Пристрій для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері

і ^ ОЛцСАЧИе К ПАТЄНТУ ftb І 1 М^Ш 980843/5* МПН В 01 D 53/18 ПРИСТРІЙ ДЛЯ РІВНОМІРНОГО РОЗПОДІЛУ ГАЗУ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ АБСОРБЕРІ Винахід відноситься до пристроїв для рівномірного розподілу по току газу по горизонтальному перерізу масообмінноі зони горизонтальних абсорберів, які знаходять застосування в технологіях газової, нафтохімічної та суміжних галузях промисловості. Відома сепараційна тарілка (а.с. №982740, (СССР), бюл. №47, 1982 р.), в якій розподіл газу по її поверхні забезпечує шар насадки що ле, жить на горизонтальній основі з отворами. При діаметр ах апаратів більше одного метра тарілка не здатна забезпечити рівномірний роз поділ газу по поперечному перерізу з причини не достатньої аеродинамічної вирівнювальної дії. В електрофільтрах фосфорного виробництва (а.с. №495092 СССР) рівномірний розподіл газу забезпечується решіткою з кутниківякі , розташовані вершинами до верху. До вершин кутників приварені прямі пластинки. Відстань між окремими кутниками в решітці - різна, тобто віль ний пер ер із р ешітки нер івно мір ний. Нед о ліко м цьог о вирівнювального пристрою є те, що він розраховується на конкретну витр ату газу. Пр и відхиленні витр ати газ у, а значить і числа Рей нольдса, від розрахункового значення, вирівнювальна здатність пристрою втрачається. Відоме застосування в якості пристроїв рівномірного розподілу газу по поперечному перерізу технологічних апаратів системи дифузорів (Идельчик И.Е. Аерогидродинамика технологических аппаратов. - М: Машиностроение, 1983 - 351 с. Ил.). Але обмеженість габаритів технологічних апаратів в більшості випадків виключає можливість застосування достатньо плавних переходів від вхідного, малого перерізу до повного перерізу апарату, тобто виключає застосування дифузорів. 2 Прототипом запропонованого винаходу - пристрою для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері - є плоска тонколистова перфорована опорна решітка горизонтального абсорбера (а.с. № 816519 ( СССР), бюл.№ 12, 1981 p.) , який складається з циліндричного корпусу з патрубками підведення і відведення контактуючих фаз, вхідної і вихідної сегментних перегородок між якими встановлені опорна решітка, касети з насадкою, зрошувач та сепаратор сітчастий. Випробовування серійних горизонтальних абсорберів (а.с.№816519) за проектом ГП 821.00.00.000-05 діаметром 2,4 м з опорною решіткою 15,05 м х 2 м в складі установок осушення природного газу на об'єктах AT "Укргазпром" показали її нездатність забезпечити рівномірний розподіл потоку газу. Причиною неефективної дії тонколистової перфорованої опорної решітки є її недостатня аерогідродинамічна вирівнювальна здатність при її сталому вільному перерізі. Для поліпшення вирівнювальнорозподільної здатності потрібно збільшувати гідравлічний опір решітки шляхом зменшення вільного перерізу. Це призводить до істотного росту гідравлічного опору абсорбера і, як наслідок, до росту експлуатаційних витрат, що є неприпустимим в умовах дефіциту енергетичних ресурсів. Відсутність рівномірного розподілу газу по горизонтальному перерізу опорної решітки внаслідок її недостатньої аерогідродинамічної дії не тільки не дозволяє досягти проектної продуктивності абсорбера, але і не забезпечує умов створення барботажного шару абсорбента на решітці - необхідної умови ефективного масообміну. Експлуатаційні показники технологічної абсорбційної установки погіршуються наднормативним винесенням з абсорбера абсорбенту з обробленим газом. Погіршенню рівномірного розподілу газу і винесенню абсорбенту також сприяє те, що газ, пройшовши знизу вверх касети з насадкою, після сітчастого сепаратора робить поворот на 90° і , рухаючись горизонталь з но над сепаратором, поступово збирається в один потік біля вихідних касет. Реально вихідний переріх для проходу газу в 35,5 разів менший за поперечний переріз опорної решітки (30,1 м 2). В результаті цей потік газу ежектує з останніх касет як газ так і абсорбент, що посилює явище нерівномірності та винесення абсорбенту з абсорбера. Так, у зв'язку з високою вартістю абсорбента - диетиленгліколю біля 85-90% експлуатаційних витрат на осушення природного газу складають якраз втрати абсорбенту. Задачею, яка ставилась при створенні винаходу є забезпечення рівномірного розподілу газу по горизонтальному перерізу масообмінної зони горизонтального абсорбера великих геометричних розмірів, підвищення продуктивності абсорбера шляхом повноцінного використання всього поперечного перерізу масообмінної зони для руху газу і абсорбенту та інтенсифікація масообміну за рахунок утвореного на опорній решітці барботажного шару абсорбенту. Поставлена задача розв'язується наступним чином. У відомому горизонтальному абсорбері, який складається з циліндричного корпусу з патрубками підведення і відведення контактуючих фаз, вхідної і вихідної сегментних перегородок між якими встановлені опорна решітка, зрошувач та сепаратор, додатково встановлюються поворотні лопатки під опорною решіткою, після сітчастого сепаратора - вертикальна сегментна перегородка, дві бічні готизонтальні перегородоки та розділювач. Дія поворотних лопаток аналогічна дії крила. Внаслідок аеродинамічного впливу лопатки направляють потік газу на площину опорної решітки під невеликим кутом, чим усувається зона відриву течії газу від останньої. Поворотна дія лопаток покращується тим, що підвідний канал під опорною решіткою розчленовується лопатками на ряд вузьких відводів. Гідравлічний опір секції поворотних лопаток незначний. В сукупності з аерогідродинамічною дією опорної решітки поворотні лопатки забезпечують рівномірний розподіл газу по всьому горизонтальному перерізу масообмінної зони в широкому діапазоні зміни числа Ремнольдса, що особливо важливо при експлуатації абсорбера в умовах змінних режимів. Поліпшенню рівномірного розподілу газу по перерізу масообмінної зони також сприяє те, що після цієї зони весь потік газу розчленовується перегородками сегментною, двома бічними і розділювачем на окремі складові, кожна з яких рухаються вздовж масообмінної зони автономно. Цим усувається явище ежекції на виході з масообмінної зони, яке також спотворює рівномірний розподіл газу. Запропонований пристрій забезпечує суттєво кра щий за рівномірністю розподіл потоку газу по горизонтальному перерізу масообмінної зони, що сприяє утворенню на опорній решітці барботажного шару абсорбента, поліпшує ефективність та інтенсивність процесу масообміну, зменшує виніс абсорбента з абсорбера, підвищує продуктивність абсорбера. На фіг.1 зображено загальний вид апарату з пристроєм для рівномірного розподілу газу, а на фіг.2 - переріз Б-Б з фіг.1, де подано взаємне розташування сегментної та касетних перегородок в абсорбері. На фіг.З - переріз В-В з фіг.1 з розташуванням бічних горизонтальних перегородок. На фіг.4 - переріз Г-Г з фіг.1 - конструктивне виконання розділювача потоку газу. Пристрій для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері складається з корпусу 1 поворотних лопаток 2, сформованих під опорною решіткою 3 в окремі секції 4, 5, 6. Над сітчастим сепаратором 7 встановлена вертикальна сегментна перегородка 8, бічні горизонтальні перегородки 9 та розділювач потоку газу 10. Перегородка сегментна 8 перетинає поперек сепаратор 7 і з'єднується з касетною перегородкою 11. Дуга перегородки сегментної виконана внутрішнім радіусом корпусу абсорбера. При необхідності стик перегородки сегментної з корпусом абсорбера може ущільнюватись еластичним елементом. Перегородка вертикальна сегментна 8 разом з сепаратором 7 утворюють сегментно канал І, розташований між вхідною перегородкою 12 і сегментною - 8 і сполучений з бічними кишенями II (фіг.2), які утворені корпусом апарату 1 та коробом з насадкою прямокутного перерізу. Дві бічні горизонтальні перегородки 11 відокремлюють герметично кишені бічні II від каналу сегментного І на відстані від перегородки 8 до розділювача 10. Вертикальна передня стінка розділювача газу 10 пронизує наскрізь сепаратор 7, з'єднуючись з касетною перегородкою 11. Дві бічні вертикальні трикутні стінки розділювача 10 спряжені з корпусом сепаратора 7 з утворенням клиноподібного каналу III (фіг,4) для руху обробленого газу. Для подачі регенерованого абсорбенту до масообмінної зони апарат має зрошувач 13. Необроблений газ поступає у пристрій через вхідний патрубок 14, а оброблений виводиться через патрубок 15. Для виведення рідкої фази з сепараційної секції у корпусі виконано штуцер 16, а для виведення насиченого абсорбенту - штуцери (17). З масообмінної зони абсорбент може виводитись через штуцер 18. Пристрій для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері працює наступним чином. Необроблений газ поступає в корпус 1 абсорбера через патрубок 14. В сепараційній секції від газу відокремлюється рідка фаза. Зазначена фаза виводиться з абсорбера через штуцер 16. Після сепараційної секції потік газу набігає на поворотні лопатки 2 секції 6 і спрямовується цими лопатками на опорну решітку 3. Частина потоку газу через отвори решітки 3 проходить в касети, які утвореніперегородками 11 і заповнені насадкою. Решта потоку газу відхиляється від опорної решітки 3 вниз і потрапляє на поворотні лопатки секції 5, яка спричиняє ту ж дію, що і секція 6. Аналогічним чином впливають на потік поворотні лопатки секції 4. Завдяки секціям 4, 5, 6 та опорній решітці 3 потік необробленого газу рівномірно розподіляється між окремими касетами масообмінноі зони. Регенерований абсорбент подається до масообмінноі зони через зрошувач 13. Абсорбент самоплинно стікає по стінках насадкових тіл зверху вниз. Завдяки рівномірному розподілу газу між касетами та малому вільному перерізу опорної решітки 3 на ній утворюється барботажний шар, висота якого штучно регулюється. Насичений вологою абсорбент відводиться через бічні штуцери 17, які з'єднані з касетами. Насичений абсорбент, який провалився через отвори опорної решітки 3 на дно корпуса абсорбера, виводиться з абсорбера через штуцери 17. Завдяки наявності барботажного шару в касетах з насадкою досягається висока ефективність процесу масообміну при малих лінійних швидкостях руху газу. Насадкові тіла в касетах забезпечують велику поверхню контакту фаз - газу і абсорбенту. Насадка, яка працює в змоченому режимі, також сприяє масообміну та виконує частково сепаруючу роль. Над сітчастим сепарато ром 7 вес ь потік осушено го газ у поділяється на три окремі потоки. Перший потік утворюється після сепаратора 7 між перегородкою вхідною 12 та перегородкою сегментною 8. Цей потік газу в сегментному каналі І над сепаратором 7 робить поворот на 180° і потрапляє в бічні канали - кишені II, якими рухається вздовж масообмінноі зони до вихідного патрубка 15. Другий потік формується над сепаратором за рахунок касет, які розташовані між перегородкою се гментною 8 та передньою ве ртикальною стінкою розділювача 10. Цей потік, пройшовши сепаратор 7 знизу вверх, повертається на 90° і рухається паралельно останньому каналом сегментним І і далі над розділювачем 10 до патрубка 15. Перший та другий потоки в зоні розділювача 10 частково змішуються, бо бічні кишені і канал сегментний там сполучені. Але це не спричиняє ефекту ежекції над ос 7 танніми по ходу газу касетами, оскільки змішування відбувається в просторі, який герметично відділений стінками розділювача 10 від касет. Третій потік формується за рахунок касет, які знаходяться під розділювачем 10. Цей потік рухається над сепаратором 7 клиноподібним каналом III, який утворений стінками розділювача. Всі три потоки осушеного газу зливаються остаточно в один потік у вихідній сепараційній секції, який виводиться з абсорбера через патрубок 15. Поділ потоку обробленого газу на три складові дозволяє уникнути явища ежектування абсорбенту над вихідними секціями масообмінної зони і також сприяє рівномірному розподілу потоку газу по горизонтальному перерізу масообмінної зони. Пристрій для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері Газ 12 13 7 8 9 ФІГ.1 11 10 Автори: Козак Ф.В. Дем'янчук Я.М. Розго нюк В.В. Кова лів Є.И. Слоб одян В.І. Степ юк М.Д. Пристрій для рівномірного розподілу газу в горизонтальному абсорбері А-А Б-Б В-В Фіг. З Фіг. 4 9 Фіг. 2 Автори. Козак Ф.В. Дем" янчук Я.М. Ро'згонюк В.В. Ковалів Г.Й Слободян В І Степюк М.Д.