Устройство адсорбционной очистки

 

УСТРОЙСТВО АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ газа, содержащее адсорбер, соединенный с трубопроводами подвода исходного и отвода очищенного газа с обратным клапаном, включающим корпус, золотник с отверстием, седло , образующее с золотником кольцевой канал для прохода газа, о т л и ч а ю щ е е q, я тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет снижения металлоемкости, повышения надежности устройства путем предотвращения колебаний давления, Обратный клапан снабжен пружиной, соединенной с верхней частью золотника и корпусом, при 3том отношение площади сечения отверстия золотника к площади сечения кольцевого канала (Л для прохода газа составляет 0,08-0,2. о СП эо :л ipi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11)

3(5D B 01 D 13 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО)5РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3371225/23-26 (25) 3371224/23-26 (22) 30.12.81 (46) 07.12.83. Бюл. М 45 (72) С.З.Васильев, В.Н.Железов, B.È.Ëåòè÷åâñêèé и И.И.Маергойз (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (53) 66.074.7.(088.8) (56) 1. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер.

М., "Металлургия", 1973, с.128-140.

2. Патент C(t)A Р 3472000, кл. 55-163, 1969.. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО АДСОРБЦИОНИОЯ

ОЧИСТКИ газа, содержащее адсорбер, соединенный с трубопроводами подвода исходного и отвода очищенного газа с обратным клапаном, включающим корпус, золотник с отверстием, седло, образующее с золотником кольцевой канал для прохода газа, о т л и-. ч а ю щ е е с.я. тем, что, с целью повышения экономичности процесса за счет снижения металлоемкости, повышения надежности устройства путем предотвращения колебаний давления, Обратный клапан снабжен пружиной, соедийенной с верхней частью золотника и корпусом, при этом отношение а площади сечения отверстия золотника к площади сечения кольцевого канала уу для прохода газа составляет 0,08-0,2. %УФ

1058574

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано, например, в установках для получения очищенной от СОу, и

Н О экзотермической контролируемой атмосферы. 5

Известна установка для получения газа, включающая камеру сгорания, аппарат конверсии окиси углерода, два адсорбера со слоем цеолита,. вакуум-насос (11 . 1Î

Недостатком этой установки является сложность регулирования процесса и неравномерности качества готовой атмосферы на протяжении цикла адсорбции. 15

Известно устройство адсорбционной очистки газа, содержащее адсорбер, соединенный с трубопроводами подвода исходного и отвода очищенного газа с обратным клапаном, включающим корпус, золотник с отверстием, сед- .

20 ло, образующее с золотником кольцевой канал для прохода газа (2) .

Однако при работе данного устройства под повышенным давлением потребовалась бы дополнительная мембрана для заполнения адсорбера газом после регенерации. Кроме того, при переходе с режима.адсорбции на режим регенерации могут возникать колебания давления.

Целью изобретения является повышение экономичности процесса за счет снижения металлоемкости, повышение надежности устройства путем предотвращения колебаний давления. !

Цель достигается тем, что в устройстве адсорбционной очистки газа, содержащем адсорбер, соединенный с трубопроводами подвода исходного и 40 отвода очищенного газов с обратным клапаном, включающим корпус, золотник с отверстием, седло, образующее с золотником кольцевой канал для прохода газа, обратный клапан снабжен пружиной, соединенной с верхней частью золотника и корпусом, при этом отношение площади сечения отверстия золотника к площади сечения кольцевого канала для прохода газа составляет 0,08-0,2.

На чертеже представлена схема предложенного устройства °

Устройство состоит из трех адсорберов 1, 2 и 3, трубопровода 4 подвода исходного газа (неочищенной S5 контролируемой атмосферы), трубопровода 5 отвода очищенного газа (готовой контролируемой атмосферы), трех обратных клапанов 6, соединяющих адсорберы с трубопроводом 5. Каждый б0 обратный клапан включает корпус 7,золотник 8,имекщий сквозное отверстие 9 и,пружину 10, компенсирующую массу золотника. Предусмотрена система вакуумирования, состоящая из вакуум- б5 насоса 11, связанного с адсорберами, трубопроводами и арматурой.

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.

Неочищенный экзогаз по трубопроводу 4 поступает в один из адсорберов (1), где происходит очистка газа от Н О и СО2 на цеолитах. На выходе из адсорбера очищенный экзогаз поступает в обратный клапан б, поднимает своим давлением золотник 8 со сквозным отверстием 9. Поднятие золотника облегчается пружиной 10, компенсирующей массу золотника. Из клапана газ поступает в трубопровод

5 отвода очищенного газа. Газ проходит из адсорбера в трубопровод через кольцевой канал между золотником и седлом клапана, а также через сквозное отверстие в золотнике.

Одновременно в адсорбере 3 происходит вакуумирование адсорбента с продувкой слоя. Обратный клапан при этом закрыт за счет перепада давлений на золотнике, создаваемого вакуум-насосом 11 при откачке адсорбера.

Из трубопровода 5 (очищенной контролируемой атмосферы) через сквозное отверстие в золотнике в адсорбер поступает очищенный экзогаз в.количестве, необходимом для проведения эффективной регенерации цеолита. Поперечное сечение этого отверстия рассчитано именно на это количество продувочного газа.

В это же время обратный клапан адсорбера 2 закрыт, линия откачки перекрыта, и вследствие разности давлений внутри адсорбера и в трубопроводе очищенной контролируемой атмосферы происходит наполнение адсорбера. очищенным экзогазом. По мере наполнения адсорбера перепад. давлений на золотнике уменьшается, количество поступающего в адсорбер очищенного экзогаза падает, но усилие пружины становится достаточным для приоткрывания золотника. Таким образом, уменьшение количества экзогаза, поступающего в адсорбер через сквозное отверстие в конце такта, компенсируется одновременным поступлением экзогаза в адсорбер через кольцевой канал между золотником и седлом клапана. Это позволяет снизить колебание давления и расхода экзогаза на выходе из установки в течение такта. По окончании времени такта по сигналу, поступающему с командоаппарата (например, КЭП12У), происходит переключение работы адсорберов на следующий такт, При этом в адсорбере 1 производится вакуумирование с продувкой, в адсорбере 2 — очистка экзогаза (адсорбция), в адсорбере 3 — напуск экзогаза.

Отработав этот такт, по сигналу командоаппарата происходит переключе1058574 ние на следующий. При этом в адсорбере 1 происходит напуск газа, в адсорбере 2 — вакуумирование с продувкой, а в адсорбере 3 — очистка. экзогаза от .СО1 и НгО. После окончания третьего такта завершается цикл работы установки и начинается новый.

Ограничение расхода очищенного экзогаза на продувку адсорбента при его вакуумной регенерации 8-20Ъ от производительности устройства (что соответствует соотношению площади сечения отверстия золотника к площади сечения кольцевого канала для прохода газа от 0,08 до 0,2) связано с тем, что снижение расхода ниже

83 (0,08) не позволяет заполнить адсорбер в процессе напуска за время одного такта работы устройства; превышение этого расхода выше 20% (0,2) не экономично иэ-за снижения производительности устройства, а также недопустимо из-за резкого повышения пульсации производитеггьности.

Поскольку и продувка, и напуск производятся через одно и то же отверстие в золотнике, то, увеличив расход продувки за счет сечения отверстия, одновременно увеличивается и расход напуска экзогаза, т.е. объем адсорбера заполняется очень быстро, но при этом резко понижается производительность устройства. После заполнения адсорбера она вновь резко возрастает. Это, в свою очередь, вызывает колебания давления контролируемой атмосферы у потребителя, т.е. в рабочем пространстве термичес. кой печи.

Пример 1. Требуется очистить 60 м /ч экзотермической контролируемой атмосферы, содержащей, %: СО 2,0; Н 2,0; С0 10,0;

Н О 2,3; г .> остальное. Очищенная атглосфера должна содержать не более

0,8% СО и количество влаги на ней должно соответствовать точке росы при температуре не выгге — 40 С. о

Неочищенная экзотермическая контролируемая атмосфера из узла сжигания поступает в один из трех адсорберов узла очистки. Газ проходит слой адсорбента (цеолита СаА-5), количество которого рассчитано на поглощение необходимого количества двуокиси углерода и водяных паров в течение 15 мин. Выходя из адсорбера, очищенный экзогаз проходит частично через кольцевой зазор между золотником и седлом обратного клапана и частично через сквозное отверстие в золотнике, после чего попадает в трубопровод очищенного экзогаза. В течение этого такта, длящегося 15 мин, второй адсорбер работает в режиме регенерации адсорбента. В нем происходит вакуумная откачка сорпроисходит за 12,3 мин (диаметр отверстия в золотнике 2,5 мм). Таким образом, к моменту начала очередного такта (через 15 мин) адсорбер

Зо подготовлен к режиму адсорбции. По прошествии 15 мин происходит переключение установки на следующий такт.

При этом первый адсорбер начинает работать в режиме вакуумной регенерации с продувкой слоя адсорбента очищенной кОнтролируемой атмосферой, поступающей через отверстие в золотнике, закрытого во время этого такта обратного клапана.

Во втором адсорбере происходит

4О напуск очищенной атглосферы также через отверстие в золотнике закрытого обратного клапана, а в третьем— адсорбция примесей из неочищенной контролируемой атмосферы и выход

45 готовой атмосферы через кольцевой зазор и отверстие в золотнике открытого клапана. И, наконец, при следующем переключении на очередной такт первый адсорбер работает в ре5р жиме напуска, второй — в режиме десорбции, а третий — в режиме вакуумной регенерации с продувкой слоя.

По завершении этого такта завершается и весь трехкратный цикл, и начи. нается новый цикл работы установки.

Состав готовой контролируемой атмосферы,Ъ:СО 2,3; Н 2,3; СО, 0,7, остальное содержание влаги соответствует точке росы при минус -40 С.

50 и р и м е р 2. реоуется очистить 60 м /ч экзотермической контро3 лируемой атмосферы, содержащей, В:

СО 4,0; Нг 6,0; СОг 8,0; НгО 2,3;

И2 остальноеф от двуокиси углерода

65 и паров воды до остаточного содержа5

1О

25 бированных примесей с одновременной продувкой слоя цеолитов очищенньм экзогазом. Для обеспечения требуемой степени очистки экзогаза (остаточная концентрация 0,8% COg) принимаегл количество продувочного газа

8Ъ от общего количества очищаемого газа, т.е. 4,8 м /ч. Для обеспече9 ния укаэанного расхода при среднем перепаде давлений в процессе вакуумирования 5000 кг/м диаметр сквозного отверстия должен быть равен 2,5 мм. Очищенный экзогаз иэ трубопровода готовой йрнтролируемой атмосферы через отверстие в золотнике закрытого обратного клапана поступает в слой адсорбента, проходит через него, вынося из адсорбента десорбированные примеси СО и

Н О. В это же время в третьем адсорбере происходит напуск очищенной контролируемой атмосферы из трубопровода готовой атмосферы через отверстие в золотнике клапана. При заданных условиях процесса выравнивание давлений в трубопроводе и адсорбере

1058574

Составитель Л.Эпштейн

Редактор М.Бандура. Техред B.далекорей Корректор.О.БиКак

«Ф%

Эаказ 9774/3 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния СО не выае, 0>4% и ИдО по точке .росы не вь ве минус -50 С, Способ осуществляется аналогично примеру 1. При этом время такта принимается равным 10 мин, а расход продувочного газа при регенерации14% от офщего расхода, что составляет 8,4 м /ч. Прн средйем перепаде давлений 45000 кг/м и диаметре отверстия s ýîèîòíèêe 3,5 мм время выравнивания давлений при напуске га- 10 эа 6, 9 .мин.

Состав готовьй контролируемой атмосферы,%г СО 4,4 Н 6,7>

СО 0,35у Nj 88,5. Содержание влаги по точке росы минус -50 С. 15

Пример 3. Требуется очистить от COg н Н О 60 м /ч экэогаэа, содержащего,% СО 6,5j И 11;

СОу 6 Н О 2,3 N> -,остальное, до остаточного содержания СОд не более 2О

0,15) и Н20 по точке росы не выае 60 С.

Способ осуществляется аналогично способам, приведенным в двух предыдущих примерах. Время такта принимается 3 минi

Расход продувочного газа при заданных условиях процесса принимается равньм 20% от расхода экэогаэа, что составляет 12 M>/÷. При среднем перепаде давлений 5000 иг/м и длительности такта 8 мин диаметр от-. верстия в клапане составит 4 мм.

Время напуска контролируемой атмосферы в адсорбер при третьем такте работы установки 4,25 мин, что вполне укладывается в заданное время такта.

Состав готовой контролируемой .атмосферы, % . СО 7,0; Ну 12,0; СО 0,1

Ny -. остальнсе. Содержание влаги. минус -63 С по точке росы.

В предложенном устройстве снижается металлоемкость эа счет того, что выход ачищенного газа,, подача газа на продувку и заполнение адсорбера газом после регенерации осуществляется по одному трубопроводу. Кроме того, значительно снижаются колебания давления, исключается проскок примесей при переключении адсорберов.