способ сжатия и осушки газа и компрессорная установка с устройством для осушки

Формула изобретения

1. Способ сжатия и осушки газа, включающий в себя этапы сжатия газа с помощью компрессора и последующей осушки сжатого газа, поступающего из выходного патрубка компрессора, в котором используют устройство для осушки, содержащее корпус (2), имеющий зону (3) осушки и зону (5) регенерации; вращающийся в корпусе (2) барабан (9), содержащий регенерируемый сушильный агент (8), который последовательно перемещают через зону (3) осушки и через зону (5) регенерации; при этом подлежащий осушке сжатый газ направляют через зону (3) осушки, а регенерационный газ направляют через зону (5) регенерации, отличающийся тем, что зона регенерации разделена на первую часть, через которую проходит первый поток регенерационного газа в виде горячего сжатого газа, поступающего из выходного патрубка компрессора, и вторую часть, через которую проходит второй поток регенерационного газа, относительная влажность которого ниже относительной влажности первого потока регенерационного газа, при этом второй поток регенерационного газа представляет собой часть сжатого газа, который выходит из выходного патрубка зоны (3) осушки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй поток регенерационного газа перед подачей через вторую часть (7) зоны регенерации нагревают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй поток регенерационного газа нагревают за счет его пропускания через теплообменник (18) и/или нагревательный элемент или тому подобное.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый и второй потоки регенерационного газа объединяют в общем выходном патрубке первой и второй частей (6, 7) зоны регенерации и последовательно направляют через обратный трубопровод (13) и охладитель (15) к входному патрубку зоны (3) осушки.

5. Компрессорная установка, включающая в себя компрессор (11) с выходным патрубком и устройство для осушки, содержащее корпус (2), имеющий зону (3) осушки и зону (5) регенерации; вращающийся в корпусе барабан (9) с регенерируемым сушильным агентом (8) и привод вращения барабана (9), так что при вращении барабана сушильный агент (8) последовательно перемещается через зону (3) осушки и зону (5) регенерации, отличающаяся тем, что выходной патрубок компрессора (11) соединен посредством нагнетательного трубопровода (10) с входным патрубком зоны осушки, а зона (5) регенерации состоит из по меньшей мере двух частей, а именно: первой части (6), имеющей первый входной патрубок для подачи первого потока регенерационного газа, и второй части (7), имеющей второй входной патрубок для подачи второго потока регенерационного газа; причем к нагнетательному трубопроводу (10), расположенному между компрессором (11) и входным патрубком зоны осушки (3), подсоединен отводящий трубопровод (12), который соединен с первым входным патрубком первой части (6) зоны регенерации, а выходной патрубок зоны (3) осушки соединен со вторым входным патрубком второй части (7) зоны регенерации с помощью соединительного трубопровода (17), так что относительная влажность второго потока регенерационного газа ниже относительной влажности первого потока регенерационного газа.

6. Компрессорная установка по п.5, отличающаяся тем, что на соединительном трубопроводе (17) установлен теплообменник (18).

7. Компрессорная установка по любому из п.5 или 6, отличающаяся тем, что первая и вторая части (6, 7) зоны регенерации имеют общий выходной патрубок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу осушки сжатого газа и компрессорной установке, содержащей устройство для осушки.

В частности, изобретение относится к устройству для осушки, содержащему вращающийся барабан с регенерируемым сушильным агентом, который в результате вращения барабана попеременно перемещается через две зоны устройства, в одной из которых, в частности в зоне осушки, этот сушильный агент используется для осушки сжатого газа, а в другой зоне, в частности в зоне регенерации, этот сушильный агент восстанавливается за счет его контакта с горячим газом.

В результате вращения барабана восстановленный сушильный агент опять попадает в зону осушки. С целью улучшения эксплуатации устройства, удобным и общепринятым является наличие третьей зоны в барабане, называемой зоной охлаждения, которая обеспечивает охлаждение сушильного агента для того, чтобы он мог поглощать значительно большее количество влаги.

Когда устройство используется для осушки сжатого газа, поступающего из компрессора, часть этого сжатого газа охлаждается, чтобы в дальнейшем проходить через зону осушки устройства, где сушильный агент извлекает влагу из газа, который в результате становится сухим с точкой росы при низком давлении.

Оставшаяся часть поступающего из компрессора сжатого газа, все еще горячего из-за сжатия, проходит через зону регенерации устройства, где этот горячий газ десорбирует влагу, присутствующую в сушильном агенте, в результате чего сушильный агент восстанавливается для повторного использования в новом цикле осушки сжатого газа.

Однако используемый для регенерации сжатый газ имеет относительно высокую влажность, вследствие чего эффективность осушки не является оптимальной.

Это приводит к нежелательному результату, поскольку сушильный агент в последующем вводится в зону осушки, он может поглощать только весьма ограниченное количество влаги из газа, который проходит через указанную зону осушки.

Тепло сжатого газа используется для регенерации сушильного агента в зоне регенерации, при этом необходимо отметить, что когда температура сжатого газа повышается, улучшается процесс осушки и соответственно повышается эффективность всей установки.

Температура используемого для регенерации сжатого газа может быть повышена путем использования нагревательного элемента или тому подобного до прохождения указанного газа через зону регенерации.

Однако нагревание используемого для регенерации газового потока является весьма дорогостоящим с учетом постоянного роста цен на энергию.

Задачей изобретения является устранение одного или более из указанных и/или других недостатков.

Эта задача решена в компрессорной установке, включающей в себя компрессор с выходным патрубком и устройство для осушки, содержащее корпус с зоной осушки и зоной регенерации, вращающийся внутри корпуса барабан с регенерируемым сушильным агентом и привод вращения барабана для последовательного перемещения сушильного агента через зону осушки и через зону регенерации. При этом выходной патрубок компрессора соединен посредством нагнетательного трубопровода с входным патрубком зоны осушки, а зона регенерации состоит из по меньшей мере двух частей, а именно, первой части, имеющей первый входной патрубок для подачи первого потока регенерационного газа, и второй части, имеющей второй входной патрубок для подачи второго потока регенерационного газа. К указанному нагнетательному трубопроводу, расположенному между компрессором и входным патрубком зоны осушки, подсоединен отводящий трубопровод, который соединен с указанным первым входным патрубком первой части зоны регенерации, а выходной патрубок зоны осушки посредством соединительного трубопровода соединен со вторым входным патрубком второй части зоны регенерации, так что относительная влажность второго потока регенерационного газа ниже влажности первого потока регенерационного газа.

Преимущество такой компрессорной установки заключается в том, что сушильный агент во второй части зоны регенерации для его восстановления согласно известному способу контактирует с газовым потоком, в котором содержание влаги значительно меньше по сравнению с газовым потоком, проходящим через первую часть зоны регенерации, как в известном способе.

В результате на стадии регенерации из сушильного агента можно удалить больше влаги, чем в известном способе, другими словами, в способе согласно изобретению происходит дополнительная осушка, которая может быть названа глубокой осушкой, при которой сушильный агент будет поглощать больше влаги из подлежащего осушению газа. Таким образом, устройство для осушки согласно изобретению обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.

Предпочтительно на соединительном трубопроводе компрессорной установки установлен теплообменник.

В этом случае преимущество заключается в том, что второй поток регенерационного газа перед прохождением через вторую часть зоны регенерации может быть нагрет с помощью указанного теплообменника, в результате чего указанный поток газа может удалять больше влаги из сушильного агента.

Когда повышается температура газа, используемого для регенерации, процесс осушки будет улучшаться и соответственно будет возрастать эффективность устройства для осушки.

Другое преимущество заключается в том, что отпадает необходимость в нагревании всего потока газа, проходящего через зону регенерации, а нагревается только второй поток регенерационного газа, проходящий через вторую часть зоны регенерации.

Это дает ряд преимуществ, поскольку может быть использован относительно небольшой теплообменник, что делает установку энергосберегающей и компактной.

Также изобретение относится к способу сжатия и осушки газа, включающего в себя этапы сжатия газа с помощью компрессора и последующей осушки сжатого газа, поступающего из выходного патрубка компрессора, в котором используют устройство для осушки, содержащее корпус с зоной осушки и зоной регенерации, и вращающийся в корпусе барабан с регенерируемым сушильным агентом, при этом сушильный агент последовательно перемещают через зону осушки и через зону регенерации, а подлежащий осушке сжатый газ направляют через зону осушки, а регенерационный газ направляют через зону регенерации, разделенную на первую часть, через которую проходит первый поток регенерационного газа в виде горячего сжатого газа, поступающего из выходного патрубка компрессора, и вторую часть, через которую проходит второй поток регенерационного газа, который имеет относительную влажность ниже, чем влажность первого потока регенерационного газа, и представляет собой часть сжатого газа, выходящего из выходного патрубка зоны осушки.

С целью лучшего понимания особенностей настоящего изобретения, далее в качестве примера, без каких-либо ограничений, со ссылкой на чертежи описаны устройство для осушки и компрессорная установка согласно ряду предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, а также способ осушки сжатого газа.

На фиг.1 схематично показана часть устройства для осушки в компрессорной установке согласно изобретению, вид в перспективе;

на фиг.2 показана схема компрессорной установки с устройством для осушки согласно изобретению;

на фиг.3 схематично показана компоновка части устройства для осушки компрессорной установки согласно изобретению.

Как показано на фиг.1, часть 1 устройства для осушки сжатого газа в компрессорной установке согласно изобретению содержит корпус 2 с зоной 3 осушки, зоной 4 охлаждения и зоной 5 регенерации, которая состоит из двух частей: первой части 6 и второй части 7.

Предпочтительно первая часть 6 зоны регенерации соединена с задней частью зоны 3 осушки, а вторая часть 7 зоны регенерации соединена с первой частью 6 зоны регенерации, после которой расположена зона 4 охлаждения, которая, в свою очередь, соединена с передней частью зоны 3 осушки.

Таким образом, первая часть 6 зоны регенерации расположена в начале зоны 5 регенерации, или, другими словами, около части зоны 3 осушки, через которую во время работы устройства для осушки удаляющий влагу агент 8 поступает в зону регенерации, а вторая часть 7 зоны регенерации расположена в конце зоны 5 регенерации, или, другими словами, в части зоны регенерации, через которую регенерированный сушильный агент 8 выходит из зоны 5 регенерации и поступает в зону 4 охлаждения.

Выражение «задняя часть зоны 3 осушки» обозначает часть зоны 3 осушки, через которую влажный сушильный агент 8 выходит из зоны 3 осушки при вращении барабана 9, а выражение «передняя часть зоны 3 осушки» обозначает часть зоны 3 осушки, в которую поступает регенерированный сушильный агент 8.

Вращающийся барабан 9 установлен в корпусе 2, при этом в барабане 9 находится сушильный агент 8 или, так называемый, поглотитель влаги.

Примерами такого регенерируемого сушильного агента 8 или поглотителя влаги являются силикагель, алюмогель, цеолиты и т.п.

Устройство для осушки также содержит привод (не показан), например мотор, для вращения барабана 9 таким образом, чтобы сушильный агент 8 последовательно перемещался через зону 3 осушки, зону 5 регенерации и зону 4 охлаждения.

На фиг.2 показана схема компрессорной установки согласно изобретению, которая, кроме указанной части 1, содержит нагнетательный трубопровод 10, соединяющий выходной патрубок компрессора 11 и входной патрубок зоны 3 осушки. Компрессор 11 также является частью компрессорной установки.

К нагнетательному трубопроводу 10, расположенному между выходным патрубком компрессора 11 и входным патрубком зоны 3 осушки, присоединен отводящий трубопровод 12, который соединен с первым входным патрубком первой части 6 зоны регенерации.

Кроме того, имеется обратный трубопровод 13 для потоков газа, используемых для регенерации и охлаждения, причем обратный трубопровод 13 соединяет общий выходной патрубок первой и второй частей 6 и 7 зоны 5 регенерации и зоны 4 охлаждения с нагнетательным трубопроводом 10 и заканчивается около установленной в нагнетательном трубопроводе 10 трубки 14 Вентури. На обратном трубопроводе 13 установлен охладитель 15.

С одной стороны выходной патрубок зоны 3 осушки соединен с отводящим трубопроводом 16, по которому осушенный газ может подаваться для последующего применения, а с другой стороны он соединен с соединительным трубопроводом 17, который направляет часть осушенного газа через вторичный контур теплообменника 18, а затем через вторую часть 7 зоны 5 регенерации.

На нагнетательном трубопроводе 10 между компрессором 11 и трубкой 14 Вентури установлен добавочный охладитель 19.

Способ осушки сжатого газа согласно изобретению является весьма простым, как описано ниже.

Направление потоков показано на чертежах стрелками. Стрелка А показывает направление основного потока через зону 3 осушки устройства для осушки. Направление потока оставшегося газа через зону регенерации и зону охлаждения, как описано в примере, является противоположным направлению основного потока А и показано стрелками В, D и Е. Стрелка С показывает направление вращения барабана 9 в корпусе 2 устройства для осушки.

Подлежащий осушке газ, поступающий из компрессора 11, или по меньшей мере его существенная часть после прохода через добавочный охладитель 19 проходит в виде основного потока сквозь сушильный агент 8 в зоне 3 осушки в направлении выходного патрубка зоны 3 осушки. При этом за счет контакта газа с сушильным агентом 8 влага поглощается сушильным агентом 8. Осушенный таким образом газ выпускается по отводящему трубопроводу 16 в направлении потребительской сети, расположенной ниже по ходу потока.

Барабан 9 перемещает насыщенный влагой сушильный агент 8 в первую часть 6 зоны 5 регенерации, где влага десорбируется из сушильного агента 8 за счет контакта сушильного агента 8 с первым потоком регенерационного газа, представляющего собой горячий сжатый газ, который подается через дополнительный трубопровод 12 из выходного патрубка компрессора 11 с целью осуществления первой регенерации сушильного агента 8 с использованием тепла сжатия первого регенерационного потока.

Согласно конкретным особенностям изобретения, в конце перемещения сушильного агента 8 через зону регенерации он дополнительно осушается во второй части 7 зоны 5 регенерации (что до сих пор было невозможно) путем его контакта со вторым потоком регенерационного газа, относительная влажность которого меньше относительной влажности первого потока регенерационного газа.

С этой целью второй поток регенерационного газа в данном случае состоит из газа, являющегося частью осушенного газа, который выходит из зоны 3 осушки, и до подачи в зону 5 регенерации по входному патрубку второй части 7 зоны регенерации проходит через вторичный контур теплообменника 18, в котором указанный газовый поток нагревается для снижения парциального давления воды, находящейся в этом газе.

Понятно, что в таком случае содержание влаги в сушильном агенте 8 в ходе регенерации может быть значительно снижено из-за дополнительного осушения сушильного агента 8 во второй части 7 зоны 5 регенерации с использованием горячего осушенного газа, имеющего низкую относительную влажность. Это является наиболее важным преимуществом устройства для осушки и способа согласно изобретению.

При дальнейшем вращении барабана 9, до того как сушильный агент 8 переместится в зону 3 осушки, из сушильного агента 8 за счет охлаждения его в зоне охлаждения, свободной от адсорбированной влаги, еще больше удаляется влага, за счет чего сушильный агент 8 восстанавливается и может быть использован в последующем цикле осушки в зоне 3.

По существу, сушильный агент 8 в процессе непрерывного или прерывистого кругового движения попеременно проходит через зону 3 осушки и затем через зону 5 регенерации.

Согласно изобретению целесообразно, чтобы часть основного потока осушенного газа использовалась для охлаждения горячего регенерированного сушильного агента 8 на промежутке между зоной 5 регенерации и зоной 3 осушки, т.е. в зоне 4 охлаждения, до контактирования сушильного агента 8 с основным потоком в зоне 3 осушки.

Наличие зоны 4 охлаждения является выгодным, так как основной поток не вступает в контакт с горячим сушильным агентом 8, который не способен адсорбировать жидкость, что могло бы привести к просачиванию влажного газа через устройство для осушки. Таким образом, осушка в соответствии с описанным способом является оптимизированной.

Благодаря трубке 14 Вентури известным образом создается локальный перепад давления, что приводит к тому, что в выходном патрубке зоны 5 регенерации сохраняется пониженное давление по сравнению с давлением в выходном патрубке зоны 3 осушки, расположенной на противоположной стороне барабана 9. В результате часть холодного основного газового потока из выходного патрубка зоны 3 осушки выходит в направлении выходного патрубка зоны 5 регенерации через зону 4 охлаждения, расположенную между зоной 3 осушки и зоной 5 регенерации.

За счет прохождения указанного потока через зону 4 охлаждения, горячий регенерированный сушильный агент 8 будет охлаждаться перед его использованием для осушки основного газового потока, в результате чего будет обеспечиваться преимущество изобретения.

Указанное выше пониженное давление также способствует протеканию газа, выходящего из зоны 3 осушки, через теплообменник 18 в направлении второй части 7 зоны регенерации. В частности, указанный поток обеспечивает возможность отбора осушенного газа в правильном местоположении, а именно в месте, где динамическое давление является минимальным. Таким образом, для указанной системы не требуются воздуходувки.

Используемый для регенерации и охлаждения сушильного агента 8 газ после прохода через соответствующие зоны собирается и охлаждается с помощью охладителя 15, после чего этот газ добавляется в основной газовый поток, который, в свою очередь, далее направляется через зону 3 осушки.

На фиг.3 схематично представлен пример компоновки части 1 устройства для осушки согласно изобретению, где показаны различные секторы или зоны.

В частности, показано разделение зоны 5 регенерации на две части 6 и 7, в результате чего в этом случае зона регенерации 5 выступает за пределы центрального угла около 90°.

В этом случае первая часть 6 зоны регенерации простирается на угол 75°, а вторая часть 7 зоны регенерации простирается на угол от 5° до 30° , в данном случае на угол около 15°.

В этом примере зона 3 осушки занимает круговой сектор с углом 255° , в то время как оставшаяся часть в 15° между второй частью 7 зоны регенерации и зоной 3 осушки образует в цилиндрическом корпусе 2 устройства для осушки зону 4 охлаждения.

При рассмотрении приведенной фигуры становится понятно предпочтительное расположение различных зон в барабане 9 для прохождения газа.

Ясно, что второй поток регенерационного газа также может быть нагрет путем его направления через нагревательный элемент или тому подобное (не показано).

Газ, который проходит через вторую часть 7 зоны регенерации, не обязательно будет поступать из самого устройства для осушки, он также может поступать из внешнего источника сухого газа.

Настоящее изобретение не ограничивается вариантами его осуществления, описанными с помощью примера и представленными на чертежах, поскольку компрессорная установка согласно изобретению и способ осушки сжатого газа могут быть реализованы различными путями без выхода за объем изобретения.