УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДСОРБЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ СМЕСИ Советский патент 1971 года по МПК B01D53/47 

Изобретение относится к области адсорбционной техники, а именно к -короткоцикловой (безнагревлой) адсорбции и может быть иснользовано для очистки газов, получения концентрированной фракции, извлекаемой примеси ,и разделения газовых и паро-газовых смесей в стационарном слое адсорбента. Известно устройство для проведения процесса адсорбции, включающее адсорбер и расширительное устройство с клапанами. В известном устройстве рабочий процесс заключается в проведении стадий адсорбции и десорбции в адиабатных ус-лозлях, но при сущ.ественно различных давлениях с -использованием части очищенного потока для обеспечения полноты десорбции, причем объемные расходы лрямого и обратного потоков одинаковы, что обеспечивает высокоэффективное проведение адсорбционного процесса. Однако в известном устройстве темнературы процессов адсорбции и десорбции существенно отличается друг от друга, причем температура адсорбции значительно выше температуры десорбции, так как тепло сжатия газа передается потоку, подвергающемуся адсорбции, а холод расщирения газа-потоку, поступающему на регенерацию адсорбента, в то время как для улучшения лроцесса короткоцикловой (безнагревной) адсорбции лалравление тепловых потоков должно быть противоположным. Можло повысить эффективность короткоцикловой адсорбции, лр.иближая условия протекания процесса к изотермическим, например, за счет применения высокоэффективной теплорегенерирующей шихты для залолнения адсорбера. Изобретение позволяет еще больще сблизить температуры лроцессов адсорбции л десорбции благодаря наличию термостата, расноложенного .между адсорбером и расширительным устройством. Термостат применяют для подогрева охлажденного вследствие расщирения в расширительном устройстве газа до температуры, близкой к температуре сорбции - десорбции. Теплоносителем в термостате .может быть окружающий воздух, проточлая или циркулирующая вода, исходпая газовая смесь и т. д. На чертеже представлена схема предложенного устройства для адсорбционного разделения газовой смеси. Устройство состоит лз впускпого клапапа 1, выпускного клапана колцелтрированлой фракции прпмесей 2, выпускного клапана очищенного газа 3, адсорбера 4, заполненного щихтой 5 ловыщенной теплопроводности, термостата 6 Н расширительного устройства 7,

В качестве примера рассмотрен -случаи работы устройства при необходимости очистки исходного газа повышенного давления и получения очищенного газа более .низкого давления.

Перед началом работы клапаны /-3 закрыты, а поршень расширительного устройства находится в верхней мертвой точке (ВМТ). П,ри открытии клапана ./ исходная газовая смесь поступает в установку. Одновременно поршень расширительного устройства 7 двил ется вниз от ВМТ. При этом шихтой 5 из газовой см&си адсорбируется извлекаемый компонент. В определенный мо.мент клапан / закрывают, и дальнейшее движение поршня расш,ирительного устройства 7 вниз до нижней мертвой точки (НМТ) сопровождается расширением газа, заполняющего установку. В положении поршня расширительного устройства в НМТ открывают клапан 3, и происходит нронесс выхлопа очищенного газа. При движении поршня расширительного устройства 7 вверх от НМТ происходит выталкивание очищенного газа через клапал 3. В определенный момент клапан 3 закрывают и одновременно открывают клапан 2. Очищенный расширенный газ (низкого давления) вытесняется поршием ра-сширительного устройства через тер.мостат 6 и шихту 5 адсорбера-. При этом в адсорбере происходит процесс десорбции примеси в газ, выходящий из установки через клапан 2. Так обеспечивается регенерация шихты 5.

В качестве сорбента используют шихту с повышенной теплоаккумулирующей способностью.

Подогрев охлажденного вследствие расширения в расширительном устройстве 7 газа до температуры, близкой к температуре процесса, осуществляют в термостате 6.

Таким образом, в результате рабочего процесса получают очищенный газ, концентрат примеси, холод в виде значительного охлажденного потока очищенного газа и работу, снимаемую -с поршня ра-сширительного устройства.

Предлагаемое устройство обеспечивает работу и в других режимах. Например, при необходимости получепия очищенного газа под давлением, близким к давлению исходной смеси, устройство работает (Следующим образом. Перед началом работы клапаны 1, 2 к 3 закрыты, а поршень расширительного устройства 7 находится в ВМТ. Исходный газ поступает в установку при одновременном открытии клапанов 1 и 3. Проходя через слой шихты 5 ,адсорбера 4, исходный газ очищается от примеси в процессе сорбции и удаляется из установки через клапан 3. В определенный момент клапан 3 закрывают, а поршень расширительно.го устройства начинает движение вниз от ВМТ. В онределенный момент клапан / закрывают, и движение поршня оеуществляется за счет расширения очищенного газа. При достил енни НМТ клапан 2 открывают, и происходит выхлоп газа из установки через клапан 2. При движении поршня вверх от НМТ очищенный газ вытесняется из установки через кланан 2, приче.м в адсорбере 4 происходит процесс десорбции примеси.

Во всех режимах .моменты открытия и закрытия клапанов и закон движения поршней ко.мпрессора и расширительного устройства

задаются из условия равенства объемных расходов нрямого и обратного газовых потоков в адсорбере. Содержание извлекаемого компонента в концентрированной фракции при.меси может регулироваться соотношение.м

давлений в процессах сорбции и десорбции. Это соотнощение ограничено соотношениями рабочих объемов комлрессора и расширительного устройства с общим объемом установки. В результате этого is некоторых случаях в одной ступени установки невозможно получить заданный состав концентрата примесей. В этом случае следует производить концентрирование нримеси в двух (или более) ступенях установки.

Предложенная установка может, например, использоваться для получения концентрата углекислого газа при очистке воздуха в герметичных объе.мах, поскольку ее применение обеспечивает минимальные габариты и вес, а

также высокую надежность и низкие энергозатраты при эксплуатации. Предлагаемое устройство .может использоваться для получения очищепного и осушенного воздуха для питания систем пневмоавтоматики.

гг

Предмет изобретения

Устройство для адсорбционного разделения газовой смеси, включающее адсорбер, заполненный шихтой, и расширительное устройство с клапанами, отличающееся тем, что, с целью повышения степени разделения газовой смеси, оно снабжено термостатом, расположенным между адсорбером и расщирительпым устройством.