Компрессорная установка с сушилкой и способ осушения сжатых газов

Предлагается компрессорная установка, содержащая компрессор и сушилку, соединенные между собой напорной трубой, при этом сушилка снабжена корпусом с зоной сушки и зоной регенерации, барабаном, установленным с возможностью вращения в корпусе и содержащим регенерируемый сушильный агент, причем зона регенерации содержит первую подзону и вторую подзону. При этом два регенерационных трубопровода подсоединены к напорной трубе, соответственно, первый регенерационный трубопровод, через который принудительно перемещается сжатый газ, имеющий первую температуру, подсоединен к входному отверстию первой подзоны, а второй трубопровод регенерации подсоединен к входному отверстию второй подзоны. Причем второй регенерационный трубопровод снабжен нагревательным элементом для нагрева сжатого газа, проходящего через второй регенерационный трубопровод, до второй температуры, которая выше первой температуры. Изобретение позволяет уменьшить энергозатраты. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к компрессорной установке, содержащей сушилку, и к способу осушения сжатого газа.

Более конкретно, изобретение относится к компрессорной установке, содержащей компрессор и сушилку, которые соединены между собой напорной трубой, причем сушилка содержит вращающийся барабан, снабжаемый регенерируемым сушильным агентом, который при вращении барабана последовательно проходит через две зоны сушилки, при этом в одной зоне, являющейся зоной сушки, сушильный агент используется для осушения сжатого газа, а в другой зоне, конкретнее зоне регенерации, сушильный агент при контакте с горячим газом регенерируется.

Сушильный барабан, как правило, вращается непрерывно и с малой скоростью, но иногда возникают периодические паузы, в связи с чем сушильный агент, который был недавно высушен в зоне регенерации, может быть весь израсходован в зоне сушки.

Как правило, основная часть сжатого газа, подаваемого компрессором, охлаждается и затем принудительно перемещается через зону сушки сушилки, в которой взаимодействует с сушильным агентом, в результате чего из указанного газа экстрагируется влага и получается сухой газ с низкой точкой росы под давлением.

Практически, остальная часть сжатого газа, подаваемого компрессором, остается горячей и принудительно перемещается через зону регенерации сушилки, в которой взаимодействует с сушильным агентом, при этом горячий сжатый газ выпаривает влагу из сушильного агента и сушильный агент регенерируется, в результате чего сушильный агент впоследствии может снова использоваться в зоне сушки для проведения очередного цикла осушения сжатого газа.

В зоне регенерации тепло сжатого газа, несомненно, используется для регенерации сушильного агента в зоне регенерации, при этом следует отметить, что с повышением температуры сжатого газа улучшается процесс сушки и, соответственно, повышается эффективность установки.

Температуру сжатого газа, используемого для регенерации, можно повысить с помощью нагревательного элемента, установленного на пути принудительно перемещаемого сжатого газа к зоне регенерации.

Соответственно, может быть повышена эффективность адсорбционной сушилки, что практически выражается в достижении низкой точки росы под давлением высушенного газа. Например, при определенных условиях точка росы под давлением может составлять -25°С, а температура регенерации может составлять 150°С. При использовании нагревательного элемента за счет повышения температуры регенерации от 30°С до 180°С точка росы под давлением может быть снижена от 10°С до -35°С.

В турбокомпрессорах и устройствах низкого давления температура сжатого газа часто является слишком низкой, чтобы обеспечивалась достаточная регенерация, в связи с чем сжатый газ перед принудительным перемещением через зону регенерации сушилки должен быть перегрет с помощью нагревательных элементов.

Недостаток устройства состоит в том, что нагревательный элемент потребляет слишком много электроэнергии. Как правило, нагревательный элемент потребляет от 8 до 15% номинальной энергии и/или электроэнергии, потребляемой компрессорной установкой, что составляет относительно большую величину.

Дополнительный недостаток устройства состоит в том, что такой нагревательный элемент является громоздким и дорогостоящим.

В документе US №6165254 на фиг.10 представлено устройство для обезвоживания газа, которое содержит вентилятор, соединенный с теплообменником, охлаждающим технологический воздух до разделения на первый поток, направляемый в зону адсорбции сотовидного роторного элемента, и второй поток, направляемый в зону охлаждения указанного сотовидного роторного элемента.

После того как второй поток прошел через зону охлаждения, часть указанного второго потока выпускается в атмосферу, в то время как другая его часть смешивается с наружным воздухом и нагревается с помощью нагревателя перед принудительным перемещением через зону десорбции сотовидного роторного элемента.

Недостаток устройства для обезвоживания газа, описываемого в документе US №6165254, состоит в том, что происходит большая потеря энергии при выпуске воздуха в атмосферу и нагреватель потребляет много энергии.

Задача настоящего изобретения состоит в создании компрессорной установки и способа осушения газов, что позволит устранить один или несколько из указанных и/или других недостатков.

В связи с вышесказанным изобретение относится к компрессорной установке, содержащей компрессор и сушилку, соединенные между собой напорной трубой, причем в соответствии с направлением подаваемого компрессором потока сжатого газа в установке последовательно размещены холодильник и водоотделитель, при этом сушилка содержит корпус с зоной сушки и зоной регенерации, барабан, установленный с возможностью вращения в корпусе и содержащий регенерируемый сушильный агент, и 3 приводные средства для вращения барабана, чтобы сушильный агент перемещался последовательно через зону сушки и зону регенерации, при этом компрессорная установка отличается тем, что зона регенерации содержит, по меньшей мере, две подзоны, соответственно, первую подзону и вторую подзону, и, по меньшей мере, два регенерационных трубопровода подсоединены к напорной трубе по потоку перед холодильником, чтобы подаваемый компрессором поток горячего сжатого газа разветвлялся, по меньшей мере, на две части, первая из которых поступает, соответственно, в первый регенерационный трубопровод, а вторая часть поступает во второй регенерационный трубопровод, при этом первый регенерационный трубопровод подсоединен к входному отверстию первой подзоны и через него принудительно перемещается первая часть потока сжатого газа, имеющего первую температуру, а второй регенерационный трубопровод подсоединен к входному отверстию второй подзоны; причем второй регенерационный трубопровод снабжен нагревательным элементом для нагрева второй части потока сжатого газа, проходящего через второй регенерационный трубопровод, до второй температуры, которая выше первой температуры.

Одним из преимуществ компрессорной установки является то, что осушение подлежащего осушению газа выполняется более эффективно, поскольку в зоне регенерации созданы две подзоны, при этом в разных подзонах для регенерации используется газ с разной температурой.

Другое преимущество компрессорной установки состоит в том, что не обязательно нагревать весь поток газа, достаточно нагреть до более высокой температуры только одну часть потока газа либо остальная часть потока газа должна быть нагрета меньше. Это приводит к значительной экономии энергии.

Таким образом, можно использовать небольшой нагревательный элемент, что влечет за собой целый ряд преимуществ, а именно обеспечивается экономия электроэнергии и сокращаются материальные затраты, кроме того, установка может быть более компактной.

Изобретение также относится к способу осушения подаваемого компрессором сжатого газа с использованием сушилки, содержащей корпус с зоной сушки и зоной регенерации, барабан, установленный с возможностью вращения в корпусе и содержащий регенерируемый сушильный агент, и приводные средства для вращения барабана, чтобы сушильный агент перемещался последовательно через зону сушки и зону регенерации, при этом указанный способ включает следующие этапы:

осушение сжатого газа за счет охлаждения с последующим принудительным перемещением указанного газа через зону сушки;

принудительное перемещение некоторого количества горячего сжатого газа, подаваемого компрессором, через зону регенерации для регенерации сушильного агента,

отличающемуся тем, что дополнительно содержит следующие этапы:

разделение зоны регенерации, по меньшей мере, на две подзоны, соответственно, первую подзону и вторую подзону;

принудительное перемещение через первую подзону первой части потока горячего сжатого газа, имеющего первую температуру T₁, с помощью первого регенерационного трубопровода, подсоединенного к напорной трубе по потоку перед холодильником и по потоку после компрессора, чтобы за счет теплоты сжатия сжатого газа обеспечивалась регенерация перемещающегося через первую подзону сушильного агента;

принудительное перемещение через вторую подзону второй части потока горячего сжатого газа, имеющего вторую температуру Т₂, с помощью второго регенерационного трубопровода, подсоединенного к напорной трубе по потоку перед холодильником и по потоку после компрессора и снабженного нагревательным элементом, причем вторая температура Т₂ выше первой температуры T₁.

С целью раскрытия особенностей изобретения целый ряд предпочтительных вариантов осуществления компрессорной установки согласно изобретению, так же как и способ осушения сжатого газа, описаны посредством примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые ни в коем случае не являются ограничительными.

На фиг.1 показано схематичное изображение части сушилки, которая входит в состав компрессорной установки согласно изобретению;

на фиг.2 - вариант сушилки, представленной на фиг.1;

на фиг.3 и 4 - сушильный барабан, представленный на фиг.1, 2, который показан, соответственно, в развернутом виде;

на фиг.5 - компрессорная установка согласно изобретению.

На фиг.1 показана сушилка 1 для сжатого газа, которая является частью компрессорной установки согласно изобретению. Сушилка 1 снабжена корпусом 2 с зоной 3 сушки и зоной 4 регенерации.

В корпусе 2 установлен вращающийся барабан 5, который снабжается сушильным агентом 6. Сушилка 1 дополнительно содержит приводные средства 7 для вращения барабана 5, например, в виде электродвигателя, чтобы сушильный агент 6 перемещался последовательно через зону 3 сушки и зону 4 регенерации.

Как правило, сушильный агент 6, используемый согласно настоящему изобретению, является материалом с высокой адсорбционной способностью. Обычно используются гранулированные материалы, имеющие пропорционально высокую степень внутренней контактной поверхности, благодаря чему пористая контактная поверхность поглощает влагу, когда газ направляется через зону 3 сушки. Примерами таких материалов являются активный глинозем (аморфный алюминиевый оксид в неустойчивом состоянии), гели кварца и цеолиты.

В процессе использования сушилки 1 часть потока сжатого газа принудительно перемещается через зону 3 сушки в направлении, обозначенном стрелкой А. Это проиллюстрировано на фиг.3 и 5.

Зона 4 регенерации содержит, по меньшей мере, две подзоны 41 и 42, соответственно, первую подзону 41, через которую принудительно перемещается газ, имеющий первую температуру T₁, в этом примере в направлении, обозначенном стрелкой B₁, и вторую подзону 42, через которую принудительно перемещается газ, имеющий вторую температуру Т₂, в этом примере в направлении, обозначенном стрелкой В₂, причем вторая температура Т₂ выше первой температуры T₁.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения круговой угол, охватываемый второй подзоной 42, составляет от 5° до 30°, предпочтительнее от 15° до 20°.

Термин «круговой угол» в описании означает угол, охватываемый сегментом второй подзоны 42, причем сегмент сформирован в плоскости, перпендикулярной или почти перпендикулярной высоте барабана 5 или, другими словами, перпендикулярной или почти перпендикулярной оси вращения барабана 5.

Предпочтительно, вторая подзона 42 предусмотрена в конце зоны регенерации.

Термин «конец зоны регенерации» относится к области зоны 4 регенерации, в которой регенерированный сушильный агент находится непосредственно перед выходом из зоны 4 регенерации, чтобы впоследствии направляться в зону 3 сушки.

Обычно барабан 5 вращается, предпочтительно, в направлении стрелки R, как показано на фиг.1. Следовательно, сушильный агент 6 перемещается через сушилку в направлении, обозначенном стрелкой R, как показано на фиг.3. Соответственно, вторая подзона 42 расположена в конце зоны 4 регенерации.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения сушильный барабан 5 является, преимущественно, цилиндрическим, и разные зоны в осевом направлении отделены друг от друга известным способом.

На фиг.5 представлена компрессорная установка 8 согласно настоящему изобретению, которая снабжена компрессором 9 и сушилкой 1, соединенными между собой напорной трубой 10, к которой последовательно подсоединены охлаждающее устройство 11 и водоотделитель 12, согласно направлению потока сжатого газа, подаваемого компрессором 9.

Напорная труба 10 соединена с сушилкой 1 посредством входного отверстия зоны 3 сушки. Также в зоне 3 сушки выполнено выходное отверстие, к которому подсоединен выпускной трубопровод 13, предназначенный для выпуска осушенного сжатого газа в устройство любого типа.

Согласно определенному аспекту изобретения, по меньшей мере, два регенерационных трубопровода 14 и 15 подсоединены к напорной трубе 10 по потоку перед охлаждающим устройством 11 и по потоку после компрессора 9.

Первый регенерационный трубопровод 14 подсоединен к входному отверстию первой подзоны 41, а второй регенерационный трубопровод 15 подсоединен к входному отверстию второй подзоны 42.

Второй регенерационный трубопровод 15 оснащен нагревательным элементом 16. Первый регенерационный трубопровод 14 и/или напорная труба 10, предпочтительно, не оснащены нагревательным элементом.

Способ осушения сжатого газа прост и описан ниже.

Горячий сжатый газ, подаваемый компрессором 9, принудительно перемещается по напорной трубе 10 и проходит последовательно через охлаждающее устройство 11 и водоотделитель 12.

Впоследствии охлажденная часть сжатого газа принудительно перемещается через зону 3 сушки, в данном примере в направлении стрелки, как показано на фиг.1 и 5, где газ осушается, после чего высушенный сжатый газ покидает сушилку 1 через выпускной трубопровод 13 для дальнейшего использования в устройствах любого типа, которые относятся к снабжению сети сжатым воздухом для приведения в действие пневматических инструментов и т.п.

Приводные средства 7 приводят барабан 5 во вращение, благодаря чему сушильный агент 6 перемещается последовательно через зону 3 сушки и зону 4 регенерации.

Некоторое количество газа принудительно перемещается через зону 4 регенерации и используется для регенерации сушильного агента 6, а именно через первую подзону 41 в направлении, обозначенном стрелкой B₁, принудительно перемещается некоторое количество газа, имеющего первую температуру T₁, и через вторую подзону 42 в направлении, обозначенном стрелкой В₂, принудительно перемещается некоторое количество газа, имеющего вторую температуру Т₂.

Существенным признаком настоящего изобретения является то, что вторая температура Т₂ выше первой температуры T₁.

Первая часть потока горячего сжатого газа, подаваемого компрессором, отводится через первый регенерационный трубопровод 14. Указанная часть потока сжатого газа благодаря теплу сжатия способна регенерировать сушильный агент, который перемещается через первую подзону 41.

Вторая часть потока горячего сжатого газа, подаваемого компрессором 9, отводится от напорной трубы 10 по второму регенерационному трубопроводу 15, принудительно перемещается через нагревательный элемент 16 для нагрева до температуры Т₂, которая выше температуры T₁ первой части потока, проходящей по первому регенерационному трубопроводу 14.

Регенерационный газ, прошедший через соответствующие подзоны 41 и 42, может выпускаться в атмосферу или может регенерироваться, во всяком случае, после расширения и/или охлаждения, например, смешиваясь с воздухом, который засасывается со стороны входного отверстия компрессора 9.

Предлагаемый в изобретении способ осушения обеспечивает более экономичное осушение газа, по сравнению с известными способами осушения сжатого газа в сушилке с сушильным барабаном, благодаря тому, что нагревательный элемент 16 обеспечивает нагрев до температуры Т₂ только той части потока газа, которая поступает во вторую подзону 42.

Таким образом, обеспечивается достаточная регенерация сушильного агента 6 в зоне 4 регенерации, при этом нет необходимости в нагревательном элементе для первой подзоны 41.

Следовательно, будет обеспечиваться экономия электроэнергии, поскольку только часть общего регенерационного потока сжатого газа должна быть нагрета до температуры Т₂.

На фиг.2 и 4 представлены альтернативные варианты осуществления сушилки 1 компрессорной установки согласно изобретению, в соответствии с которыми, помимо того, что зона 4 регенерации разделена на подзоны, зона 3 сушки разделена на первую область 30 и вторую область 31.

Способ осушения сжатого газа с использованием сушилки, представленной на фиг.2, почти идентичен описанному ранее способу осушения сжатого газа согласно первому варианту осуществления изобретения с использованием сушилки, представленной на фиг.1.

В этом случае газ, имеющий третью температуру Т₀, принудительно перемещается через первую область 30 зоны 3 сушки, например, однако, не обязательно, в направлении, обозначенном стрелкой A₀.

Также газ, имеющий четвертую температуру Т_D, принудительно перемещается из зоны сушки 3 через вторую область 31, например, в направлении, обозначенном стрелкой А.

Предпочтительно, температура Т_D в первой области 30 отличается от температуры T₀ во второй области 31. Конкретнее, Т₀, предпочтительно, меньше T_D.

Согласно предпочтительному аспекту изобретения, каждая из соответствующих областей 30 и 31 имеет отдельное входное отверстие и отдельное выходное отверстие, однако в указанных зонах отдельными могут быть только входные отверстия.

В этом примере часть газа, направляющаяся через вторую область 31, охлаждается меньше, чем часть газа, направляющаяся через первую область 30, или, альтернативно, вообще не охлаждается. При значениях Т₀ и T_D, которые несколько отличаются друг от друга, точка росы под давлением осушенного газа ниже, чем при одинаковых значениях Т₀ и T_D, в результате охлаждения газа.

Согласно другому предпочтительному аспекту изобретения барабан 5 вращается в направлении стрелки R, как показано на фиг.2. Таким образом, сушильный агент 6 перемещается последовательно через первую подзону 41 и вторую подзону 42 зоны 4 регенерации, чтобы затем принудительно перемещаться через первую область 30 и вторую область 31 зоны 3 сушки. Предпочтительное направление потока сушильного агента 6 через сушилку 1 также показано стрелкой R на фиг.4.

В практическом варианте осуществления изобретения круговой угол, охватываемый первой областью 30, меньше, чем круговой угол, охватываемый второй областью 31.

Однако согласно настоящему изобретению зона 3 сушки может содержать больше двух областей 30-31 и/или зона 4 регенерации может содержать больше двух подзон 41-42.

Также очевидно, что согласно изобретению нет особой необходимости в области 30.

Направление стрелок A, B₁, В₂ и А₀ может быть изменено независимо друг от друга.

Также очевидно, что объемы газа, принудительно проходящего через разные зоны, могут отличаться друг от друга, в связи с чем факторы, такие как проток и размеры соответствующей зоны, имеют большое значение.

Настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается вариантами его осуществления, описанными посредством примера и представленными на чертежах, таким образом, могут быть реализованы различные варианты осуществления компрессорной установки, не выходя за рамки объема изобретения.

1. Компрессорная установка, содержащая компрессор (9) и сушилку (1), соединенные между собой напорной трубой (10), причем в соответствии с направлением подаваемого компрессором потока сжатого газа в установке последовательно размещены холодильник (11) и водоотделитель (12), при этом сушилка (1) содержит корпус (2) с зоной (3) сушки и зоной (4) регенерации, барабан (5), установленный с возможностью вращения в корпусе (2) и содержащий регенерируемый сушильный агент (6), и приводные средства (7) для вращения барабана (5), чтобы сушильный агент (6) имел возможность последовательного перемещения через зону (3) сушки и зону (4) регенерации, отличающаяся тем, что зона (4) регенерации содержит, по меньшей мере, две подзоны (41, 42), соответственно, первую подзону (41) и вторую подзону (42); при этом, по меньшей мере, два регенерационных трубопровода (14 и 15) подсоединены к напорной трубе (10) по потоку перед холодильником (11), чтобы поток подаваемого компрессором (9) горячего сжатого газа имел возможность разветвления, по меньшей мере, на две части, первая из которых имеет возможность поступления, соответственно, в первый регенерационный трубопровод (14), а вторая часть имеет возможность поступления во второй регенерационный трубопровод (15), при этом первый регенерационный трубопровод (14) подсоединен к входному отверстию первой подзоны (41) и через него направляется первая часть потока сжатого газа, имеющего первую температуру (T₁), a второй регенерационный трубопровод (15) подсоединен к входному отверстию второй подзоны (42); причем второй регенерационный трубопровод (15) снабжен нагревательным элементом (16) для нагрева второй части потока сжатого газа, проходящего через второй регенерационный трубопровод (15), до второй температуры (Т₂), которая выше первой температуры (T₁).

2. Компрессорная установка по п.1, отличающаяся тем, что вторая подзона (42) расположена в конце зоны (4) регенерации.

3. Компрессорная установка по п.1, отличающаяся тем, что зона 3 сушки содержит, по меньшей мере, две области, первую область (30) и вторую область (31), соответственно.

4. Компрессорная установка по п.3, отличающаяся тем, что через первую область (30) зоны (3) сушки принудительно направляется газ, имеющий третью температуру (Т₀), отличающуюся от четвертой температуры (Т_D) газа, который принудительно направляется через вторую область (31) зоны (3) сушки.

5. Компрессорная установка по п.3, отличающаяся тем, что сушильный агент (6) перемещается последовательно через первую область (30) и вторую область (31) зоны (3) сушки.

6. Компрессорная установка по п.3, отличающаяся тем, что первая область (30) зоны (3) сушки охватывает круговой угол, который меньше кругового угла второй области (31) зоны (3) сушки.

7. Компрессорная установка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что вторая подзона (42) охватывает круговой угол, составляющий от 5° до 30°.

8. Компрессорная установка по п.1, отличающаяся тем, что вторая подзона (42) охватывает круговой угол, составляющий от 15° до 20°.

9. Компрессорная установка по п.1, отличающаяся тем, что в первом регенерационном трубопроводе (14) не предусмотрен какой-либо нагревательный элемент.

10. Способ осушения подаваемого компрессором сжатого газа посредством сушилки (1), содержащей корпус (2) с зоной (3) сушки и зоной (4) регенерации, барабан (5), установленный с возможностью вращения в корпусе (2) и содержащий регенерируемый сушильный агент (6), и приводные средства (7) для вращения барабана (5), чтобы сушильный агент (6) перемещался последовательно через зону (3) сушки и зону (4) регенерации, при этом способ включает следующие этапы:
- осушение сжатого газа за счет охлаждения с последующим принудительным перемещением указанного газа через зону (3) сушки;
- принудительное перемещение некоторого количества подаваемого компрессором горячего сжатого газа через зону (4) регенерации для регенерации сушильного агента,
отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы:
- разделение зоны (4) регенерации, по меньшей мере, на две подзоны (41, 42), соответственно, первую подзону (41) и вторую подзону (42);
- принудительное перемещение через первую подзону (41) первой части потока горячего сжатого газа, имеющего первую температуру (T₁), с помощью первого регенерационного трубопровода (14), подсоединенного к напорной трубе по потоку перед холодильником и по потоку после компрессора, чтобы за счет теплоты сжатия сжатого газа обеспечивалась регенерация перемещающегося через первую подзону (41) сушильного агента;
- принудительное перемещение через вторую подзону (42) второй части потока горячего сжатого газа, имеющего вторую температуру (Т₂), с помощью второго регенерационного трубопровода (15), подсоединенного к напорной трубе по потоку перед холодильником и по потоку после компрессора и снабженного нагревательным элементом (16), причем вторая температура (Т₂) выше первой температуры (T₁).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что зона (3) сушки содержит, по меньшей мере, две области, соответственно, первую область (30) и вторую область (31); при этом способ дополнительно включает принудительное перемещение через первую область (30) зоны (3) сушки газа, имеющего третью температуру (Т₀), отличающуюся от четвертой температуры (Т_D) газа, который принудительно перемещают через вторую область (31) зоны (3) сушки.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что первая область (30) прилегает ко второй подзоне (42), при этом третья температура (Т₀) ниже четвертой температуры (Т_D).

13. Способ по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что разность между первой температурой (Т₁) и второй температурой (Т₂) достигается нагревом второй части подаваемого компрессором (9) потока сжатого газа посредством нагревательного элемента (16) перед направлением второй части потока через вторую подзону (42).

14. Способ по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что первая часть подаваемого компрессором (9) потока сжатого газа не направляется через нагревательный элемент до прохождения через первую подзону (41).