余热再生空气干燥装置的一种新流程.docx

文章编号 : 100027466 (2006) 0620068203余热再生空气干燥装置的一种新流程邓波1 , 江楠1 , 黎援朝2 , 邵立明2(1 . 华南理工大学 工业装备与控制工程学院 , 广东 广州 510641 ;2 . 广东省肇庆化工机械厂 , 广东 肇庆 526000)摘要 : 介绍了余热吸附再生式压缩空气干燥装置 ,与其它类型的吸附干燥技术进行了节能方面的比较 ,并提出了余热吸附再生式压缩空气干燥装置的一种新流程 。关键词 : 干燥设备 ; 压缩空气 ; 余热 ; 吸附再生 ; 流程中图分类号 : tq 0511 8文献标志码 : ane w process of compressed air dryer which useresidual hea t to reprocess adsorbentd en g bo1 , j ia n g na n1 , l i yua n2chao2 , s h a o l i2mi ng2(1 . indu st r y equip me nt a nd co nt rol engi neeri ng , so ut h chi na u niver sit y of tec h nolo gy , gua ngzho u 510641 , chi na ; 2 . che mical2mecha nical facto r yof zhao qi ng cit y , zhao qi ng 526000 , chi na)abstract : the co mp re sse d ai r dr ye r w hic h u se re si dual heat to rep roce ss a dso r be nt wa s i nt ro2duced a nd co mp a red to o t her ki nd s of co mp re ssed ai r dr yer s w hic h rep roce ss wit h a dso r be nt i n sa vi ng e ner gy. a new co mp re ssed ai r dr ye r w hic h u se re si dual heat to rep roce ss wit h a dso r be nt wa s al so i nt ro duce d.key words :dr yer ; co mp re sse d ai r ; re si dual heat ; rep roce ss a dso r be nt ; p roce ss燥度 (常压露点 - 24 ,压缩空气质量可达二级) 只能达到一般工业干燥的要求 。1 余热再生干燥装置简介吸附式空气干燥装置按吸附剂再生方式可以分 为有热再生 、无热再生和余热再生 3 种类型 2 ,3 。有 热再生干燥器 ( tsa ) 利用吸附剂在低温时 吸附 水分 ,在高温下将所吸附水分脱附返回气相的特点 ,使 吸附剂获得活性再生 。无热再生干燥器以变压吸附 ( psa) 为基础 ,在气体混合组分中高水分分压时吸 附水分 ,在低水分分压时将所吸附的水分脱附返回 气相 ,使吸附剂获得活性再生 。还有一种介于二者之间的微热再生的吸附干燥器 。这种干燥器取上述 两种干燥器的某些特点 ,即再生气取自本身制备的 低水分压的干燥空气 ( 如同无热再生干燥器) ,又用压缩空气具有易存储 、易控制 、流动性好 、安全及环保等特点 , 被广泛应用于电力 、纺织 、冶金 、化 工 、建材 、制药及机械制造等很多领域 ,是仅次于电 力的第二动力源 。但由于普通压缩空气中含有大量 水分 ,对使用仪器 、设备和生产产品危害极大 ,因此 压缩空气使用前必须除去所含大量水分 1 。压缩空气的干燥方法主要有吸附法和冷冻法 。 吸附法是利用吸附剂 ,如硅胶 、活性氧化铝和分子筛 吸附空气中的水分 ,达到干燥空气的目的 。吸附法 处理的空气能达到很高的干燥度 ( 常压露点可达到- 70 ,压缩空气质量可达一级) ,适用于干燥度要求很高的场合 ,应用范围广 。冷冻法是利用制冷机 将压缩空气冷却到一定的露点后析出过饱和水分 , 达到除水及干燥空气的目的 。冷冻法处理的空气干收稿日期 : 2006206201作者简介 : 邓 波 (19812) ,男 ,湖南衡阳人 ,在读硕士研究生 ,主要从事化工机械和磁力传动的研究 。69 第 6 期邓 波 ,等 :余热再生空气干燥装置的一种新流程外加热器对再生气进行微加热 ,即加热温度低于吸附剂脱附所需的最低温度 ,其目的在于节约再生气 消耗 。从分类上可以把其列入加热型的变压吸附干 燥器 。余热吸附再生干燥装置则是一种新型吸附干燥器 ,既不属于有热再生式 ,也不属于无热再生式 ,而 属于变温吸附 ,是利用压缩机出来的高温压缩空气 来完成水汽的脱附过程 4 。吸附和解析过程时间比 无热再生干燥装置稍长 ,但是脱附过程中所需的热 量无须外加热源 。它利用气体压缩机的余热对吸附剂 进 行 加 热 , 使 吸 附 剂 得 到 彻 底 再 生 , 即 使 在0 . 35 m pa的低压工况使用 ,只要压缩机的负载率不 低于 70 % ,干燥装置就能可靠地工作 , 成品气的露 点也能达到 - 40 以 下 , 因 此 可 充 分 利 用 自 身 能 源 ,具有节能效用 ,同时也减少了电加热器和风机的能耗及噪音 ,是值得推广的压缩空气干燥设备 。 为了对下游用气设备实现不间断供气 ,几乎所有的吸附干燥装置都被设计成双塔结构 ,其中一个 塔在进行吸附操作时 ,另一个塔同时对吸附剂进行 再生操作 ,经过一定时间之后双塔工况进行自动切 换 。一个塔从吸附操作开始 , 经过再生 、均压等工 序 ,到下一次吸附操作开始时间的间隔称为干燥装 置的工作周期 。无热再生干燥装置工作周期很短 , 一般不超过 10 mi n 。有热再生干燥装置吸附剂升 温和降温时间很 长 , 工作 周 期往 往长 达 几个 小时 。 无论是无热再生 、有热再生还是余热再生 ,除了再生 气来源不同外 ,几种干燥装置的工作流程基本上是 一致的 。某公司动力空压站余热再生 、无热再生和微热 再生技术的分析对比见表 1 。其干燥气体的体积流 量为 60 m3 / mi n ,功率折算为 480 k w 。表 1 中数据 按照每年 330 个工作日 、每天 24 h 连续运行 、电价0 . 84 元/ k w h 计算 。表 1 3 种干燥装置比较2普通余热吸附再生干燥装置工艺流程普通余热吸附再生干燥装置工艺流程见图 1 。 图中数字代表阀门编号 。图 1 普通余热吸附再生干燥装置流程2 . 1 干燥器 a 工作而干燥器 b 再生(1) 加热阶段 压缩机输出的热气流进阀 2 进 入干燥器 b 内 ,加热干燥器 b 的吸附剂后经过阀 4 进入冷却器 ,冷却后气体析出的水分经过排污阀排 出 。而气体则由阀 5 进入干燥器 a 内 ,在干燥剂的 吸附作用下使气体进一步脱水干燥 ,成品气体经阀10 输出 。(2) 冷却阶段干燥器 b 经过一定时间加热后(加热时间视压缩机输出的气体温度及环境温度而 定) ,其内的吸附剂得到再生 ,此时开启阀 12 , 关闭 阀 2 ,压缩机输出的热气流不再经干燥器 b ,而直接 经阀 12 进入冷却器 。然后由阀 5 进入干燥器 a ,再 经阀 10 输出 。与此同时 ,阀 8 和阀 9 相应开启 ,让经干燥器 a 干燥后的气体通过限流孔板 , 在降压 、 膨胀后流经干燥器 b ,使干燥器 b 的吸附床层降温 (以备下周期使用) ,再经消音器排入大气中 。当干 燥器 a 工作 1/ 2 周期时 ,将阀 9 关闭 ,同时开启阀 6 和阀 11 ,干燥装置上半周期工作结束 。2 . 2 干燥器 b 工作而干燥器 a 再生下半周期工作开始时 ,阀 6 和阀 11 同时开启 , 阀 5 和阀 10 也同时关闭 ,干燥器 b 开始工作而干燥 器 a 开始再生 。其流程与上半周期相似 。余热吸附再生式干燥装置虽然具有明显的节能功效 ,但从其再生工艺流程可见 ,当干燥塔内的吸附 剂需脱水再生时 ,要用一部分成品气来降压吹冷吸 附剂 ,然后被当作废气而排空 。这样势必浪费较多 的干燥空气 ,既减少了干燥装置的有效供气量 ,又造 成了部分能源的损失 。平均耗气量/ %耗电费用/ 万元 a - 1供气露点( 常压) / 干燥装置无热再生微热再生 余热再生158547 . 9040 . 5214 . 48- 40- 40- 40由上表可以知道 ,与无热再生和微热再生吸附干燥装置相比 ,余热吸附再生干燥装置具有显著的 节能功效 。它可以充分利用压缩机出来的压缩空气 热能 ,无需外界再对压缩空气进行加热 ,极大地节约 了能源 。70 石 油 化工 设 备2006 年 第 35 卷3新型余热吸附再生干燥装置流程新型余热吸附再生式干燥装置工艺流程是在普 通余热吸附再生干燥装置的工艺流程基础上改进而 成 ,见图 2 。改进后 ,通过再生塔降压和吹冷吸附剂 后的成品气不再排空 ,而是经一个小型风机增压 ,再送回进气口与热气流汇合后循环使用 。气温度 130 ,压力 0 . 7 m pa ,出气干燥露点为常压下 - 40 。表 2 新型与传统型余热吸附再生压缩空气干燥装置比较平均耗气量/ %生产 1 kg 成品气冷却器耗电量/ 10 - 3 k w h生产 1 kg 成品气风机耗电量/ 10 - 3 k w h常压下供气露点/ 余热再生干燥装置传统型新型507 . 9227 . 52600 . 259- 40- 404 结语余热吸附再生压缩空气干燥装置利用气体压缩 机的余热对吸附 剂 进行 加热 , 使 吸附 剂 得到 再生 。与其它的吸附再生式干燥装置相比 ,仅在冷吹阶段 消耗 5 %左右的干燥气体 ,这比无热再生式 (消耗干燥气体约 14 %) 、微热再生式 ( 消耗干燥气体 5 %7 % 、电耗) 以及其它靠消耗电能来加热再生的干燥 装置节能效果明显 。此外 ,新型余热吸附再生式干 燥装置虽增加了一台小风机 ,但实现了零排放 ,不仅 增加了干燥装置的有效供气量 ,提高了能源的利用 率 ,还能实现压缩气体在干燥过程中与外界完全隔 离 ,从而达到环保的要求 ,尤其在稀有气体及有毒气体的干燥方面有极好的应用前景 。图 2 新型余热吸附再生干燥装置流程3 . 1干燥器 a 工作而干燥器 b 再生(1) 加热阶段 压缩机输出的热气流经阀 1 分 成两部分 ,一部分气体经过阀 7 进入干燥器 b ,对其 内的吸附剂进行加热再生 ,然后经阀 3 和阀 4 流回 热进气口 。另一部分气体和返回的气体汇合 ,经后 冷却器冷却 ,再经阀 2 进入干燥器 a 被干燥 ,然后 经阀 5 输出 。参考文献 : 1 穆 萍. 炼油厂压缩空气干燥与净化的探讨j . 石油化工设备技术 ,2004 ,25 ( 1) : 25227 .李丽清. 压缩空气干燥 器的 选型比 较 j . 广西 工学 院学报 ,2003 ,14 ( 4) : 69272 .姜 斌 ,尹启旺. 压缩空气干燥方式应用研讨 j . 压缩空气干 燥方式应用研讨 ,2000 ,26 ( 2) :31236 .刘 谦 ,黄可坚 ,林俊辉. 余热再生技术的研究与应用j . 化工 进展 ,2003 ,22 ( 8) : 8932898 .( 张编)(2) 冷却 阶 段干 燥 器 b 经 过 一 定 时 间 加 热后 ,其内的吸附剂得到再生 。此时调节各阀门 ,使得热进口气全部经阀 1 进入冷却器冷却 ,再经阀 2 进 入干燥器 a 被干燥 。得到成品气后 ,由阀 5 分成两 部分 ,一部分直接输出 ,另一部分经阀 7 进入干燥器 b ,对其内的吸附剂进行冷却降温 ,然后经阀 3 和风机增压 ,再送回进气口与热气流汇合 。3 . 2 干燥器 b 工作而干燥器 a 再生工艺流程与干燥器 a 工作 、干燥器 b 再生时的 流程类似 ,但需注意对阀门的调节控制 。从以上压缩空气的干燥与再生流程可见 ,这种新型余热吸附再生干燥装置与普通的余热吸附再生 式干燥装置不同的是增加了一台小风机 ,原来用于 再生塔中降压和吹冷吸附剂后排入大气的成品气不 再排空 ,而是经小风机增压后 ,返回进气口与热气流 汇合以循环使用 。与普通余热再生干燥装置相比 , 改进的余热再生干燥装置增加了有效供气量 ,提高 了压缩空气的产气量 ,节能效果更显著 。新型与传统型余热吸附再生压缩空气干燥装置的比较见表 2 。其压缩空气体积流量 40 m3 / mi n ,进 2 3 4 青海将建设千万吨级油气田青海油田在“十一五”期间或稍长一段时间内将建成千万吨级