных характеристик системы. Секционированные адсорберы по загрузке адсорбента практически эквивалентны традиционному пустотелому адсорберу с одинаковыми геометрическими размерами слоя адсорбента (высота слоя L и его диаметр D), пренебрегая объемом N тонких вертикальных прямоугольных перегородок.

При увеличении числа адсорбционных секций до (N+1) увеличивается путь прохождения очищаемого технологического потока по аппарату, то есть фактически увеличивается высота слоя адсорбента L_N в секционированном адсорбере:

Одновременно с высотой слоя в секционированном адсорбере возрастает скорость технологического потока W_N по сравнению со скоростью потока в несекционированном адсорбере W_N:

Длина зоны массопередачи пропорциональна тогда

Длина зоны массопередачи в общем случае рассчитывается по уравнению:

где f - фактор симметричности изопланы адсорбции (выходной кривой динамики адсорбции), близкий к 0,4-0,5.

Записав уравнение (4) для условий работы традиционной конструкции вертикального адсорбера с высотой слоя адсорбента L и для секционированного адсорбера с высотой слоя адсорбента L_N, получаем уравнение для расчета коэффициента эффективности работы адсорбента K по сравнению с адсорбером без секционирования при прочих равных условиях:

Анализ уравнения (5) показывает, что по мере увеличения числа вертикальных прямоугольных пластин и, соответственно, числа секций в адсорбере эффективность работы адсорбента возрастает, и при N→∞ величина K→1, при этом эксплуатационная рабочая емкость адсорбента a_b стремится к величине полной динамической активности а_е. Секционированный вертикальный адсорбер с небольшой высотой слоя адсорбента по эффективности работы адсорбента при одинаковой загрузке адсорбента становится эквивалентным традиционному вертикальному односекционному адсорберу меньшего диаметра, но в (N+1) раз большей высоты и, соответственно, с большей металлоемкостью и более сложным обслуживанием, например, при загрузке адсорбента.

Конструктивное оформление систем ввода и вывода технологических потоков, загрузки и выгрузки адсорбента позволяет разрабатывать адсорбер для любого числа секций.

Очевидно, что конструкция позволяет очищать от примесей или разделять любой газофазный или жидкофазный технологический поток при подборе рационального адсорбента.

Целесообразно при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок вместо единичного штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищаемого технологического потока на входе его в адсорбер.

Целесообразно при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата, при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок вместо единичного штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищаемого технологического потока на входе его в адсорбер.

Целесообразно также при разработке вертикального адсорбера большого диаметра, например, при высокой производительности аппарата, на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера разместить в ряд несколько штуцеров вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, объединяемых трубопроводом. Это позволит выровнять поле скоростей очищенного технологического потока на выходе его из адсорбера.

Полезно особенно при большом диаметре адсорбера на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N-1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закреплены в пазах крышки адсорбера, разместить в ряд несколько люков загрузки свежего адсорбента, что позволит упростить операцию загрузки свежего адсорбента и обеспечить запас адсорбента для пополнения слоя адсорбента при его потерях из-за возможности образования и уноса пыли в ходе эксплуатации аппарата.

Целесообразно также в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, разместить в ряд несколько люков выгрузки отработанного адсорбента, что позволит при замене отработанного адсорбента на свежий полностью удалить отработанный адсорбент из аппарата.

Рекомендуется зазоры между вертикальными прямоугольными перегородками и крышкой адсорбера, а также между вертикальными прямоугольными перегородками и днищем адсорбера выполнить с такими значениями высоты зазора h_i, что при ширине кромок вертикальных прямоугольных перегородок b_i площади всех i-x зазоров одинаковы и равны поперечным нормальным сечениям секций. В этом случае скорость течения очищаемого технологического потока в секциях вертикального адсорбера и при перетоке его из одной секции в другую будет оставаться постоянной.

Целесообразно, чтобы число вертикальных прямоугольных перегородок составляло от 2 до 6, поскольку дальнейшее увеличение числа вертикальных прямоугольных перегородок приводит к чрезмерному усложнению конструкции аппарата и возможности появления негативного пристенного эффекта, снижающего эффективность адсорбционного процесса.

На фигурах 1-3 приведены принципиальные схемы одного из вариантов конструкции заявляемого изобретения:

На фигуре 1 показан вертикальный разрез вертикального адсорбера.

На фигуре 2 показано сечение вертикального адсорбера по А-А фигуры 1.

На фигуре 3 приведены результаты расчетов компьютерной симуляции изменения коэффициента эффективности работы адсорбента K в зависимости от числа секций N и соотношения L/L₀.

Перечень позиций, указанных на чертежах:

1 - корпус адсорбера;

2 - верхний фланец корпуса адсорбера;

3 - нижний фланец корпуса адсорбера;

4 - крышка адсорбера с фланцем;

5 - днище адсорбера с фланцем;

6 - штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа;

7 - штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа;

8 - люки загрузки свежего адсорбента;

9 - люки выгрузки отработанного адсорбента;

10 - адсорбент;

11 - вертикальные прямоугольные перегородки;

12 - пазы днища адсорбера;

13 - пазы корпуса адсорбера;

14 - пазы крышки адсорбера;

15 - расширитель;

16 - сетка;

17 - колосниковая решетка.

Вертикальный адсорбер состоит из цилиндрического корпуса адсорбера 1, снабженного по концам верхним фланцем корпуса адсорбера 2 и нижним фланцем корпуса адсорбера 3. Сверху корпус адсорбера 1 перекрыт крышкой адсорбера с фланцем 4, а снизу - днищем адсорбера с фланцем 5, фланцевые соединения обеспечивают герметизацию вертикального адсорбера в целом. В крышке адсорбера с фланцем 4 установлен штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, а в днище адсорбера с фланцем 5 установлен штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7. В крышке адсорбера с фланцем 4 также установлены люки загрузки свежего адсорбента 8, а в днище адсорбера с фланцем 5 установлены люки выгрузки отработанного адсорбента 9, возможна также установка люков выгрузки отработанного адсорбента 9 по конструктивным соображениям в нижней части корпуса адсорбера 1, заполненного адсорбентом 10. В слое адсорбента 10 размещено четыре вертикальные прямоугольные перегородки 11. Нижние торцы нечетных вертикальных прямоугольных перегородок 11 закреплены в пазах днища адсорбера 12, кромки входят в пазы корпуса адсорбера 13, а верхние торцы имеют зазор с крышкой адсорбера с фланцем 4. Верхние торцы четных вертикальных прямоугольных перегородок 11 закреплены в пазах крышки адсорбера 14, кромки входят в пазы корпуса адсорбера 13, а нижние торцы имеют зазор с днищем адсорбера с фланцем 5. Штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, люки загрузки свежего адсорбента 8 и люки выгрузки отработанного адсорбента 9 снабжены расширителями 15 в виде усеченных конусов для лучшего распределения технологического потока на входе и выходе из адсорбера, а также при загрузке и выгрузке адсорбента. Расширитель 15 штуцера вывода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа дополнительно снабжен сеткой 16 и колосниковой решеткой 17.

Вертикальный адсорбер работает в циклическом режиме, последовательно обеспечивая работу аппарата на стадиях адсорбции извлекаемых примесей, регенерации адсорбента и охлаждения адсорбента. Обычно установка адсорбционной очистки состоит из трех адсорберов, объединенных системой трубопроводов, и обеспечивает непрерывность процесса адсорбционной очистки технологического потока, которым в зависимости от задач производства может быть исходное сырье процесса, промежуточные очищаемые или разделяемые потоки или товарный продукт.

При проведении стадии адсорбции очищаемый жидко фазный или газофазный технологический поток с температурой 20-30°С вводится в адсорбер через штуцер ввода очищаемого технологического потока, снижая скорость движения в расширителе 15 и более равномерно распределяясь по сечению слоя адсорбента 10, и проходит последовательно через пять секций слоя адсорбента 10, образуемых при помощи четырех вертикальных прямоугольных перегородок 11. При контакте технологического потока с адсорбентом происходит удаление примесей из технологического потока, и очищенный технологический поток отводится из первой секции через штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, снабженный расширителем 15 для сокращения объема застойной зоны на выходе очищенного технологического потока. Установленная в расширителе 15 сетка 16 на колосниковой решетке 17 не допускает проваливания адсорбента в соединительные трубопроводы установки.

При проведении стадии регенерации адсорбента происходит десорбция ранее адсорбированных веществ (адсорбата) за счет повышения температуры в аппарате продувкой его горячим регенерационным газом с температурой в диапазоне 200-350°С в зависимости от типа адсорбента и физико-химических свойств адсорбата. Регенерацию адсорбента осуществляют противотоком регенерационного газа по отношению движения очищаемого технологического потока в слое адсорбента, при этом регенерационный газ вводится в адсорбер через штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа 7, через который ранее отводился очищенный технологический поток, и отводится из адсорбера через штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа 6, через который ранее вводился в адсорбер очищаемый технологический поток. В качестве регенерационного газа в зависимости от специфики адсорбционного процесса применяют воздух, водяной пар, инертные газы.

При проведении стадии охлаждения адсорбента от температуры стадии регенерации 200-350°С до температуры стадии адсорбции 20-30°С слой адсорбента продувают хладагентом в том же направлении, что и регенерационный газ, и через те же штуцера. В качестве хладагента обычно с учетом специфики адсорбционного процесса применяют осушенные воздух или инертные газы, а также часть ранее очищенного на стадии адсорбции технологического потока.

В ходе эксплуатации адсорбента происходит его частичная дезактивация, его эксплуатационная рабочая емкость снижается и периодически (обычно раз в один-три года) необходима замена отработанного адсорбента на свежий. Эта операция выполняется во время текущего или капитального ремонта установки. Сначала поочередно открывают люки выгрузки отработанного адсорбента 9, который далее направляют на переработку или в отвалы; затем закрывают люки выгрузки отработанного адсорбента 9, открывают люки загрузки свежего адсорбента 8 и заполняют секции адсорбера до крышки адсорбера с фланцем 4 свежим адсорбентом. После выполнения этой операции люки загрузки свежего адсорбента 8 закрывают, и вертикальный адсорбер готов к эксплуатации, начинаемой со стадии регенерации адсорбента.

Пример 1. Выполнена компьютерная симуляция изменения коэффициента эффективности работы адсорбента K в зависимости от числа секций N и соотношения L/L₀ по уравнению (5), результаты расчетов приведены на фигуре 3. При работе традиционного односекционного вертикального адсорбера как прототипа даже при L/L₀=11 удается добиться значения K=0,8, тогда как при аналогичном условии адсорбер с одиннадцатью секциями обеспечивает K=0,99.

Пример 2. Выполнен расчет односекционного вертикального адсорбера с высотой слоя адсорбента 1 м и диаметром слоя 1 м при очистке жидкофазного технологического потока 0,775 м³/ч при скорости потока 1 м/ч по прототипу (адсорбер №1). При этих условиях величина коэффициента эффективности работы адсорбента K=0,657. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Пример 3. Выполнен расчет секционированного вертикального адсорбера по заявляемому изобретению с высотой слоя адсорбента 1 м и диаметром слоя 1 м при очистке жидкофазного технологического потока 0,775 м³/ч, в котором установлено от одной до пяти вертикальных перегородок с образованием соответственно от двух до 6 секций (адсорбер №2). При переходе от двух к шести секциям величина коэффициента эффективности работы адсорбента K увеличилась от 0,743 до 0,884. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Пример 4. Выполнено экспериментальное лабораторное исследование работы секционированного вертикального адсорбера по заявляемому изобретению при извлечении гранулированными цеолитами NaX толуола из жидкофазной смеси толуол-н-гептан, содержащей 20% об. толуола. Имитация секционирования абсорбера обеспечивалась использованием набора лабораторных адсорберов различной высоты при одинаковом расходе разделяемого сырья так, чтобы каждый из адсорберов соответствовал определенному числу секций; адсорберы с высотой слоя адсорбента 0,27, 0,57 и 0,90 м соответствовали одно-, двух- и трехсекционным адсорберам. Эксперименты подтвердили эффективность секционирования адсорбционного слоя (таблица 2). По результатам работы односекционного адсорбера была расчетным путем определена величина коэффициента эффективности работы адсорбента K при увеличении числа секций до двух и трех, которые были близки к экспериментальным значениям, погрешность расчета эксплуатационной рабочей емкости адсорбента по отношению к эксперименту составляла от +1,21 до -0,46% отн. Увеличение эксплуатационной рабочей емкости адсорбента при секционировании слоя адсорбента позволяет увеличить производительность адсорбера без дополнительных затрат или увеличить глубину очистки технологического потока. Например, при переходе от односекционного слоя адсорбента к трехсекционному слою за счет увеличения емкости адсорбента на 1,36% масс. можно увеличить расход сырья на 14,25% или при сохранении производительности аппарата соответственно уменьшить загрузку адсорбента.

Приведенные расчетные и экспериментальные материалы показывают, что разработанная конструкция вертикального адсорбера с делением слоя адсорбента на несколько секций при помощи вертикальных прямоугольных перегородок, позволяет уменьшить негативное воздействие длины зоны массопередачи на проведение адсорбционного процесса в стационарном слое адсорбента и увеличить эксплуатационную рабочую емкость адсорбента с конечным техническим результатом - повышением эффективности работы адсорбера: увеличением производительности адсорбера по очищаемому технологическому потоку или глубины его очистки при прочих равных условиях при сохранении одного из этих показателей.

Изобретение предназначено для разделения и очистки газофазных и жидкофазных смесей методом адсорбции и может применяться в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, для обеспечения глубокой очистки технологических потоков и защиты окружающей среды от промышленных токсичных продуктов. Вертикальный адсорбер состоит из вертикального цилиндрического корпуса с фланцами, закрываемый крышкой и днищем адсорбера с фланцами с расположенными на них штуцерами для ввода и вывода из аппарата очищаемого технологического потока, регенерационных и охлаждающих газов, а также люков для загрузки и разгрузки адсорбента. Внутри адсорбера адсорбент разделен на секции при помощи вертикальных прямоугольных перегородок, частично закрепленных в пазах на вертикальном цилиндрическом корпусе и днище или крышке адсорбера, обеспечивая при этом переток очищаемого технологического потока из одной секции в другую. Конструкция адсорбера адаптирована к условиям массопередачи при адсорбции и обеспечивает увеличение эксплуатационной рабочий ёмкости адсорбента. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы адсорбера: увеличение производительности адсорбера по очищаемому технологическому потоку или глубины его очистки при прочих равных условиях при сохранении одного из этих показателей. 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Вертикальный адсорбер, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с размещаемым в нем неподвижным слоем адсорбента с фланцами на концах цилиндрического корпуса, штуцера ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа, штуцера вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, люков загрузки свежего и выгрузки отработанного адсорбента, днища адсорбера и крышки адсорбера с фланцами, отличающийся тем, что в вертикальном цилиндрическом корпусе размещают N вертикальных прямоугольных перегородок, разделяющих слой адсорбента на (N+1) секцию с равными поперечными нормальными сечениями, формируемыми параллельными хордами и стенками вертикального цилиндрического корпуса, при этом крайние секции выполняют в нормальном сечении форму сегмента, а остальные – форму трапеции с боковыми ребрами в виде дуг окружности, нечетные вертикальные прямоугольные перегородки нижними торцами закрепляют в пазах днища адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а верхний торец выполняют с зазором с крышкой адсорбера, четные вертикальные прямоугольные перегородки верхними торцами закрепляют в пазах крышки адсорбера, кромками входят в пазы вертикального цилиндрического корпуса, а нижний торец выполняют с зазором с днищем адсорбера, люки загрузки свежего адсорбента размещают на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N–1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закрепляют в пазах крышки адсорбера, люки выгрузки отработанного адсорбента размещают в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закреплены в пазах днища адсорбера, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещают на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжают расширителем с колосниковой решеткой и сеткой, штуцер ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа размещают на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок и снабжают расширителем, штуцер вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа размещают на днище адсорбера между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и снабжают расширителем с колосниковой решеткой и сеткой.

2. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что очищаемый технологический поток жидкофазный.

3. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что очищаемый технологический поток газофазный.

4. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что на крышке адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок размещают в ряд несколько штуцеров ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа, объединяемых трубопроводом.

5. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок размещают в ряд несколько штуцеров ввода очищаемого технологического потока и вывода регенерационного или охлаждающего газа, объединяемых трубопроводом.

6. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что на днище адсорбера между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера размещают в ряд несколько штуцеров вывода очищаемого технологического потока и ввода регенерационного или охлаждающего газа, объединяемых трубопроводом.

7. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что на крышке адсорбера между второй вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и (N–1)-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые верхними торцами закрепляют в пазах крышки адсорбера, размещают в ряд несколько люков загрузки свежего адсорбента.

8. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части вертикального цилиндрического корпуса между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера и между N-й вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при нечетном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, между первой вертикальной прямоугольной перегородкой и корпусом адсорбера при четном числе N вертикальных прямоугольных перегородок, а также между двумя смежными вертикальными прямоугольными перегородками, которые нижними торцами закрепляют в пазах днища адсорбера, размещают в ряд несколько люков выгрузки отработанного адсорбента.

9. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что зазоры между вертикальными прямоугольными перегородками и крышкой адсорбера, а также между вертикальными прямоугольными перегородками и днищем адсорбера выполняют с такими значениями высоты зазора h_i, что при ширине кромок вертикальных прямоугольных перегородок b_i площади всех i-х зазоров одинаковы и равны поперечным нормальным сечениям секций.

10. Вертикальный адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что число вертикальных прямоугольных перегородок от 2 до 6.