СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ КОРОТКОЦИКЛОВОЙ БЕЗНАГРЕВНОЙ АДСОРБЦИЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АДСОРБЕРОВ И ПЕРЕПУСКОМ ГАЗА МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ АДСОРБЕРАМИ Российский патент 2025 года по МПК B01D53/47 

Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с повышенным содержанием целевого газа в продуктовом потоке и пониженным потреблением воздуха установкой.

Известен способ концентрирования газа из сырьевого потока с применением установки короткоцикловой адсорбции, состоящей из трех адсорберов, в которых происходит поглощение по меньшей мере одного из компонентов сырьевого газа, при этом газообразный продукт получают циклически путем последовательной прямоточной подачи сырьевого газа через каждый адсорбер для адсорбции существенной части примесных компонентов и продувки адсорбированных примесных компонентов газом под давлением, подаваемым в направлении противотока, усовершенствование включает этапы (а) частичного повышения давления в адсорберах путем использования газа из адсорберов, завершивших стадию адсорбции, с последующим получением продуктового газа после завершения продувки примесных газов, и (b) повышения давления в адсорберах обратным заполнением продуктовым потоком (по патенту US6558451, B01D 53/047, опубл. 06.05.2003).

Недостатком данного способа является применение большого количества запорно-регулирующей арматуры, что усложняет процесс и повышает вероятность выхода оборудования из строя.

Известен метод короткоцикловой адсорбции для разделения сырьевого газа, содержащего как минимум один более адсорбируемый компонент и как минимум один менее адсорбируемый компонент. Способ включает (а) подачу сырьевого газа под давлением в адсорбер, содержащий один или более слой адсорбента, который преимущественно поглощает более адсорбируемый компонент, и отвод из адсорбера продуктового газа, обогащенного менее адсорбируемым компонентом; (b) прекращение подачи сырьевого газа под давлением в адсорбер и отвод из адсорбера продуктового газа, обогащенного менее адсорбируемым компонентом; (c) сброс давления из адсорбера до минимального; (d) повышение давления в адсорбере путем подачи в него газа, при этом часть газа для повышения давления обеспечивается сырьевым потоком; и (e) циклическое повторение этапов (а)-(d) (по патенту US6428607, B01D 53/053, опубл. 06.08.2002).

Недостатком данного способа является получение продуктового газа относительно низкой концентрации в связи со стадией продуцирования при отсутствии подачи сырьевого потока, что приводит к снижению давления в адсорбере и десорбции примесных компонентов.

Известен метод короткоцикловой адсорбции для разделения сырьевого газа, содержащего как минимум один более адсорбируемый компонент и как минимум один менее адсорбируемый компонент, с применением трех адсорберов, который включает непрерывную подачу сырьевого газа в адсорберы, содержащие как минимум один адсорбент, преимущественно поглощающий более адсорбируемый компонент сырьевого газа, и отвод из адсорбера продуктового газа, обогащенного менее адсорбируемым компонентом, при этом цикл работы генератора состоит из 12 шагов, которые включают непрерывную и последовательную подачу сырьевого газа в адсорберы, получение концентрированного продуктового потока, повышение давления в продуктовом потоке, выравнивание давлений между двумя адсорберами без сброса газа или заполнения адсорберов воздухом из атмосферы, а также сброс и продувку (по патенту US7179324, B01D 53/047, опубл. 20.02.2007).

Недостатком данного способа является большое количество шагов в цикле, что усложняет логику процесса и снижает надежность работы установки.

Известен способ разделения газовых смесей короткоцикловой безнагревной адсорбцией, который реализуется на установке, которая состоит, в частности, из источника давления, трех идентичных адсорбционных колонн, системы переключающих клапанов. Поток разделяемой газовой смеси под давлением пропускают через слой адсорбента одновременно в одной из трех параллельно соединенных адсорбционных колонн, в которых циклически и последовательно организовывают режимы адсорбции и десорбции при повышении и понижении давления, посредством переключения системы входных, продувочных и перепускных клапанов. Из трех адсорбционных колонн в каждый момент времени две находятся в режиме адсорбции хорошо сорбируемых компонентов газовой смеси, одна находится в режиме десорбции ранее сорбированных компонентов газовой смеси (по патенту RU2597600, B01D 53/047, опубл. 10.09.2016).

Недостатком данного метода является частичный подъем давления в адсорбере перед началом стадии адсорбции продуктовым потоком, который потенциально можно направлять в продуктовую линию с целью увеличения производительности установки.

Наиболее близким техническим решением является способ разделения многокомпонентных газовых смесей короткоцикловой безнагревной адсорбцией, включающий повышение давления потока разделяемой газовой смеси, пропускание его через слой адсорбента в параллельно соединенных адсорбционных колоннах, в которых циклически и последовательно организовывают режимы повышения и понижения давления, производят отвод и подачу потребителю потока обогащенного целевым компонентом газовой смеси продукта из колонны с повышенным давлением и продувку целевым компонентом газовой смеси колонны, находящейся под пониженным давлением, отличающийся тем, что используют несколько адсорбционных колонн, при этом основные колонны заполнены адсорбентом, преимущественно поглощающим нецелевые компоненты газовой смеси, а одна или несколько вспомогательных адсорбционных колонн заполнены адсорбентом, преимущественно поглощающим целевой компонент газовой смеси, и предназначены для организации обратной продувки целевым компонентом газовой смеси основных адсорбционных колонн, при их нахождении в режиме десорбции ранее адсорбированных нецелевых компонентов газовой смеси, при этом адсорбенты подбираются таким образом, чтобы время насыщения адсорбента в основных адсорбционных колоннах было примерно вдвое больше времени насыщения адсорбента в одной или нескольких вспомогательных адсорбционных колоннах (по патенту RU2607735, B01D 53/047, C01B 3/50, C01B 13/02, опубл. 10.01.2017).

Недостатком данного способа является отсутствие стадии перепуска между основными колоннами, за счет чего возможна экономия потребляемого генератором воздуха.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в применении дополнительного адсорбера для улучшения качества продувочного газа, что приводит к повышению концентрации продуктового потока, и осуществление перепуска газа между основными адсорберами для экономии потребляемого генератором воздуха.

Указанный технический результат достигается применением колонн основных, которые преимущественно поглощают нецелевые компоненты газовой смеси, и вспомогательных, которые преимущественно поглощают целевые компоненты газовой смеси, в которых циклически и последовательно организовывают режимы повышения и понижения давления, производят отвод и подачу потребителю потока обогащенного целевым компонентом газовой смеси продукта из основной колонны с повышенным давлением, заполняют вспомогательные адсорберы газом из основных адсорберов после завершения ими стадии адсорбции, осуществляют обратную продувку из вспомогательных адсорберов целевым компонентом газовой смеси основных адсорбционных колонн при их нахождении в режиме десорбции ранее адсорбированных нецелевых компонентов газовой смеси, производят частичный подъем давления в основных адсорбционных колоннах, завершивших стадию десорбции, из основных адсорберов, завершивших стадию адсорбции.

Кроме того, основных адсорбционных колонн может быть не менее двух, а количество вспомогательных адсорбционных колонн может быть одна и более, при этом время насыщения адсорбента в основных адсорбционных колоннах минимум втрое больше времени насыщения адсорбента в одной или нескольких вспомогательных адсорбционных колоннах.

Кроме того, заполнение вспомогательных адсорберов из основных колонн могут производить в середине стадии десорбции.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображен частный случай его реализации:

Фиг. 1 - установка короткоцикловой безнагревной адсорбции для получения целевого газа высокой чистоты;

Фиг. 2 - схема распределения потоков по адсорберам.

Способ разделения многокомпонентных газовых смесей короткоцикловой безнагревной адсорбцией реализуется при помощи установки, показанной на фиг. 1, и которая состоит из следующих элементов:

1 - компрессор;

2 - воздушный ресивер;

3 - фильтр;

4, 5, 6, 7 - дросселирующее устройство;

8, 9 - глушитель;

10 - обратный клапан;

11 - продуктовый ресивер;

12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 - клапан;

22, 23 - основной адсорбер;

24 - вспомогательный адсорбер;

Установка (генератор) работает следующим образом. Воздух поступает на вход компрессора 1, где происходит его сжатие (компримирование) и осушка. Далее компримированный воздух через воздушный ресивер 2 и фильтр 3 направляется в один из основных адсорберов, например, 22 через открытый клапан 12. Далее приведено описание работы установки на примере основного адсорбера 22, где происходит разделение целевых и нецелевых компонентов - целевые компоненты преимущественно поступают в продуктовый поток, а нецелевые преимущественно адсорбируются.

На Фиг. 2 изображено постадийное распределение потоков при работе установки. Адсорбция в 22 продолжается с 0 до 48 сек. Продуктовый поток поступает в продуктовый ресивер 11 через клапан 20. Продуктовый газ через клапан 20, обратный клапан 10 и продуктовый ресивер поступает на выход из установки. После насыщения адсорбента основного адсорбера 22 проводится его регенерация, но для экономии потребляемого генератором воздуха перед регенерацией через дросселирующее устройство 7 проводится перепуск газа из отработавшего основного адсорбера 22 в регенерированный основной адсорбер 23. Основной адсорбер 23, в который был проведен перепуск газа, переходит в стадию адсорбции, сырьевой поток начинает поступать в 23 через клапан 14. Таким образом, основные адсорберы 22 и 23 работают в противофазе: в то время как один из них находится на стадии адсорбции, другой совершает регенерацию. Регенерация основных адсорберов состоит из сброса газа в атмосферу при открытых клапанах 13 и 15 через глушитель 9 и обратной продувки. Обратная продувка производится для максимизации удаления нецелевых компонентов с целью увеличения полноты регенерации адсорбента. В классических схемах в качестве продувочного газа применяется часть продуктового потока. В настоящей схеме продувочный газ проходит подготовку во вспомогательном адсорбере 24, в котором преимущественно адсорбируются целевые компоненты, в результате чего продувочный газ имеет большую концентрацию целевых компонентов, чем по классической схеме, что в конечном итоге увеличивает концентрацию целевого компонента в продуктовом потоке. Подготовка продувочного газа во вспомогательном адсорбере 24 включает в себя заполнение и сброс. Заполнение вспомогательного адсорбера производится через клапан 17 и дросселирующее устройство 6 частью газа, оставшегося в основном адсорбере 22 после перепуска газа в регенерированный основной адсорбер 23. Сброс газа в атмосферу из вспомогательного адсорбера производится через клапан 16 и глушитель 8 для концентрирования целевого компонента, так как нецелевые компоненты, включая аргон, адсорбируются значительно хуже, чем целевые. Одновременно со сбросом газа из вспомогательного адсорбера 24 производится сброс газа из основного адсорбера 22 через клапан 13, совершившего заполнение вспомогательного адсорбера. Газом, оставшимся во вспомогательном адсорбере 24 после сброса, совершается продувка через клапан 17 основного адсорбера 22, завершившего сброс газа в атмосферу. Работа основного адсорбера 23 происходит аналогичным образом. Основные адсорберы 22 и 23 работают попеременно циклически.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение концентрации продуктового потока путем применения дополнительного адсорбера и экономию потребляемого генератором воздуха за счет перепуска газа между основными адсорберами, что позволяет достигнуть заявленного технического результата.

Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с повышенным содержанием целевого газа в продуктовом потоке и пониженным потреблением воздуха установкой. Способ разделения многокомпонентных газовых смесей короткоцикловой безнагревной адсорбцией включает повышение давления потока разделяемой газовой смеси, пропускание его через слой адсорбента адсорбционных колонн. Адсорбционные колонны подразделяются на основные, которые преимущественно поглощают нецелевые компоненты газовой смеси, и вспомогательные, которые преимущественно поглощают целевые компоненты газовой смеси. В адсорбционных колоннах циклически и последовательно организовывают режимы повышения и понижения давления, производят отвод и подачу потребителю потока обогащенного целевым компонентом газовой смеси продукта из основной колонны с повышенным давлением, заполняют вспомогательные адсорберы газом из основных адсорберов после завершения ими стадии адсорбции, осуществляют обратную продувку из вспомогательных адсорберов целевым компонентом газовой смеси основных адсорбционных колонн при их нахождении в режиме десорбции ранее адсорбированных нецелевых компонентов газовой смеси, производят частичный подъем давления в основных адсорбционных колоннах, завершивших стадию десорбции, из основных адсорберов, завершивших стадию адсорбции. Изобретение обеспечивает улучшение качества продувочного газа, повышение концентрации продуктового потока и экономию потребляемого генератором воздуха. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разделения многокомпонентных газовых смесей короткоцикловой безнагревной адсорбцией, включающий повышение давления потока разделяемой газовой смеси, пропускание его через слой адсорбента адсорбционных колонн, отличающийся тем, что адсорбционные колонны подразделяются на основные, которые преимущественно поглощают нецелевые компоненты газовой смеси, и вспомогательные, которые преимущественно поглощают целевые компоненты газовой смеси, в адсорбционных колоннах циклически и последовательно организовывают режимы повышения и понижения давления, производят отвод и подачу потребителю потока обогащенного целевым компонентом газовой смеси продукта из основной колонны с повышенным давлением, заполняют вспомогательные адсорберы газом из основных адсорберов после завершения ими стадии адсорбции, осуществляют обратную продувку из вспомогательных адсорберов целевым компонентом газовой смеси основных адсорбционных колонн при их нахождении в режиме десорбции ранее адсорбированных нецелевых компонентов газовой смеси, производят частичный подъем давления в основных адсорбционных колоннах, завершивших стадию десорбции, из основных адсорберов, завершивших стадию адсорбции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основных адсорбционных колонн не менее двух, а количество вспомогательных адсорбционных колонн одна и более, при этом время насыщения адсорбента в основных адсорбционных колоннах минимум втрое больше времени насыщения адсорбента в одной или нескольких вспомогательных адсорбционных колоннах.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что заполнение вспомогательных адсорберов из основных колонн производят в середине стадии десорбции.