УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЛУБОКОГО ОСУШЕНИЯ ГАЗА Российский патент 2025 года по МПК B01D53/26 

Изобретение относится к разделению газов или паров, а именно к устройству для осушения и конденсации газа [B01D 47/00, B01D 47/05, B01D 53/00, B01D 53/26, B01D 53/74].

Из уровня техники известен ОСУШИТЕЛЬ ГАЗОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ [RU 203556 (U1), опубликовано: 12.04.2021], содержащий радиатор охлаждения газов для конденсации жидкости, установленный в корпусе, отличающийся тем, что дополнительно содержит винтовые каналы, водяной радиатор, термоэлектрические модули, крышки для подачи газа и отвода жидкости, где внутреннее пространство корпуса с радиатором охлаждения газа и крышками герметично отделены от окружающей среды и электрической части.

Недостатком аналога является низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции и невозможность его применения для глубокого осушения газов из-за применения в его конструкции в качестве охлаждающих элементов термоэлектрических модулей, не позволяющих добиться низких температур, требуемых для глубокого осушения.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО КОНДЕНСАЦИОННОГО ОСУШЕНИЯ С ВИХРЕВОЙ ТРУБКОЙ [CN 217391968 (U), опубликовано: 09.09.2022], содержащее вихревую трубу, отличающееся тем, что правый конец вихревой трубы соединен с теплообменной камерой через холодный конец вихревой трубы, а внутренняя полость теплообменной камеры снабжена внутренним слоем теплоизоляции и металлической спиральной трубкой, механический термометр расположен сверху, а оболочка камеры расположена снаружи внутреннего слоя теплоизоляции, а внутренний слой теплоизоляции соединен с оболочкой камеры, между ними расположена охлаждающая камера.

Основной технической проблемой прототипа является его низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции, а также низкая эффективность осушения газа из-за того, что газ протекает по змеевику, который размещен в теплообменной среде. При осушении таким образом, змеевик изнутри быстро покрывается наледью и перекрывается, что делает невозможным его дальнейшее применение без регенерации.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков аналога и прототипа.

Технический результат изобретения заключается в создании устройства для глубокого осушения газа с высокой удельной производительностью.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для глубокого осушения газа, включающий корпус и змеевик, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим к боковой стенке которого тангенциально смонтирован патрубок подачи газа, сообщенный с внутренним объемом корпуса, внутри корпуса через один из торцов коаксиально продольной оси симметрии корпуса смонтирована перфорированная газозаборная труба, при этом конец трубы, расположенный внутри корпуса выполнен заглушенным, внутри корпуса вокруг газозаборной трубы коаксиально смонтированы спирально навитые змеевики, выполненные с возможностью циркуляции по ним хладагента, при этом навивка расположенных по соседству змеевиков выполнена в противоположные стороны, а витки каждого из змеевиков выполнены с зазором с возможностью прохождения осушаемого газа через зазоры к газозаборной трубе, корпус в нижней части снабжен патрубком вывода конденсата.

В частности, корпус ориентирован горизонтально.

В частности, на выходе газозаборной трубы из корпуса смонтирован датчик температуры.

В частности, концы змеевиков выведены наружу через торцевую стенку корпуса, к которой смонтирован патрубок выхода газа.

В частности, снаружи корпус выполнен теплоизолированным.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан вид сбоку устройства для глубокого осушения газа.

На фиг. 2 показано схематично устройство для глубокого осушения газа.

На фигурах обозначено: 1 - корпус, 2 - патрубок подачи газа, 3 - патрубок выхода газа, 4 - газозаборная труба, 5 - внутренний змеевик, 6 - внешний змеевик, 7 - патрубок вывода конденсата.

Осуществление изобретения.

Устройство для глубокого осушения газа содержит цилиндрический горизонтально ориентированный корпус 1 (см. Фиг. 1).

Корпус 1 снабжен патрубком подачи газа 2, смонтированным тангенциально к боковой стенке корпуса 1 у одного из торцов корпуса 1.

С торца корпуса 1, возле которого смонтирован патрубок подачи газа 2, коаксиально продольной оси симметрии корпуса 1 смонтирован патрубок выхода газа 3.

Внутри корпуса 1 коаксиально вдоль его продольной оси симметрии корпуса 1 смонтирована газозаборная труба 4, перфорированная по всей длине и сообщенная с патрубком выхода газа 3.

Противоположный от патрубка выхода газа 3 торец газозаборной трубы 4 расположенный внутри корпуса 1 выполнен заглушенным.

На выходе газозаборной трубы 4 из корпуса 1 смонтирован датчик температуры (на фигурах не показан).

Внутри корпуса 1 вокруг газозаборной трубы 4 смонтирован узел охлаждения, выполненный в виде, по крайней мере, двух змеевиков - внутреннего 5 и внешнего 6. Внутренний змеевик 5 смонтирован вокруг газозаборной трубы 4 и навит соосно упомянутой трубе 4 по спирали с зазором между витками. Внешний змеевик 6 навит вокруг внутреннего змеевика 5 также соосно по спирали с зазором между витками. Закручивание внешнего 6 и внутреннего 5 змеевиков выполнено в противоположные стороны. Упомянутые змеевики 2, 3 предназначены для циркуляции по ним хладагента, например, жидкого азота, для охлаждения газа внутри корпуса 1 и прохождения между их витками осушаемого газа к газозаборной трубе 4. Выполнение узла охлаждения в виде нескольких змеевиков позволяет повысить площадь охлаждения. Навивка змеевиков 5, 6 в противоположные стороны обеспечивает, кроме того, лучшее перемешивание газа при его осушении. При выполнении змеевиков больше двух, противоположная навивка выполнена для каждых из двух соседних змеевиков.

Концы упомянутых змеевиков 5, 6 выведены наружу через торцевую стенку корпуса 1, к которой смонтирован патрубок выхода газа 3. На торцах концов упомянутых змеевиков 5, 6 смонтированы фланцы.

К боковой стенке корпуса 1 у торца корпуса 1, противоположного торцу с патрубком выхода газа 3 смонтирован патрубок вывода конденсата 7, сообщенный с внутренним объемом корпуса 1.

Снаружи корпус 1 теплоизолирован.

Патрубки подачи газа 2, выхода газа 3, вывода конденсата 7 снабжены фланцами.

Устройство для глубокого осушения газа используют следующим образом.

Подключают к патрубку подачи газа 2 источник неосушенного газа, к входным концам внутреннего 5 и внешнего 6 змеевиков подключают источник жидкого азота.

К выходным концам внутреннего 5 и внешнего 6 змеевиков подключают трубопроводы отвода газообразного азота.

К патрубку выхода газа 3 подключают трубопровод, соединяющий устройство для глубокого осушения газа с узлом компримирования газа.

К патрубку вывода конденсата 7 подключен трубопровод, соединенный с канализацией или емкостью для сбора конденсата.

Подают на входы внутреннего 5 и внешнего 6 змеевиков жидкий азот (см. Фиг. 2) и обеспечивают достижение внутри корпуса 1 требуемой для осушения газа температуры. Например, для осушения оксида (монооксида) углерода внутри корпуса 1 устройства должна быть обеспечена температура от -40 до -100°C.

Подают внутрь корпуса 1 устройства через патрубок подачи газа 2 неосушенный газ, при этом за счет того, что патрубок подачи газа 2 смонтирован к боковой стенке корпуса 1 тангенциально, неосушенный газ подают не напрямую на внешний змеевик 6, а по касательной между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью упомянутого змеевика 6. В этом случае исключается резкое нарастание льда на стенках змеевиков 5, 6, прежде всего внешнего змеевика 6 в направлении патрубка подачи газа 2, и исключает закупоривание этого патрубка 2 изнутри.

Оставшиеся пары воды, содержащиеся в газе, внутри корпуса 1 устройства конденсируются в твёрдое состояние в виде льда на стенках трубок за счет циркуляции во внешнем 6 и внутреннем 5 змеевиках жидкого азота. Осушенный газ между витками спиралей змеевиков 5, 6 поступает через отверстия в газозаборную трубу 4, откуда уже через патрубок выхода газа 3 его подают в узел компримирования газа. Благодаря выполнению навивки внешнего 6 и внутреннего 5 змеевиков в противоположные стороны поверхность конденсации внутри корпуса 1 в газозаборную трубу 4 увеличивается за счет взаимного перекрытия зазоров между витками змеевиков 5, 6 и тем самым обеспечивается более эффективное и глубокое осушение газа.

Для регенерации устройства для глубокого осушения газа, выполняемой с целью удаления образовавшегося на поверхностях внутри корпуса 1 льда, прекращают подачу неосушенного газа через патрубок подачи газа 2 и жидкого азота на входы змеевиков 5, 6, перекрывают патрубок выхода газа 3. Подают на входы змеевиков 5, 6 предварительно подогретый сжатый азот и продувают внутренний объем змеевиков 5, 6 азотом с последующим сбросом азота из внутреннего объема змеевиков 5, 6 в атмосферу. Конденсат, образовавшийся внутри корпуса 1 из оттаявшего льда, сливают через патрубок вывода конденсата 7 в емкость или канализацию.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения - повышение удельной производительности устройства для глубокого осушения газа достигается за счет того, что глубокая очистка осуществляется за счет удлинения пути прохождения газа от патрубка подачи газа 2 через отверстия в газозаборной трубе 4 до патрубка выхода газа 3 путем выполнения узла охлаждения вокруг газозаборной трубы 4 в виде, по крайней мере, двух змеевиков, навитых друг на друга в противоположные стороны и тангенциального подключения патрубка подачи газа 2, обеспечивающего подачу влажного газа во внутренний объем устройства 1 не напрямую на внешний змеевик 6, а тангенциально между внешней поверхностью упомянутого змеевика 6 и внутренней стенкой корпуса 1, что позволяет снизить скорость образования льда, продлить работу устройства между регенерациями. Кроме того, повышение удельной производительности устройства для глубокого осушения газа обеспечивается за счет снижения времени на регенерацию за счет выполнения регенерации нагретым азотом, что позволяет исключить смену атмосферы внутри устройства, так как и осушение и регенерация осуществляется подачей в змеевик азота, жидкого и нагретого, соответственно.

В 2023 году автором изобретения было изготовлено устройство для глубокого осушения монооксида углерода с внутренним диаметром корпуса 280 мм и длиной 1300 мм. Внешний змеевик 6 диаметром 202 мм из трубы d=18 мм. Зазор между витками - 5-7 мм.

Внутренний змеевик 5 диаметром 126 мм из фтрубы d=18 мм. Зазор между витками 5-7 мм. Труба газозаборная 4 выполнена диаметром 57 мм с перфорированными отверстиями D=10 мм.

Эксплуатация устройства показала его эффективность для осушения монооксида углерода до 0,5 ppm с интервалом между регенерациями до 10 дней и длительностью регенерации не более 6 часов. Для сравнения, существующие устройства для осушения газов требуют регенерации уже через 3 дня, а длительность процесса регенерации составляет до 36 часов.

Изобретение относится к разделению газов или паров, а именно к устройству для осушения и конденсации газа. Устройство для глубокого осушения газа включает корпус и змеевик. Корпус выполнен цилиндрическим, к его боковой стенке тангенциально смонтирован патрубок подачи газа, сообщенный с внутренним объемом корпуса. Внутри корпуса через один из торцов коаксиально продольной оси симметрии корпуса смонтирована перфорированная газозаборная труба, при этом конец трубы, расположенный внутри корпуса, выполнен заглушенным, внутри корпуса вокруг газозаборной трубы коаксиально смонтированы спирально навитые змеевики, выполненные с возможностью циркуляции по ним хладагента. Навивка расположенных по соседству змеевиков выполнена в противоположные стороны, а витки каждого из змеевиков выполнены с зазором с возможностью прохождения осушаемого газа через зазоры к газозаборной трубе. Корпус в нижней части снабжен патрубком вывода конденсата. Технический результат - создание устройства для глубокого осушения газа с высокой удельной производительностью. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для глубокого осушения газа, включающее корпус и змеевик, отличающееся тем, что корпус выполнен цилиндрическим, к боковой стенке которого тангенциально смонтирован патрубок подачи газа, сообщенный с внутренним объемом корпуса, а внутри корпуса через один из торцов коаксиально продольной оси симметрии корпуса смонтирована перфорированная газозаборная труба, при этом конец трубы, расположенный внутри корпуса, выполнен заглушенным, внутри корпуса вокруг газозаборной трубы коаксиально смонтированы спирально навитые змеевики, выполненные с возможностью циркуляции по ним хладагента, при этом навивка расположенных по соседству змеевиков выполнена в противоположные стороны, а витки каждого из змеевиков выполнены с зазором с возможностью прохождения осушаемого газа через зазоры к газозаборной трубе, корпус в нижней части снабжен патрубком вывода конденсата.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус ориентирован горизонтально.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на выходе газозаборной трубы из корпуса смонтирован датчик температуры.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что концы змеевиков выведены наружу через торцевую стенку корпуса, к которой смонтирован патрубок выхода газа.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снаружи корпус выполнен теплоизолированным.