Способ охлаждения и очистки газов в регенераторах Советский патент 1979 года по МПК F25J3/08 

1

Изобретение относится к холодильно технике, касается способа охлаждения и очистки воздуха в регенераторах нри разделении воздуха методом низкотемпературной ректификации и может быть использовано при модернизации действующих и конструировании новых воздухоразделительных установок с регенераторами.

Известен способ охлаждения и очистки воздуха в регенераторах, включающий конденсацию и вымораживание примесей па иасадке, по которому длительная работа регенераторов в режиме самоочистки насадки от вымораживаемых из воздуха нримесей достигается тем, что часть газа обратного потока постоянно подогревают и пропускают через каждый из регенераторов в течение первой половины периода холодного дутья неред основным потоком 1.

Недостатками известного способа являются непроизводительное использование регенератора, по которому пропускают дополнительно нагретый газ обратного потока в количестве, не превышающим 5-7% от количества газа обратного потока, и недостаточная эффективность способа при охлаждении и очистке в регенераторах воздуха под давлением ниже 0,6МПа (6,0 кгс/см). Первый недостаток указанното способа очевиден. Второй недостаток обусловлен тем, что по условиям теплового баланса воздухоразделительных установок с турбодетендерами и с получением продуктов разделения в газообразном виде количество тепла, используемого для дополнительного подогрева газа обратного потока, выше температуры конденсации воздуха под давлением в регенераторе (выше 97-102° К), не молчет быть более 1,5% от тепловой нагрузки регенератора. Такое количество тепла недостаточно для обеспечения надежной самоочистки насадки регенераторов от двуокиси углерода при отношении давления газа прямого потока к давлению газа обратного потока и для очистки регенераторов от углеводородов при , т. е. в условиях, в которых работают регенераторы действующих установок.

Известен также способ охлаждения и очистки газа в регенераторах, включающий конденсацию и вымораживание примесей с дальнейшей их возгонкой 2. По этому способу весь газ обратного потока подогревают в начале периода холодного дутья в нескольких сечениях регенератора; необходимость в дополнительном регенераторе отпадает, но схема установки усложняется. Усложняется и конструкция регенераторов, которые необходимо выполнять с нееко«тькими промежуточными решетками и распределителями тейлого газа или подогревателями. Эти затраты целесообразны, если необходимо обеспечить незабиваемость насадки регенераторов при ,0-2,5 от двуокиси углерода, углеводородов и Н2О. Для обеспечения самоочистки регенераторов действующих установок от двуокиси углерода и углеводородов при ,5-5 ю такое усложнение схемы установки и конструкции регенераторов нежелательно. Целью изобретения является увеличение количества возгоняемых примесей с насадки регенератора.15 Это достигается тем, что подогретый газ обратного потока подают на насадку со скоростью от 20 до 600 м/с в виде отдельных струй, пересекающих ленты насадки. Такой способ охлаждения и очистки га- 20 зов в регенераторах нозволяет увеличшъ количество возгоняемых примесей ненодогретым газом обратного потока, особенно при отношении давлений газов прямого и обратного потоков при умень- 25 шить в 5-20 раз расход тепла или подогретого газа обратного потока для достижения заданного эффекта очистки насадки регенератора или увеличить степень очистки насадки, например, от углеводо- Q родов При ,5 заданным количеством подогретого газа и уменьшить число сечений подогрева в каладой зоне очистки, упростив тем самым конструкцию регенератора и всей установки. На чертел е дана схема воздухоразделительной установки, реализующей предлагаемый способ. Воздухораспределительная установка содержит регенераторы 1-4, адсорбер 5, блок 6 разделения, вентиль 7, ресивер 8, реле 9 времени, электропневмокланан 10, механизм 11 переключения, клапан 12, электроподогреватель 13, ускоритель 14 газа. Воздух прямого потока пропускают через 45 регенераторы 2 и 3 нод давлением 0,6 МПа (6,0 кгс/см). В регенераторах 2 и 3 воздух охлаждают до рабочих температур и очищают от паров воды, двуокиси углерода и углеводородов, которые конденсируются gQ или вымораживаются на насадке регенератора. Часть газа прямого потока отбирают из середины регенераторов 2 и 3 при средней температуре около 150° К, очищают от двуокиси углерода и углеводородов в адсорберах 5 и направляют в блок 6 разделения. Часть этого воздуха (примерно 0,1% от количества перерабатываемого воздуха) после адсорберов отбирают через вснтиль 7 и направляют в ресивер 8, где QQ накапливают в течение 10-20 циклов работы, т. е. в течение 1-2 ч. Например, для установки с количеством перерабатываемого воздуха 200000 в ресивере надо накопить 200-400 м чисто- 65 5 35 40 55 го теплого воздуха (или азота). Гидравлическая емкость реципиента должна быть около 50-80 м. За 1-2 ч давление воздуха или азота в емкости повышается до 0,5-0,6 МПа. Между циклами с подогревом регенераторы работают в обычном режиме без дополнительного нодогрева газа обратного потока. В этом режиме работы регенераторов за нериод обратного дутья с насадки полностью удаляется только вода, Двуокись углерода удаляется на 80-98%, а углеводороды тнпа Сз, Нт и более тяжелые - не более чем на 10-15%. Эти примеси постепенно наканливаются на насадке и в первую очередь в прорезях галет на их торцовых частях и Б других углублениях, где скорость движения газа сущоственно понижается. По этой причине заметного увеличения проскока этих примесей через регенераторы не нроисходит, качество очистки воздуха в регенераторе остается высоким, сопротивление регенератора не повышается. Через 10-20 циклов такой работы реле 9 времени замыкает контакт А, который включен в сеть электропневмоклапана 10 и подготавливает день к работе. При очередном переключении регенератора 1 с прямого нотока на обратный одновременно с открытием перепускного кланана механизм И переключения замыкает контакт в цепи ЭПК-13, который открывается и открывает клапан 12 принудительного действи.я регенератора. Через клапан 12 подогретый газ из ресивера 8 через электроподогреватель 13 нанравляют в ускоритель 14 газа, установленный в регенераторе 1. В электроподогревателе 13 газ подогревается до температуры 500-600° К, а в соплах ускорителя 14 увеличивают скорость движения с 20-30 до 100-600 м/с. Скорость тенлого газа в соплах увеличивают за счет понижения давления этого газа с 0,5-0,7 МПа до 0,12-0,2 МПа. ИстекаюЩий через сопла газ подогревает насадку регенератора в узкой зоне, вследствие чего он незначительно охлаждается на галетах, Высокая скорость этого газа обеспечивает глубокое проникновение его узким клином вглубь регенератора и равномерный одновременный нагрев большого количества галет (10-20), что оказывается достаточным для удаления СО2 и углеводородов из насадки регенератора. Клапан 12 принудительного действия остается в открытом положении в течение 10-60 с. В течение этого времени вследствие теплопроводности и вихревых потоков газа вся насадка зоны прогревается. Сопла ускорителя газа устанавливают в сечении регенератора с таким расчетом, чтобы в наиболее удаленных точках от сонл темнература насадки повысилась на 5-15°К, что оказывается вполне достаточно для полного удаления примесей газом обратного потока. Через 10-60 с механизм 11 переключения закрывает клапан 12 и включает реле 9 времени, размыкая контакт А в сети ЭПК- В оставшуюся часть цикла регенератор охлаждается и очищается от примесей холодным газом обратного потока. В течение последующих 10-20 циклов (1-2 ч) все регенераторы вновь работают без подогрева. Затем реле времени вновь включается и замыкает теперь уже контакт Бит. д., обеспечивая таким образом последовательную периодическую очистку регенераторов от СО2 и углеводородов. Цикл с подогревом на каждом из регенераторов повторяется через каждые 10-50 ч. Интервал времени между циклами с подогревом определяется временем удерживающего действия насадки, зависит от многих факторов и определяется экспериментально.

Таким образом, за 10-50 ч каждый из регенераторов будет обработан подогретым газом и очищен от накопившихся на насадке за указанный период двуокиси углерода, углеводородов и других примесей. За период подогрева насадки (за 10-60 с) давление газа в емкости понижается до 0,2-0,4 МПа, а затем за последующие 10- 20 циклов емкость вновь постепенно заполняется чистым теплым газом.

В соответствии с выполненными расчетами изобретение обеспечит надежную самоочистку регенераторов от примесей СО2 и углеводородов в интервале соотношений давлений газов прямого и обратного потоков от 6 до 1 и в интервале скоростс-ii фильтрации до б кг/см, что позволит упростить конструкцию регенераторов и всей

установки; уменьшить сечение регенератора и массу насадки в 2-2,5 раза по сравнению с регенераторами установки КТК-35-3, на которых скорость фильтрации равна всего 1,5 кг/см ; снизить количество вдуваемого в регенератор подогретого газа до 0,05-0,1% от количества газа обратного потока; обеспечить незабиваемость насадки и хорошую очистку охлаждаемого

воздуха при понижении л с 6 до 2-3, а при необходимости и до 1,25-1,5.

Общий экономический эффект от внедрения данного предложепия в народнол хозяйстве страны за год составит

1 мил. руб.

Формула и а о б р е т е и и я

Способ охлаждения п очистки газов в регенераторах, включающий конденсацию и вымораживание примесей на насадке, выполненной из металлической ленты, подогрев насадки путем подачи подогретого газа обратного потока с одновременной возгонкой примесей и охлал дение насадки газом обратного потока, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества возгоняемых с насадки примесей, подогретый газ обратного потока подают на насадку со скоростью от 20 до 600 м/с в виде отдельных струй, иересекающих ленты асадки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 179339, кл. F 25J 3/08, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР Ко 328307, кл. F 25D 21/00, 1970.