Адсорбционная компрессорная установка

Адсорбционная компрессорная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области компримирования газов, а точнее к компрессорным установкам, использующим для своей работы тепловую энергию, и может использоваться в химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известна компрессорная установка для компримирования водорода, содержащая два попеременно охлаждаемых и нагреваемых генератора-адсорбера, заполненные твердым адсорбентом и периодически подключаемые посредством обратных клапанов к линиям водорода низкого и высокого давлений (соответственно н.д. и в.д.). Каждый генератор-адсорбер снабжен металлическим сосудом, размещенным в слое адсорбента и заполненным гидридом интерметаллида, причем сосуды соединены между собой посредством трубопровода, снабженного вентилем. К адсорберу-генератору с охлаждаемым адсорбентом подводится водород н.д. и охлаждающая среда, что сопровождается адсорбцией газа н.д. После завершения процесса адсорбции к насыщенному адсорбенту подводится тепло и осуществляется процесс десорбции, сопровождающийся повышением давления водорода, который направляется в линию в.д. Одновременно во втором генераторе-адсорбере реализуются обратные процессы - нагрев с десорбцией водорода, а затем охлаждение с его адсорбцией (Авторское свидетельство СССР №857662, 1979).

Недостатком известной компрессорной установки является то, что в ней не обеспечивается интенсивный равномерный подвод тепла к адсорбенту от греющей среды (теплоносителя) и интенсивный равномерный отвод тепла от адсорбента к охлаждающей среде (хладоносителю), что не позволяет рационально использовать сорбционную емкость генераторов-адсорберов, увеличивает время цикла, снижает эффективность работы и, соответственно, производительность установки.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы и производительности адсорбционной компрессорной установки за счет существенной интенсификации процессов подвода и отвода тепла в адсорберах-генераторах.

Поставленная задача решается путем создания и использования в адсорбционной компрессорной установке генераторов-адсорберов радиально-спирального типа.

Адсорбционная компрессорная установка для компримирования газов содержит два попеременно охлаждаемых и нагреваемых генератора-адсорбера радиально-спирального типа, заполненных твердым адсорбентом и периодически соединяемых в режиме адсорбции с линиями газа н.д. и хладоносителя, а в режиме десорбции - с линиями газа в.д. и теплоносителя, а также соединительных трубопроводов запорной и регулирующей арматуры. Попеременный ввод генераторов-адсорберов в режим адсорбции и десорбции осуществляется с помощью обратных и трехходовых переключающих клапанов, установленных на линиях подвода-отвода рабочих сред - компримируемого газа, теплоносителя и хладоносителя.

Каждый генератор-адсорбер состоит из вертикального цилиндрического корпуса с патрубками подвода и отвода рабочих сред, теплообменного блока, установленного вдоль вертикальной оси корпуса с образованием периферийного кольцеобразного и центрального цилиндрического распределительных коллекторов, используемых попеременно для организации потоков теплоносителя и хладоносителя, и распределительной и сборной камер для компримируемого газа, которые отделены от упомянутых распределительных коллекторов герметичными горизонтальными перегородками.

Теплообменный блок сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса.

Теплопередающий элемент выполнен полым из двух стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал, каждый из которых сообщен с периферийным и центральным распределительными коллекторами для перемещения теплоносителя или хладоносителя.

Благодаря наличию дистанционирующих выступов между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами образованы наружные вертикальные щелевые каналы спиралеобразного сечения, сообщенные с распределительной и сборной камерами для перемещения в аксиальном направлении компримируемого газа и заполненные адсорбентом.

Для предотвращения уноса адсорбента теплообменный блок закрыт сверху и снизу перфорированными крышками с размером ячеек перфорации, меньшим размера гранул адсорбента.

В качестве теплоносителя может использоваться, например, горячий газ, водяной пар и горячая вода. При этом использование для этой цели водяного пара и горячей воды исключает необходимость периодической очистки радиально-спиральных каналов от отложений.

Кроме того, если в качестве теплоносителя предусматривается применение водяного пара с конденсацией его в генераторе-адсорбере, целесообразно для сохранения чистоты образующегося конденсата использовать для охлаждения генераторов-адсорберов систему оборотного водоснабжения, заполненную конденсатом или химочищенной водой.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его использования и прилагаемыми чертежами:

на фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемой установки (левый генератор-адсорбер - в режиме десорбции, правый - в режиме адсорбции);

на фиг.2 - общий вид генератора-адсорбера радиально-спирального типа, продольный разрез;

на фиг.3 - поперечное сечение А-А на фиг.2;

на фиг.4 - поперечное сечение Б-Б на фиг.3, фрагмент теплообменного блока.

Установка (фиг.1) содержит два генератора-адсорбера 1 и 2 с теплообменными блоками 3 и 4, твердый адсорбент 5 и 6, трехходовые переключающие клапаны 7, 8, 9 и 10, обратные клапаны 11, 12, 13 и 14, линию 15 подвода газа н.д., линию 16 отвода газа в.д., линии 17 и 18 соответственно подвода и отвода теплоносителя, линии 19 и 20 соответственно подвода и отвода хладоносителя. При этом переключающие клапаны 7 и 8 подключены к линиям 17 и 19 подвода соответственно теплоносителя и хладоносителя, переключающие клапаны 9 и 10 - к линиям 18 и 20 отвода соответственно теплоносителя и хладоносителя, обратные клапаны 11 и 12 - к линии 15 газа в.д., а обратные клапаны 13 и 14 - к линии 15 газа н.д.

Генератор-адсорбер (фиг.2, 3 и 4) содержит вертикальный цилиндрический корпус 21 с патрубками подвода 22 и отвода 23 компримируемого газа и патрубками подвода 24 и отвода 25 попеременно теплоносителя и хладоносителя. В корпусе 21 вдоль вертикальной оси установлен теплообменный блок 26 теплопередающих элементов 27 с образованием центрального цилиндрического коллектора 28 и периферийного кольцевого коллектора 29 для теплоносителя (хладоносителя), а также нижней распределительной камеры 30 и верхней сборной камеры 31 для компримируемого газа. Нижняя распределительная камера 30 отделена от центрального 29 и периферийного 30 коллекторов внутренней и наружной герметичными перегородками соответственно 32 и 33, а верхняя сборная камера 31 - внутренней и наружной герметичными перегородками соответственно 34 и 35. Теплообменный блок 26 сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов 27, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса 21. Каждый теплопередающий элемент 27 выполнен полым и представляет собой две сваренные по двум горизонтальным сторонам стенки 36 с дистанционирующими выступами, имеющие в поперечном сечении форму спирали и образующие во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал для потоков попеременно теплоносителя и хладоносителя. Все радиально-спиральные щелевые каналы сообщаются с центральным 28 и периферийным 29 коллекторами для перемещения рабочей среды. Между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами 27 образованы вертикальные щелевые каналы 37 спиралеобразного сечения, заполненные адсорбентом 5 с размером гранул 1-6 мм и сообщенные с нижней распределительной камерой 30 и верхней сборной камерой 31 для перемещения в аксиальном направлении компримируемого газа. Для предотвращения уноса адсорбента 5 теплообменный блок 26 закрыт снизу и сверху перфорированными крышками 3 8 и 39 с размером ячеек перфорации, меньшим размера гранул адсорбента.

Установка работает следующим образом.

Стадия I. Генератор-адсорбер 1 функционирует в режиме десорбции, а генератор-адсорбер 2 - в режиме адсорбции. Из линии 17 через переключающий клапан 7 горячий теплоноситель подается в радиально-спиральные каналы теплообменного блока 3 генератора-адсорбера 1 и через стенки 36 теплопередающих элементов 27 нагревает адсорбент 5, размещенный в вертикальных щелевых каналах 37 этого теплообменного блока. При повышении температуры адсорбента из него под высоким давлением выделяется газ, адсорбированный на предыдущей стадии, который через обратный клапан 11 поступает в линию в.д. 16; при этом обратный клапан 13 закрыт под действием разности давлений газа в генераторе-адсорбере 1 и в линии 15. Охлажденный теплоноситель из теплообменного блока 3 через переключающий клапан 9 выводится из установки в линию 18.

В это же время генератор-адсорбер 2 функционирует в режиме адсорбции. Из линии 19 через переключающий клапан 8 в радиально-спиральные каналы теплообменного блока 4 генератора-адсорбера 2 подается хладоноситель, благодаря чему в аппарате создается низкое давление и идет поглощение адсорбентом газа н.д., поступающего из линии 15 через обратный клапан 14. Обратный клапан 12 при этом закрыт под действием разности давлений газа - высокого давления за обратным клапаном 12 и низкого давления перед ним. Отепленный хладоноситель через переключающий клапан 10 выводится в сливную линию 20.

Стадия II. После завершения процесса десорбции в генераторе-адсорбере 1 и процесса адсорбции в генераторе-адсорбере 2 путем одновременного переключения клапанов 7, 8, 9 и 10 осуществляется смена режимов работы этих аппаратов, и генератор-адсорбер 1 переводится в режим адсорбции, а генератор-адсорбер 2 - в режим десорбции.

По сравнению с известными техническими решениями предлагаемая адсорбционная компрессорная установка имеет следующее существенные преимущества:

1. В генераторах-адсорберах установки адсорбент разделен на тонкие слои, а подвод и отвод тепла к адсорбенту производится с обеих сторон каждого слоя, благодаря чему обеспечивается интенсивный и равномерный подвод тепла (в режиме десорбции) и отвод тепла (в режиме адсорбции), стабильный температурный режим, равномерное распределение компримируемого газа по зернистому слою адсорбента и, как следствие, - эффективное использование сорбционной емкости аппаратов и высокая производительность установки.

2. Обеспечивается возможность применения высокоэффективного мелкозернистого адсорбента, благодаря чему достигается существенное улучшение массогабаритных характеристик генераторов-адсорберов и установки в целом.

3. При использовании в качестве теплоносителя конденсирующегося в аппарате водяного пара, а в качестве хладоносителя - чистой воды от системы оборотного водоснабжения, исключается необходимость периодической очистки радиально-спиральных каналов теплообменных блоков от отложений, а также исключается загрязнение образующегося конденсата и обеспечивается возможность его повторного использования в качестве питательной воды в парогенераторе или котле-утилизаторе.

При рассмотрении изложенного выше материала следует понимать, что для специалистов в данной области техники представляются очевидными другие изменения и модификации вышеупомянутой установки, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Описанный выше вариант предмета изобретения следует рассматривать как иллюстрацию сущности изобретения, не ограничивающую объем изобретения.

1. Адсорбционная компрессорная установка, содержащая два попеременно охлаждаемых и нагреваемых генератора-адсорбера, заполненных твердым адсорбентом и периодически подключаемых в режиме адсорбции к линиям газа н.д. и хладоносителя, а в режиме десорбции - к линиям газа в.д. и теплоносителя, а также соединительных трубопроводов запорной и регулирующей арматуры, отличающаяся тем, что каждый генератор-адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус, снабженный патрубками для подвода и отвода газа низкого и высокого давлений, теплоносителя и хладоносителя, вдоль вертикальной оси корпуса установлен теплообменный блок с образованием периферийного кольцеобразного и центрального цилиндрического коллекторов, используемых попеременно для организации потоков теплоносителя и хладоносителя, и распределительной и сборной камер для компримируемого газа, которые отделены от упомянутых коллекторов герметичными горизонтальными перегородками, теплообменный блок сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса, теплопередающий элемент выполнен полым из двух стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал, каждый из которых сообщен с периферийным и центральным коллекторами для перемещения теплоносителя или хладоносителя, а благодаря наличию дистанционирующих выступов между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами образованы вертикальные щелевые каналы спиралеобразного сечения, сообщенные с распределительной и сборной камерами для перемещения в аксиальном направлении компримируемого газа и заполненные твердым адсорбентом, причем для предотвращения уноса адсорбента теплообменный блок закрыт сверху и снизу перфорированными крышками с размером ячеек перфорации, меньшим размера гранул адсорбента.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что попеременный перевод генераторов-адсорберов из режима адсорбции в режим десорбции и обратно осуществляется с помощью трехходовых переключающих клапанов, установленных на линиях подвода и отвода теплоносителя и хладоносителя, а также обратных клапанов, установленных на нагнетательной и всасывающей сторонах генераторов-адсорберов.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя в ней используется водяной пар, а в качестве хладоносителя - чистая вода системы оборотного водоснабжения.