一種吸附式氣體淨化設備的製作方法

2023-08-06 17:57:16 3

專利名稱：一種吸附式氣體淨化設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體淨化設備，尤其是一種利用吸附材料吸附氣體雜質的吸附式氣 體淨化設備。
背景技術：
吸附式氣體淨化設備是氣體淨化領域常用的一種淨化設備。它利用矽膠、活性炭、分子 篩等固體吸附材料吸附原料氣中的雜質。當固體吸附材料吸附雜質接近飽和狀態時，通過加 熱使吸附材料再生，分離、釋放出被吸附的雜質，吸附材料冷卻後恢復吸附能力。吸附式氣 體淨化設備通常採用兩個裝有固體吸附材料的吸附塔輪流工作。 一個吸附塔工作時，另外一 個加熱再生，然後冷卻備用。吸附材料加熱再生時， 一般都是將再生用的氣體即再生氣通過 一個加熱器，變成熱氣體，讓這部分熱氣體通過已經吸附了雜質、需要再生的吸附塔，使吸
附材料加熱再生，放出吸附的雜質；然後用再生氣，不經過加熱器，直接通過已經加熱再生 了的吸附塔，將吸附材料冷卻(冷吹)備用。再生氣一般選用淨化後的潔淨原料氣。
由於氣體的比熱小，為了使再生塔的吸附材料在工作塔的工作時間內就能被充分加熱再 生，並冷卻到所需的溫度，以便使工作塔吸附飽和時能及時切換，用來加熱再生和冷吹的再 生氣的使用量就比較大，通常為原料氣總量的10%以上。尤其是對於含雜質較多的原料氣， 其吸附材料量很大，所需要的再生氣量就更大，有時高達原料氣量的50%以上。為了減少再 生用的再生氣量， 一種方法是採用三個吸附塔輪流工作，第一個吸附塔工作時，第二個吸附 塔加熱再生，第三個冷卻備用。再生氣先通過第三個吸附塔冷卻吸附材料，然後經過加熱器 加熱，進入第二個吸附塔加熱吸附材料。這樣就延長了加熱和冷卻的時間，減少了所需的再 生氣量。但是，在雜質含量高時，再生氣的使用量仍然很大。另一種方法是把加熱器直接插 入吸附塔內加熱吸附材料，這樣只需要比較少的再生氣從塔內流過，用以增強傳熱和帶走加 熱解析出來的雜質氣體。採用這種方法，雖然可以減少一部分加熱所需要的氣體，但是吸附 塔的結構變得複雜，操作時還要特別注意控制加熱溫度，否則靠近加熱器的吸附材料容易過 熱；此外，冷卻時所需的再生氣量仍然比較大。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種吸附式氣體淨化設備，該淨化設備能有效減 少再生氣的使用量。
本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下 一種吸附式氣體淨化設備，包括至少一 個吸附單元、冷卻系統和加熱系統，所述每個吸附單元具有至少兩個吸附塔，每個吸附塔均 配備有加熱器；
在每個吸附單元內部
第一吸附塔的排氣通道與第一加熱器的進氣通道連接，第一加熱器的排氣通道與第二吸 附塔的進氣通道連接，按這種方式依次連接至最後一個吸附塔和加熱器；
原料氣輸入口與第一吸附塔的進氣通道連接，最後一個加熱器的排氣通道與原料氣輸出 口連接；
再生氣輸入口與最後一個加熱器的排氣通道(也是再生氣的進氣通道)連接，第一吸附 塔的進氣通道(也是再生氣的排氣通道)與再生氣輸出口連接； 所述加熱系統的循環管路與每個加熱器的導熱介質通道連接。 在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。 進一步，每個吸附塔均配備有冷卻器； 在每個吸附單元內部
第一吸附塔的排氣通道與第一冷卻器的進氣通道連接，第一冷卻器的排氣通道與第二吸 附塔的進氣通道連接，按這種方式依次連接至最後一個吸附塔和冷卻器； 最後一個冷卻器的排氣通道與原料氣輸出口連接； 再生氣輸入口與最後一個冷卻器的排氣通道連接； 所述冷卻系統的循環管路與每個冷卻器的導熱介質通道連接。
進一步，所述加熱器和冷卻器為一體集成的加熱冷卻器。需要加熱時，使加熱過的熱導 熱介質通過加熱冷卻器的導熱介質通道；需要冷卻時，使冷卻過的冷導熱介質通過加熱冷卻 器的導熱介質通道。
進一步，所述吸附單元為至少二個。各個吸附單元輪流工作。
進一步，第一個吸附單元中最後一個加熱冷卻器的排氣通道與第二個吸附單元中第一吸 附塔的進氣通道連接，按這種方式依次連接至最後一個吸附單元，最後一個吸附單元中最後 一個加熱冷卻器的排氣通道與第一個吸附單元中第一吸附塔的進氣通道連接。這樣，用於冷 卻一個吸附單元的再生氣，被排放出來後進入另一個吸附單元，經加熱冷卻器加熱後又可用於對吸附塔進行加熱，進一步實現了再生氣的重複利用，有效利用了冷卻用再生氣的殘餘熱
進一步，在所述每個吸附單元內部，各個加熱冷卻器以串聯的方式連接；在所述每個吸 附單元之間，串聯起來的加熱冷卻器以並聯的方式分別與加熱系統的循環管路和冷卻系統的 循環管路連接。
進一步，所述每個吸附單元有兩個吸附塔。
進一步，所述吸附單元有三個。
由於加熱冷卻器在加熱或冷卻過程中對再生氣進行了二次或二次以上加熱或冷卻，再生 氣加熱吸附材料時能保持較高的溫度，冷卻吸附材料時能保持較低的溫度，從而減少了再生 氣的使用量。同時由於加熱冷卻器的作用，原料氣在被吸附材料吸附雜質時能保持較低的溫 度，這就使吸附材料能有更好的吸附能力，提高了吸附淨化的效果。


圖l為本實用新型具體實施方式
的結構圖。
圖2為本實用新型具體實施方式
中一個吸附單元的局部放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型， 並非用於限定本實用新型的範圍。
如圖l、圖2所示，本吸附式氣體淨化設備由三個吸附單元、 一個冷卻系統和一個加熱系 統及相應的連接管道所組成。所述三個吸附單元的每一個吸附單元都有第一、第二兩個吸附 塔和第一、第二兩個加熱冷卻器。
在所述每個吸附單元中
第一吸附塔l、 3、 5的排氣通道與第一加熱冷卻器7、 9、 ll的進氣通道連接，第一加熱 冷卻器7、 9、 11的排氣通道與第二吸附塔2、 4、 6的進氣通道相連接，第二吸附塔2、 4、 6的 排氣通道與第二加熱冷卻器8、 10、 12的進氣通道相連接；
原料氣輸入口101通過原料氣進氣閥13、 18、 23與第一吸附塔1、 3、 5的進氣通道連接， 第二加熱冷卻器8、 10、 12的排氣通道通過原料氣排氣閥16、 21、 26與原料氣輸出口102連接
再生氣輸入口103通過再生氣進氣閥17、 22、 27與第二加熱冷卻器8、 10、 12的排氣通道(也是再生氣的進氣通道)連接，第一吸附塔l、 3、 5的進氣通道(也是再生氣的排氣通道 )通過再生氣排氣閥15、 20、 25與再生氣輸出口104連接。
第一個吸附單元中第二加熱冷卻器8的排氣通道通過第二吸附單元的再生氣加熱閥19與 第二個吸附單元中第一吸附塔3的進氣通道連接；第二個吸附單元中第二加熱冷卻器10的排 氣通道通過第三吸附單元的再生氣加熱閥24與第三個吸附單元中第一吸附塔5的進氣通道連 接；第三個吸附單元中第二加熱冷卻器12的排氣通道通過第一吸附單元的再生氣加熱閥14與 第一個吸附單元中第一吸附塔l的進氣通道連接。
上述加熱冷卻器也可以由獨立的加熱器和冷卻器替代，但使用一體集成的加熱冷卻器有 利於使設備更加簡化。其中的冷卻器或加熱器也可以只保留其一，只是其性能稍差，這些等 同變化都應落入本實用新型的保護範圍。
冷卻系統包括冷導熱介質泵28、制冷機29、每個吸附單元的冷導熱介質進系統閥30、 31 、32和冷導熱介質出系統閥33、 34、 35。冷導熱介質泵28的出口管道與制冷機29的冷導熱介 質入口管道相連接；制冷機29的冷導熱介質出口管道與冷導熱介質進系統閥30、 31、 32相連 接；冷導熱介質進系統閥30、 31、 32分別、依次與每個吸附單元的第一加熱冷卻器7、 9、 11 的導熱介質通道、第二加熱冷卻器8、 10、 12的導熱介質通道相連接，然後再分別與冷導熱 介質出系統閥33、 34、 35連接；冷導熱介質出系統閥33、 34、 35與冷導熱介質泵28的入口相 連接。所述冷導熱介質可以是導熱油、水、或其它流體導熱介質；制冷機29可以是水冷卻器 、風冷卻器、或其它制冷機。本實施例的冷導熱介質採用導熱油，制冷機29為空分系統常用 的冷幹機，可以將導熱油冷卻到2'C左右。
加熱系統包括熱導熱介質泵36、加熱爐37、每個吸附單元的熱導熱介質進系統閥38、 39 、40和熱導熱介質出系統閥41、 42、 43。熱導熱介質泵36的出口管道與加熱爐37的熱導熱介 質入口管道相連接；加熱爐37的熱導熱介質出口管道與熱導熱介質進系統閥38、 39、 40相連 接；熱導熱介質進系統閥38、 39、 40分別、依次與每個吸附單元的第二加熱冷卻器8、 10、 12的導熱介質通道、第一加熱冷卻器7、 9、 ll的導熱介質通道相連接，然後再分別與熱導熱 介質出系統閥41、 42、 43連接；熱導熱介質出系統閥41、 42、 43與熱導熱介質泵36的入口相 連接。所述熱導熱介質可以是導熱油、水蒸氣、或其它流體導熱介質。所述加熱爐可以是導 熱油爐、蒸汽鍋爐、或其它加熱爐。本實施例中，熱導熱介質也採用和冷導熱介質同樣的導 熱油，加熱爐為燃氣加熱油爐，以天然氣為燃料，可將導熱油加熱到250-260°C。
在本實施例中，吸附塔中的吸附材料為分子篩；原料氣為天然氣，已預冷到5'C，需要 去除其中含有的殘餘水分和二氧化碳雜質；再生氣為淨化後的天然氣。在裝置啟動前，先把第一吸附單元的兩個吸附塔l、 2的分子篩用氮氣加熱再生和冷卻完
畢，讓它可以工作；第二吸附單元的兩個吸附塔3、 4的分子篩可以不必處理；第三吸附單元
的兩個吸附塔5、 6的分子篩是已經用氮氣加熱再生、但需要冷卻的。
打開第二吸附單元的熱導熱介質進系統閥39和出系統閥42。導熱油經過泵36加壓，進入 加熱爐37被加熱至25(TC 26(rC，被加熱後的導熱油通過閥39依次進入第二吸附單元的加熱 冷卻器IO、 9的導熱介質通道，再通過閥42回到泵36循環加熱。
打開第一、第二吸附單元的冷導熱介質進系統閥30、 32和出系統閥33、 35。導熱油經過 泵28加壓，進入制冷機29被冷卻至2'C左右，冷卻後的導熱油分為兩路， 一路通過閥30，進 入第一吸附單元的加熱冷卻器7、 8，再通過閥33回到泵28循環冷卻；另一路通過閥32，進入 第三吸附單元的加熱冷卻器ll、 12，再通過閥35回到泵28循環冷卻。
打開第三吸附單元的再生氣進氣閥27、再生氣加熱閥24，以及第二吸附單元的再生氣排 氣閥20。再生氣進入第三吸附單元的第二加熱冷卻器12，被冷導熱油冷卻降溫後再進入第三 吸附單元的第二吸附塔6，冷卻裡面的吸附材料；從吸附塔6出來，再生氣的溫度回升，又進 入第三吸附單元的第一加熱冷卻器ll被冷導熱油冷卻，然後再進入第三吸附單元的第一吸附 塔5，冷卻裡面的吸附材料；
從吸附塔5出來，再生氣通過再生氣加熱閥24，進入第二吸附單元的第二加熱冷卻器IO ，被熱導熱油加熱，然後，熱的再生氣進入第二吸附單元的第二吸附塔4，加熱裡面的吸附 材料，從吸附塔4出來，再生氣的溫度變低，又進入第二吸附單元的第一加熱冷卻器9，被熱 導熱油加熱，再進入第二吸附單元的第一吸附塔3，加熱裡面的吸附材料，最後從吸附塔3出 來，通過再生氣排氣閥20進入再生氣輸出口104。排放的再生氣體可以用做加熱爐的燃料氣
打開第一吸附單元的原料氣進氣閥13和原料氣排氣閥16。預冷到5'C的原料氣進入第一 吸附單元的第一吸附塔l，在塔中雜質被吸附，原料氣溫度升高，然後原料氣進入第一吸附 單元的第一加熱冷卻器7被冷導熱油冷卻，冷卻後的原料氣進入第一吸附單元的第二吸附塔2 ，在塔中雜質被進一步吸附，然後原料氣再進入第一吸附單元的第二加熱冷卻器8被冷導熱 油冷卻，最後冷卻並淨化好的原料氣經過原料氣排氣閥16進入原料氣輸出口102，供後續工 段使用。
在第一吸附單元的兩個吸附塔l、 2吸附接近飽和、第二吸附單元的兩個吸附塔3、 4加熱 完成、第三吸附單元的兩個吸附塔5、 6冷吹完成時，關閉第三吸附單元的再生氣進氣閥27和 再生氣加熱閥24，打開第三吸附單元的原料氣進氣閥23和原料氣排氣閥26，讓原料氣進入第三吸附單元吸附淨化；第三吸附單元工作過程和原來第一吸附單元吸附塔的工作過程相似， 這裡不再重複。
關閉第一吸附單元的原料氣進氣閥13、原料氣排氣閥16、冷導熱介質進系統閥30、冷導 熱介質出系統閥33;打開第一吸附單元的熱導熱介質進系統閥38、熱導熱介質出系統閥41和 再生氣排放閥15;打開第二吸附單元的再生氣進氣閥22、再生氣加熱閥19，關閉第二吸附單 元的再生氣排放閥20;關閉第二吸附單元的熱導熱介質進系統閥39、熱導熱介質出系統閥42 ，打開第二吸附單元的冷導熱介質進系統閥31、冷導熱介質出系統閥34。此時，再生氣就先 經過第二吸附單元的再生氣進氣閥22使第二吸附單元降溫冷卻，再經過再生氣加熱閥19進入 第一吸附單元，經加熱對吸附塔內的吸附材料加熱再生。過程和前面所述的再生氣對第三吸 附單元降溫冷卻、再對第二吸附單元加溫再生吹除過程相似，這裡也不再重複。
按照上述方法，三個吸附單元輪流工作，實現了原料氣的連續淨化的過程。由於加熱冷 卻器在加熱或冷卻過程中對再生氣進行了二次加熱或冷卻，再生氣加熱吸附材料時能保持較 高的溫度，冷卻吸附材料時能保持較低的溫度，從而減少了再生氣的使用量。同時由於加熱 冷卻器的作用，使原料氣在被吸附材料吸附雜質時能保持較低的溫度，這就使吸附材料能有 更好的吸附能力，提高了吸附淨化的效果。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的 精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍 之內。
權利要求1.一種吸附式氣體淨化設備，包括至少一個吸附單元、冷卻系統和加熱系統，其特徵在於所述每個吸附單元具有至少兩個吸附塔，每個吸附塔均配備有加熱器；在每個吸附單元內部第一吸附塔(1、3、5)的排氣通道與第一加熱器(7、9、11)的進氣通道連接，第一加熱器(7、9、11)的排氣通道與第二吸附塔(2、4、6)的進氣通道連接，按這種方式依次連接至最後一個吸附塔和加熱器；原料氣輸入口(101)與第一吸附塔(1、3、5)的進氣通道連接，最後一個加熱器(8、10、12)的排氣通道與原料氣輸出口(102)連接；再生氣輸入口(103)與最後一個加熱器(8、10、12)的排氣通道連接，第一吸附塔(1、3、5)的進氣通道與再生氣輸出口(104)連接；所述加熱系統的循環管路與每個加熱器的導熱介質通道連接。
2.根據權利要求l所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵在於每個吸 附塔均配備有冷卻器；在每個吸附單元內部第一吸附塔(1、 3、 5)的排氣通道與第一冷卻器(7、 9、 11)的進氣通道連接，第一 冷卻器(7、 9、 11)的排氣通道與第二吸附塔(2、 4、 6)的進氣通道連接，按這種方式依 次連接至最後一個吸附塔和冷卻器；最後一個冷卻器(8、 10、 12)的排氣通道與原料氣輸出口 (102)連接； 再生氣輸入口 (103)與最後一個冷卻器(8、 10、 12)的排氣通道連接； 所述冷卻系統的循環管路與每個冷卻器的導熱介質通道連接。
3.根據權利要求2所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵在於所述加 熱器和冷卻器為一體集成的加熱冷卻器。
4.根據權利要求3所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵在於所述吸附單元為至少二個。
5.根據權利要求4所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵在於第一個 吸附單元中最後一個加熱冷卻器(8)的排氣通道與第二個吸附單元中第一吸附塔(3)的進 氣通道連接，按這種方式依次連接至最後一個吸附單元，最後一個吸附單元中最後一個加熱 冷卻器(12)的排氣通道與第一個吸附單元中第一吸附塔(1)的進氣通道連接。
6.根據權利要求4或5所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵在於在 所述每個吸附單元內部，各個加熱冷卻器以串聯的方式連接；在所述每個吸附單元之間，串 聯起來的加熱冷卻器以並聯的方式分別與加熱系統的循環管路和冷卻系統的循環管路連接。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵 在於所述每個吸附單元有兩個吸附塔。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的吸附式氣體淨化設備，其特徵 在於所述吸附單元有三個。
專利摘要本實用新型涉及一種吸附式氣體淨化設備，它包括至少一個吸附單元、冷卻系統和加熱系統，每個吸附單元具有至少有兩個吸附塔，每個吸附塔均配備有加熱冷卻器；在每個吸附單元內，吸附塔和加熱冷卻器交替串聯在一起；第一吸附塔的進氣通道連接原料氣輸入口和再生氣輸出口，最後一個加熱冷卻器的排氣通道連接原料氣輸出口和再生氣輸入口；加熱冷卻器的導熱介質通道分別與加熱系統、冷卻系統的循環管路連接。由於加熱冷卻器使再生氣在加熱過程中保持較高溫度、在冷卻過程中保持較低溫度，再生氣使用量明顯減少；同時原料氣在淨化過程中能保持較低溫度，淨化效果更好。
文檔編號B01D53/04GK201366305SQ20092030102
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者楊克劍 申請人:北京國能時代能源科技發展有限公司;楊克劍