Модульное устройство адсорбции с колебанием давления

 

Изобретение относится к области адсорбционного отделения газовых фракций от газовой смеси. Роторный модуль предназначен для осуществления высокочастотного адсорбционного процесса с колебанием давления, который содержит статор и ротор, который соединен с возможностью вращения со статором. Статор имеет первую статорную клапанную поверхность, вторую статорную клапанную поверхность, множество первых функциональных отсеков, открывающихся к первой статорной клапанной поверхности, а также множество вторых функциональных отсеков, открывающихся ко второй статорной клапанной поверхности. Ротор имеет первую роторную клапанную поверхность, которая сообщается с первой статорной клапанной поверхностью, вторую роторную клапанную поверхность, которая сообщается со второй статорной клапанной поверхностью, а также множество каналов потока, предназначенных для ввода в них материала адсорбента. Каждый из каналов потока имеет два противоположных конца, при этом ротор имеет множество отверстий, предусмотренных на роторных клапанных поверхностях, которые сообщаются с концами канала потока, а также функциональные отсеки для циклического приложения к каждому каналу потока множества дискретных уровней давления, лежащих между более высоким и более высоким и более низким давлениями, для поддержания главным образом однородного газового потока, протекающего через первый и второй функциональные отсеки. Изобретение позволяет повысить эффективность использования энергии. 4 с. и 37 з. п. ф-лы, 29 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)

Формула изобретения

1. Роторный модуль для осуществления адсорбционного процесса с колебанием давления, в котором рабочее давление циклически изменяется от более высокого до более низкого, предназначенного для выделения первой и второй газовых фракций из газовой смеси, содержащей первую и вторую фракции, включающий статор, который имеет первую статорную клапанную поверхность, вторую статорную клапанную поверхность, множество первых функциональных отсеков, открывающихся к первой статорной клапанной поверхности, а также множество вторых функциональных отсеков, открывающихся ко второй статорной клапанной поверхности, ротор, который соединен с возможностью вращения со статором и имеет первую роторную клапанную поверхность, которая сообщается с первой статорной клапанной поверхностью, вторую роторную клапанную поверхность, которая сообщается со второй статорной клапанной поверхностью, а также множество каналов потока, предназначенных для ввода в них материала адсорбента, причем каждый из указанных каналов потока имеет два противоположных конца, при этом ротор имеет множество отверстий, предусмотренных на роторных клапанных поверхностях, которые сообщаются с концами канала потока, а также функциональные отсеки для циклического приложения к каждому каналу потока множества дискретных уровней давления, лежащих между более высоким и более низким давлениями, для поддержания однородного газового потока, протекающего через первый и второй функциональные отсеки.

2. Роторный модуль по п.1, в котором форма функциональных отсеков выбрана таким образом, чтобы обеспечить однородный газовый поток, протекающий по каналам потока.

3. Роторный модуль по п.1, в котором, по меньшей мере, одна из клапанных поверхностей содержит полосу уплотнения для снижения потерь газового потока между клапанными поверхностями, причем полоса уплотнения имеет конический участок, позволяющий обеспечить однородный газовый поток, протекающий по каналам потока.

4. Роторный модуль по п.3, в котором форма полосы уплотнения выбрана таким образом, чтобы обеспечить быстрое закрывание каналов потока.

5. Роторный модуль по п.1, в котором каждый из функциональных отсеков одновременно сообщается, по меньшей мере, с двумя каналами потока, чтобы обеспечить однородный газовый поток, протекающий через функциональные отсеки.

6. Роторный модуль по п.1, в котором каждый из функциональных отсеков соединен непосредственно со смежным соответствующим концом одного из каналов потока для осуществления адсорбции с высокочастотным колебанием давления.

7. Роторный модуль по п.6, в котором функциональные отсеки установлены с промежутком от соответствующих концов канала потока, достаточным для осуществления процесса адсорбции с колебанием давления при скорости вращения ротора, составляющей, по меньшей мере, 20 об/мин.

8. Роторный модуль по п.1, в котором функциональные отсеки содержат множество отсеков повышения давления для создания в каналах потока множества приростов возрастающих давлений.

9. Роторный модуль по п.8, в котором отсеки повышения давления содержат отсеки подачи питающего газа, открывающиеся к первой статорной клапанной поверхности, для выпуска газовой смеси по каналам потока при множестве различных возрастающих давлений.

10. Роторный модуль по п.8, в котором отсеки повышения давления содержат отсеки возврата легкого рефлюкса, открывающиеся ко второй статорной клапанной поверхности, для выпуска газа легкого рефлюкса по каналам потока при множестве различных возрастающих давлений.

11. Роторный модуль по п.1, в котором первые функциональные отсеки содержат множество отсеков продувки для создания в каналах потока множества возрастающих падений давления.

12. Роторный модуль по п.11, в котором отсеки продувки содержат отсеки выпуска легкого рефлюкса, открывающиеся ко второй статорной клапанной поверхности, для удаления газа легкого рефлюкса из каналов потока при множестве различных возрастающих давлений.

13. Роторный модуль по п.11, в котором отсеки продувки представляют собой отсеки продувки противотоком, открывающиеся к первой статорной клапанной поверхности, для удаления газа тяжелого продукта из каналов потока при множестве различных возрастающих давлений.

14. Роторный модуль по п.1, в котором вторые функциональные отсеки содержат множество отсеков потоковой продувки для создания в каналах потока множества возрастающих падений давления, а также множество отсеков возврата легкого рефлюкса, сообщающихся с отсеками потоковой продувки, для создания в каналах потока множества возрастающих приростов давления, а статор содержит средство снижения давления, установленное между отсеками потоковой продувки и отсеками возврата легкого рефлюкса, для выпуска газа, удаленного из отсеков потоковой продувки, при пониженном давлении к отсекам возврата легкого рефлюкса.

15. Роторный модуль по п.14, в котором средство снижения давления включает одно из следующих средств: механические ступени расширения, дроссельные отверстия или дроссельные клапаны.

16. Роторный модуль по п.14, в котором вторые функциональные отсеки содержат отсек легкого продукта, а средство снижения давления включает расширитель, соединенный с отсеками потоковой продувки и с отсеками возврата легкого рефлюкса, а также компрессор, соединенный с отсеком легкого продукта и с расширителем для повышения газового давления легкого продукта.

17. Роторный модуль по п.1, в котором первые функциональные отсеки содержат множество отсеков продувки противотоком для создания в каналах потока множества возрастающих падений давления, а также отсек возврата тяжелого рефлюкса, сообщающийся, по меньшей мере, с одним из отсеков продувки противотоком, причем статор содержит компрессор рефлюкса, включенный между отсеками продувки противотоком и отсеком возврата тяжелого рефлюкса, для выпуска газа, удаленного из отсеков продувки противотоком, под повышенным давлением в отсеки возврата тяжелого рефлюкса.

18. Роторный модуль по п.1, в котором функциональные отсеки расположены вокруг соответствующих клапанных поверхностей для обеспечения транспортировки газа вдоль каналов потока в общей заданной последовательности для каждого канала потока, причем последовательность для каждого канала потока предусматривает подачу газовой смеси под более высоким давлением от функционального отсека подачи питающего газа к концу канала потока, смежному с первой роторной клапанной поверхностью, при одновременном удалении газообразного легкого продукта под более высоким давлением от конца канала потока, смежного со второй роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек легкого продукта, а также удаление газообразного тяжелого продукта под более низким давлением от конца канала потока, смежного с первой роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек газообразного тяжелого продукта, подачу газа под давлением, промежуточным между более высоким и более низким давлениями, от функционального отсека повторного повышения давления к концу канала потока, смежному с первой роторной клапанной поверхностью, впереди функционального отсека подачи питающего газа.

19. Роторный модуль по п.1, в котором функциональные отсеки расположены вокруг соответствующих клапанных поверхностей для обеспечения транспортировки газа вдоль каналов потока в общей заданной последовательности для каждого канала потока, причем последовательность для каждого канала потока предусматривает подачу газовой смеси под более высоким давлением от функционального отсека подачи питающего газа к концу канала потока, смежному с первой роторной клапанной поверхностью, при одновременном удалении газообразного легкого продукта под более высоким давлением от конца канала потока, смежного со второй роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек легкого продукта, а также удаление газа под давлением, промежуточным между более высоким и более низким давлениями, от конца канала потока, смежного со второй роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек потоковой продувки и удаление газообразного тяжелого продукта под более низким давлением от конца канала потока, смежного с первой роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек газообразного тяжелого продукта.

20. Роторный модуль по п.1, в котором функциональные отсеки расположены вокруг соответствующих клапанных поверхностей для обеспечения транспортировки газа вдоль каналов потока в общей заданной последовательности для каждого канала потока, причем последовательность для каждого канала потока предусматривает подачу газовой смеси под более высоким давлением от функционального отсека подачи питающего газа к концу канала потока, смежному с первой роторной клапанной поверхностью, при одновременном удалении газообразного легкого продукта под более высоким давлением от конца канала потока, смежного со второй роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек легкого продукта, а также удаление газа под давлением, промежуточным между более высоким и более низким давлениями, от конца канала потока, смежного с первой роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек продувки противотоком и удаление тяжелого продукта под более низким давлением от конца канала потока, смежного с первой роторной клапанной поверхностью, в функциональный отсек газообразного тяжелого продукта.

21. Роторный модуль по п.1, в котором каждый канал потока содержит ламинированный листовой адсорбер.

22. Ротор для осуществления адсорбционного процесса с колебанием давления, который содержит кольцевой корпус с внутренней клапанной поверхностью и внешней клапанной поверхностью, множество каналов потока, предусмотренных внутри корпуса и идущих между внутренней и внешней клапанными поверхностями, множество отверстий, предусмотренных на клапанных поверхностях и сообщающихся с каналами потока для пропускания газового потока через каналы потока, причем, по меньшей мере, одна из клапанных поверхностей имеет конфигурацию, позволяющую поддерживать газовый поток главным образом однородным.

23. Ротор по п.22, в котором каждый слой адсорбента содержит, по меньшей мере, два ламинированных листа адсорбента, а каждый указанный лист адсорбента содержит упрочняющую матрицу, нанесенный на нее материал адсорбента, связующее для закрепления материала адсорбента на матрице и прокладку, предусмотренную между двумя ламинированными листами для создания между ними канала потока.

24. Ротор по п.23, в котором упрочняющий материал выбран из группы, в которую входят стекловолокно, матрица из металлической проволоки, металлическая фольга, неорганическое волокно и органическое волокно.

25. Ротор по п.23, в котором материал адсорбента содержит кристаллиты цеолита.

26. Ротор по п.22, который имеет внутреннюю окружность и внешнюю окружность, причем слои адсорбента имеют ширину, которая возрастает в направлении от внутренней окружности к внешней окружности.

27. Ротор по п.22, в котором слои адсорбента имеют изогнутую форму.

28. Ротор по п.22, в котором слои адсорбента содержат множество гранул адсорбента, каждая из которых содержит инертный сердечник, покрытый материалом адсорбента.

29. Ротор по п.28, в котором инертный сердечник изготовлен из материала, выбранного из группы, в которую входят железо и его оксиды.

30. Ротор по п.28, в котором объем инертного сердечника составляет половину объема гранулы.

31. Ротор по п.22, в котором каналы потока имеют два противоположных конца, причем каждый канал имеет отверстие, расположенное в непосредственной близости от соответствующего одного из противоположных концов.

32. Адсорбционная система с колебанием давления для выделения первой и второй газовых фракций из газовой смеси, содержащей первую и вторую фракции, которая включает роторный модуль, соединенный с коллектором питающего газа, с коллектором тяжелого продукта и с коллектором легкого продукта, причем указанный модуль включает статор, который имеет первую статорную клапанную поверхность, вторую статорную клапанную поверхность, множество первых функциональных отсеков, открывающихся к первой статорной клапанной поверхности, а также множество вторых функциональных отсеков, открывающихся ко второй статорной клапанной поверхности, и ротор, который соединен с возможностью вращения со статором и имеет первую роторную клапанную поверхность, которая сообщается с первой статорной клапанной поверхностью, вторую роторную клапанную поверхность, которая сообщается со второй статорной клапанной поверхностью, а также множество каналов потока, предназначенных для ввода в них материала адсорбента, причем каждый из указанных каналов потока имеет два противоположных конца, при этом ротор имеет множество отверстий, предусмотренных на роторных клапанных поверхностях, которые сообщаются с концами канала потока и с функциональными отсеками, и оборудование сжатия/расширения, соединенное с роторным модулем для поддержания в функциональных отсеках множества дискретных уровней давления, лежащих между более высоким давлением и менее высоким давлением, для обеспечения протекания главным образом однородного газового потока через каналы потока.

33. Система по п.32, в которой функциональные отсеки содержат множество отсеков подачи питающего газа, а оборудование сжатия/расширения включает многоступенчатый компрессор, который имеет множество каналов выпуска газа под давлением, причем каждый такой выпускной канал соединен с соответствующим одним из питающих отсеков для подачи питающего газа в каналы потока с множеством приростов давления.

34. Система по п.33, в которой многоступенчатый компрессор представляет собой центробежный компрессор, который имеет множество каскадов, причем каждый каскад содержит газовый впуск, диффузор и рабочее колесо, связанное с газовым впуском и совершающее вращение вокруг оси для ускорения протекания газа от газового впуска в направлении к диффузору.

35. Система по п.33, в которой многоступенчатый компрессор представляет собой многоступенчатый компрессор с осевым расщепленным потоком, который содержит множество кольцевых статорных колес с постепенно уменьшающимся диаметром, причем каждое статорное кольцо имеет кольцевую зону потока и множество статорных лопаток, а ротор имеет ось вращения и содержит множество роторных лопаток, взаимодействующих со статорными лопатками для сжатия газа, протекающего через зону потока, причем, по меньшей мере, одно из указанных статорных колец дополнительно содержит коллектор и диффузор для распределения сжатого газового потока между коллектором и зоной потока последующего одного из статорных колец.

36. Система по п.33, в которой функциональные отсеки содержат множество отсеков продувки, а оборудование сжатия/расширения включает многоступенчатый вакуумный насос, подключенный к компрессору, причем вакуумный насос содержит множество каналов впуска газа под давлением, при этом каждый такой впускной канал соединен с соответствующим одним из отсеков продувки для приема газа продувки из каналов потока с множеством приростов давления.

37. Система по п.33, в которой функциональные отсеки содержат множество отсеков продувки, причем адсорбционная система с колебанием давления содержит множество дроссельных отверстий, связанных с отсеками продувки для выпуска газа продувки из каналов потока с множеством приростов давления.

38. Система по п.32, в которой функциональные отсеки содержат множество отсеков продувки противотоком и множество отсеков потоковой продувки, а оборудование сжатия/расширения включает первый расширитель, подключенный к отсекам продувки противотоком, и второй расширитель, подключенный к отсекам потоковой продувки.

39. Система по п.36, в которой функциональные отсеки содержат множество отсеков подачи питающего газа, а оборудование сжатия/расширения включает компрессор, подключенный к отсекам подачи питающего газа и к первому и второму расширителям.

40. Система по п.33, в которой многоступенчатая турбина подключена к множеству указанных роторных модулей, к которым подключены также коллектор подачи питающего газа, коллектор тяжелого продукта и коллектор легкого продукта.

41. Многоступенчатый компрессор с осевым расщепленным потоком, который включает множество кольцевых статорных колец с постепенно уменьшающимся диаметром, причем каждое статорное кольцо имеет кольцевую зону потока и множество статорных лопаток, и ротор, который имеет ось вращения и содержит множество роторных лопаток, взаимодействующих со статорными лопатками для сжатия газа, протекающего через зону потока, причем, по меньшей мере, одно из указанных статорных колец дополнительно содержит коллектор и диффузор для распределения ускоренного газового потока между коллектором и зоной потока последующего одного из статорных колец.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63, Рисунок 64, Рисунок 65, Рисунок 66, Рисунок 67, Рисунок 68, Рисунок 69, Рисунок 70, Рисунок 71, Рисунок 72, Рисунок 73, Рисунок 74, Рисунок 75, Рисунок 76, Рисунок 77, Рисунок 78, Рисунок 79, Рисунок 80, Рисунок 81, Рисунок 82, Рисунок 83, Рисунок 84, Рисунок 85, Рисунок 86, Рисунок 87, Рисунок 88, Рисунок 89, Рисунок 90, Рисунок 91, Рисунок 92, Рисунок 93, Рисунок 94, Рисунок 95, Рисунок 96, Рисунок 97, Рисунок 98, Рисунок 99, Рисунок 100, Рисунок 101, Рисунок 102, Рисунок 103, Рисунок 104, Рисунок 105, Рисунок 106, Рисунок 107