Устройство для получения инертных газов

Устройство для получения инертных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: устройство включает нагнетатель воздуха, газогенератор с топливопроводом, теплообменник дымовых газов, водяной холодильник, абсорбер и адсорберы, связанные между собой системой трубопроводов. Теплообменник дымовых газов размещен в газогенераторе и снабжен холодильным агрегатом с испарителем и рекуператором. Рекуператор установлен между нагнетателем воздуха и газогенератором и снабжен отводом. Отвод соединен с водяным холодильником . Вход рекуператора соединен с выходом одного адсорбера, а выход - с входом другого адсорбера. Абсорбер соединен с теплообменником дымовых газов и выполнен двухступенчатым. Вторая ступень абсорбера снабжена испарителем. Испаритель соединен с холодильным агрегатом . Вторая ступень абсорбера связана трубопроводами с водяным холодильником и с теплообменником дымовых газов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Од

О ()с (21) 4814505/26 (22) 16.04.90 (46) 07,05,93, Бюл. N 17 (71) Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (72) А,Б.Подсевалов, О.И,Сергиенко, А,С.Вавилов и В.В.Кисс (56) Васильев С.З„Кельцев Н.В., Летичевский В.И„Маергойз И,И. Системы адсорбционной очистки продуктов сгорания природного газа. Газовая промышленность, 1971, N 2, с.40-43, рис,1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ (57) Сущность изобретения: устройство . включает нагнетатель воздуха, газогенератор с топливопроводом. теплообменник дымовых газов, водяной холодильник, Изобретение относится к водному транспорту, в частности к устройствам для получения инертных газов, применяемых для заполнения наливных цистерн судна, и может быть использовано при создании инертной среды в горных выработках, в металлургической промышленности, на предприятиях Госагропрома для предотвращения взрывов и пожаров или возникновения нежелательных реакций при доступе воздуха.

Цель изобретения — повышение степени очистки инертных газов от двуокиси углерода и воды, На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для получения инертных газов; на фиг.2 приведен общий вид газогенератора с размещенным в нем теп... Ж„1813706 А1 (я}л С 01 В 21/04, В 01 D 53/04, 53/18 абсорбер и адсорберы, связанные между собой системой трубопроводов. Теплообменник дымовых газов размещен в газогенераторе и снабжен холодильным агрегатом с испарителем и рекуператором, Рекуператор установлен между нагнетателем воздуха и газогенератором и снабжен отводом. Отвод соединен с водяным холодильником, Вход рекуператора соединен с выходом одного адсорбера, а выход — с входом другого адсорбера. Абсорбер соединен с теплообменником дымовых газов и выполнен двухступенчатым. Вторая ступень абсорбера снабжена испарителем.

Испаритель соединен с холодильным агрегатом. Вторая ступень абсорбера связана трубопроводами с водяным холодильником и с теплообменником дымовых газов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. лообменником дымовых газов и двухступенчатым абсорбером.

Устройство(фиг.1) содержит узел подготовки топлива, состоящий иэ топливной емкости 1, топливного насоса 2 и фильтра 3, соединенных топливопроводом 4 с газогенератором 5. в который нагнетателем 6 воздуха через рекуператор 7 по трубопроводу 8 с отводом 9 подается на горение смесь воздуха и продувочного газа, насыщенного водяными парами. Вход трубопровода 8 в . газогенераторе 5 расположен до зоны горения. Отвод 9 соединен с водяным холодильником 10, Охлаждающая вода насосом 11 подается в водяной холодильник 10, в первую ступень 12 абсорбера двухступенчатого прямоточно-пенного абсорбера 13 двуокиси углерода, соединенного с газо енерато1813706 ром 5 через размещенный в газогенераторе

5 теплообменник 14 дымовых газов, и в конденсатор 15 холодильного агрегата 16. Отработанная вода сливается по трубопроводам 17.

Первая ступень 12 абсорбера (фиг.2) выполнена с центральным подводом дымовых газов иэ жаровой трубы 18 газогенератора

5 и кольцевой рабочей зоной, образованной цилиндрическим корпусом 19 и поверхностью теплообменника 14 дымовых газов.

Для равномерного распределения дымовых газов в воде в нижней части рабочей эоны установлено распределительное устройство, например лопаточный завихритель 20. В верхней части рабочей зоны абсорбера установлен сепаратор 21 для разделения газожидкостного потока перед второй ступенью

22 абсорбера, Вторая ступень 22 абсорбера снабжена испарителем 23, соединенным с холодильным агрегатом 16. Входной трубопровод второй ступени 22 абсорбера соединен с выходом водяного холодильника 10, а выходной трубопровод через насос 24 подачи абсорбента — с теплообменником 14 дымовых газов, соединенным с входом водяного холодильника 10.

Выходной трубопровод инертных газов абсорбера 22 соединен с входом блока 25 адсорбционного осушения газов, состоящего из двух силикагелевых адсорберов 26 и

27, соединенных между собой системой трубопроводов с двумя четырехходовыми распределителями 28, 29. Распределитель

28 через электромагнитный клапан 30 трубопроводом 31 продувочного газа соединен с входом нагнетателя 6 воздуха. Распределитель 29 соединен с фильтром 32 очистки от механических примесей и трубопроводом 33 с выходом рекуператора 7, Выход фильтра 32 через электромагнитный клапан

34 трубопроводом 35 соединен с входом рекуператора 7 и выходным трубопроводом

36 инертного газа с двумя электроприводными задвижками 37 и 38.

Устройство работает следующим образом, Жидкое топливо, хранящееся в топливной емкости 1, насосом 2 через фильтр 3 подается по топливопроводу 4 в топливную форсунку газогенератора 5, Распыливаемое топливо смешивается с газовой смесью, состоящей из атмосферного воздуха и продувочного газа, насыщенного водяными парами, подаваемой нагнетателем 6 воздуха и предварительно охлажденной в рекуператоре 7. Образующаяся в газогенераторе 5 смесь близка по соотношению топливо— воздух к стехиометрическому и сгорает практически беэ механического недожога.

Получаемые в газогенераторе 5 дымовые газы поступают в поверхностный теплообменник 14 дымовых газов, где нагревают водный раствор этаноламинов, используемый в абсорбере второй ступени СО2 22 в качестве абсорбента. Затем дымовые газы поступают на вход абсорбера первой ступени 12, проходят через лопаточный завихритель 20 и, взаимодействуя с водой, 10 подаваемой насосом 11, образуют гаэожидкостную пену, занимающую весь активный объем абсорбера 12. При непосредственном контакте дымовых газов с водой в слое динамической пены происходят их охлажде"5 ние, очистка от СО2 и дополнительная очистка от окислов серы и механических примесей. Слив отработанной воды из абсорбера 12 осуществляется после разделения газожидкостного потока в сепараторе

20 21 по трубопроводу 17.

С выхода абсорбера первой ступени 12 дымовые газы поступают в абсорбер второй ступени 22, где барботируют через водный раствор этаноламинов и дополнительно

25 очищаются от двуокиси углерода. Выделяющаяся при этом теплота абсорбции отводится с помощью встроенного в абсорбер 22 испарителя 23, соединенного с холодильным агрегатом 16, Регенерация абсорбента

30 после абсорбера второй ступени 22 осуществляется за счет нагрева в теплообменнике дымовых газов 14 и последующего охлаждения в водяном .холодильнике 10, Удаление выделенной при десорбции двуокиси угле35 рода производится продувкой водяного холодильника 10 газом, подаваемым по отводу

9 нагнетателем 6.

С выхода абсорбера 22 дымовые газы поступают в блок 25 адсорбционного осуше40 ния, в один иэ силикагелевых адьорберов 26 или 27, где происходит осушение газов. Осушенные газы проходят через фильтр 32 для очистки от механических примесей. С выхода блока 25 инертные газы по трубопроводу

"5 36 через задвижку 38 поступает к потребителю. Если параметры газа не соответствуЮт спецификационным значениям, производится его сброс в атмосферу через задвижку 37. Управление задвижками осу50 ществляется в автоматическом режиме в зависимости от состояния контролируемых параметров газа: давления, температуры, влажности, содержания Ог и СО2. При увеличении влажности газов на выходе из бло55 ка 25 происходит переключение адсорберов для регенерации.

Десорбция влаги осуществляется при пропускании через адсорбер части инертных газов с выхода блока 25 по трубопроводу 35, предварительно нагретых в

1813706 рекуператоре 7 за счет теплоты сжатого газа, подаваемого нагнетателем 6, например воздушным компрессором. С выхода регенерируемого адсорбера влажный продувочный газ через распределитель 28 и клапан

30 по трубопроводу 31 поступает нэ сторону всасывания нагнетателя 6 воздуха, где смешивается с атмосферным воздухом, охлаждается в рекуператоре 7 и подается на горение в газогенератор 5.

Пример, Поток дымовых газов, образующихся при сгорании топлива в газогенераторе 5, в объеме порядка 350 м /ч при температуре 1000 — 1200 С движется по жаровой трубе 18, нагревает водный раствор этаноламинов в поверхностном теплообменнике 14 дымовых газов и поступает в абсорбер первой ступени 12, где взаимодействуя с водой, подаваемой насосом 11, охлаждается до температуры 10 — 40 С в зависимости от температуры воды и очищается от СО до содержания его не более 10 об.7ь. Затем дымовые газы поступают в абсорбер второй ступени 22 и в результате контакта с водным раствором этаноламинов очищаются от СО до содержания не более

0,1 об. g,. За счет встроенного в абсорбер 22 испарителя 23, соединенного с холодильным агрегатом 16, отводится теплота абсорбции и происходит охлаждение дымовых газов до температуры 5-25" С.

С выхода абсорбера 22 дымовые газы с влагосодержанием 9,1 г/кг поступают в блок 25 адсорбционного осушения, где происходит их осушка до точки росы минус

43 С. Время непрерывной работы до насыщения адсорбента составляет 7,9-28,2 ч в зависимости от температуры наружного воздуха. Температура инертных газов на выходе из устройства не превышает 35 С.

Часть инертного газа с выхода блока 25 адсорбционного осушения в объеме 120 м /ч, предварительно подогретого в рекуператоре 7 до температуры 93-85 С в зависимости от температуры наружного воздуха, используется для десорбции влаги, Продолжительность регенерации составляет от 7,1 до 18 ч, Продувочный газ с выхода регенерируемого абсорберэ поступает на сторону всасывания нагнетателя б воздуха, где смешивается с атмосферным воздухом, охлаждается в рекуператоре? до температуры не более 70 С и поступает на горение в газогенератор 5, Влагосодержание газа, подаваемого на горение, составляет 12,5 г/кг.

Нагрев газов в рекуператоре 7 осуществляется эа счет низкопотенциальной теплоты сжатого газа за нагнетателем б воздуха, в качестве которого в рассматриваемом

10 примере использовался воздушный компрессор производительностью 340 м /ч. Температура сжатого газа составляет

127 — 114 С в зависимости от температуры наружного воздуха при давлении 2,2 кг/см, Производительность устройства составляет

200 м /ч инертных газов.

Применение совмещенного с газогенератором двухступенчатого адсорбера С02 с эффективным поглотителем — водным раствором этаноламинов и осуществление осушки газов в силикагелевом адсорбере позволяют в 2 — 5 раз сократить габариты и в

5 — 20 раз уменьшить массу предлагаемого устройства по сравнению с известными установками, Организация рециркуляции продувочного газа и использование низкопотенциальной теплоты сжатого воздуха за

20 компрессором приводят к сокращению расхода электроэнергии на получение 1 м инертных газов в 1,6-3,5 раза. При этом суммарные затраты на очистку и осушку газа снижаются B 1,8 — 2 раза. Степень рецир25 куляции влажного продувочного азота в зону горения составляет 0,294. В результате снижения концентрации кислорода в начальной зоне горения выход окислов азота снижается в 3 раза, концентрация серного

30 ангидрида ЯОз уменьшается в 1 6 раза по сравнению с продуктами сгорания при обычном нестехиометрическом сжигании.

Наличие паров воды в газовой смеси, подаваемой на горение, улучшает качество рас35 пыливания топлива и его смешения с окислителем, что снижает сажеобрэзование. За счет расходования теплоты сгорания топлива на нагрев водяного пара уменьшается температура факела. При вла40 госодержании газа, подаваемого на горение, равном 12,5 г/кг, расход воды составляет 30 Р от расхода топлива, равного

20 кг/ч. По литературным данным подавление окислов азота при этом составляет от 30

45 до 50 Комбинация трех способов снижения выхода окислов азота, а именно низкий коэффициент избытка воздуха, балластирование топливовоздушной смеси и впрыск водяного пара, приводит.к суммарному по50 давлению выхода окислов азота в дымовых газах в 5 раз.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что применение замкнутого цикла при производстве инертных газов

55 с использованием отработанного продувочного газа после регенерации адсорбента не только значительно уменьшает токсичность получаемых газов и повышает их качество, но и снижает затраты энергоресурсов и дает положительный экономический эффект, 1813706 фиг. 7

Предлагаемое устройство может быть использовано для обеспечения взрывопожаробезопасности при транспортировке нефтепродуктов, производстве огневых работ на емкостях с нефтеостатками, а также для тушения пожаров в горных выработках.

Получаемые в устройстве инертные газы могут применяться на предприятиях агропрома для хранения плодоовощной продукции и в металлургической промышленности при термической обработке металлов.

Формула изобретения

1. Устройство для получения инертных газов, включающее последовательно расположенные нагнетатель воздуха, газогенератор с топливопроводом, теплообменник дымовых газов, водяной холодильник, и адсорберы, связанные между собой системой трубопроводов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения степени очистки инертных газов от двуокиси углерода и воды, устройство снабжено абсорбером и холодильным агрегатом с испарителем и

5 рекуператором, установленным между нагнетателем воздуха и газогенератором и снабженным отводом, соединенным с водяным холодильником, вход рекуператора соединен с выходом одного адсорбера, а

10 выход — с входом другого эдсорбера, абсорбер соединен с теплообменником дымовых газов и выполнен двуступенчатым, при этом вторая ступень абсорбера снабжена испарителем, соединенным с холодильным агре15 гатом, и связана трубопроводами с водяным холодильником и с теплообменником дымовых газов.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что абсорбер выполнен в виде прямо20 точно-пенного аппарата.

1813706

70пл ибо

Кр

Кр из теплосЕиенника

ЬлиоЫх газам#

Редактор

Заказ 1808 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 диод р

:теллю Ф

Ьгюо8ы

Составитель О.Сергиенко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н,Кешеля