Способ адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике разделения газов и жидкостей адсорбцией и может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения состоит в повышении производительности и снижении энергоемкости процесса. Способ непрерывного адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси, включающий подачу исходного криптоно-ксенонового концентрата в адсорбционный аппарат с последующим замещением адсорбировавшего кислорода азотом и термической десорбцией. В предлагаемом способе используют адсорбент в виде вращающегося кольцевого слоя, а подачу в адсорбер исходного криптоно-ксенонового концентрата и замещающего адсорбировавшегося кислород азота осуществляют непрерывно. Причем оба подаваемых в адсорбер потока подаются при одинаковых давлениях и температурах соответствующих температурам насыщенных паров смеси. Кроме того, скорость движения адсорбента должна быть не меньше скорости движения фронта адсорбции криптона предпочтительно 2,76<SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">-4</SP> м/с. Температура подаваемого на адсорбцию концентрата, предпочтительно равны 90,5 К, температура замещающего азота 77,5 К, давление равно 0,11 МПа. Устройство для осуществления адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси включает корпус и расположенный внутри корпуса движущийся кольцевой адсорбер, снабженный по периметру осевого сечения уплотняющими пластинами. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„3558443 А 1 (g))g В 01 D 53/06 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А ВТОРСНОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

2 щим замещением адсорбировавшего кислорода азотом и термической десорбцией. В предлагаемом способе используют адсорбент в виде вращающегося кольцевого слоя, а подачу в адсорбер исходного криптоно-ксенонового концентрата и замещающего адсорбировавшийся кислород азота осуществляют непрерывно. Причем оба подаваемых в адсорбер потока подаются при одинаковых давлениях и .температурах соответствующих температурам насыщенных паров смеси. Кроме того, скорость движения адсорбента должна быть не .меньше скорости движения фронта адсорбции криптона, предпочтительно

2,76 10 м/с. Температура подаваемого на адсорбцию концентрата предпочтительно равна 90,5 К, температура замещающего азота 77,5 К, давление равно 0,11 МПа. Устройство для ocy" ществления адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси включает корпус и расположенный внутри корпуса движущийся кольцевой адсорбер, снабженный по периметру осевого сечения уплотняющими пластинами.

2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4307330/23-26 (22) 13. 07. 87 (46) 23.04,90. Бюл. И 15 (71) Завод-втуз при Карагандинском металлургическом комбинате (72) Н.Боранбаев и М.И.Серебренников (53) 66.074 . 7: 543 .544 .08 (088 .8) (56) Головко Г.А. Криогенное произ.водство инертных газов. - Л.: Машиностроение, с. 290-292.

Авторское свидетельство СССР

» 307335, кл. B 01 D 15/08, 1974. (54) СПОСОБ АДСОРБЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ КРИПТОНО-КСЕНОНОВОИ СМЕСИ И УСТ"

РОНСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике разделения газов и жидкостей адсорбцией и может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения состоит в повышении произво- . дительности и снижении энергоемкости процесса. Способ непрерывного адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси, включающий подачу исходного криптоно-ксенонового концентрата в адсорбционный аппарат с последуюИзобретение относится к технике разделения газов и жидкости адсорбцией и может быть использовано в химической промышленности.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение энергоемкости процесса.

На фиг.1 дано устройство, общий вид, аксонометрия; на фиг.2 » то же, разрез; на фиг.3 — то же, план.

Устройство содержит корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, имеющих с наружной стороны теплоизоляционную обшивку (не показано), 1558443 соединенных между собой болтами и . прокладками по фланцу. В корпусе расположен адсорбент 3 (например, марки КСМ-5 в виде гранул), который находится внутри цельного кольцевого адсорбера 4. Адсорбер 4 смонтирован на подшипнике 5 качения. Внутри адсорбера 4 имеются электрические нагреватели 6 солиноидного типа. На по- 10 верхности адсорбера 4 расположены уплотняющие пластины 7 по периметру осевого сечения. На поверхности верх" ней части корпуса 1 припаяны каналы

8 для подвода и отвода газов с патрубками 9 - 12. Привод вращения адсорбера 4 состоит из электрического двигателя 13, зубчатой передачи 14 с внутренним зацеплением. На поверхности верхней части Koðïóñà 1 в мес- 20 тах установки каналов 8 подвода и отвода газов имеются. отверстия l5.

Электрические контакты 16 закреплены неподвижно на нижней части корпуса 2. Патрубки 17 и 18, предназначенные для подвода криптоно-ксеноно-. вого концентрата и эвмещающего кислород азота, смонтированы на каналах

8 подвода и отвода газов.

Способ реализуется следующим образом.

Криптоно-ксеноновый концентрат, состоящий в основном из кислорода, криптоно-ксеноновой смеси 0,13 и примесей метана до 0,053, поступает в виде насыщенного пара под давле35 нием 0,11 МПа и температуре 90,5 К по патрубку 17 в соответствующий канал 8 подвода газа, через отверстия

15 в гаэопроницаемый кольцевой адсорбер 4 на поверхность адсорбента

3. Вращение слоя адсорбента ведут с линейной скоростью 2,76 10 м/с.

По патрубку 18 в адсорбер поступает замещающий адсорбированный кислород азот при температуре -77,5 К и давлении 0,11 МПа. Причем давления непрерывно подаваемых в адсорбер криптоно-ксенонового концентрата и азота должны быть равны между собою.

В этом случае направление движения поступающих криптоно-ксенонового концентрата и азота внутри адсорбера будет противоположным и они разделяются, так как на участке адсорбера между патрубками 17 и 18 образуется фронт двух потоков с одинаковыми давлениями. Поток криптоно-ксеноновоI

ro концентрата, поступивший в адсор-, бер по патрубку 17, течет навстречу движущемуся адсорбенту 3, охлаждая его (направление вращения адсорбента показано стрелками на фиг.3, а направление течения замещающего кислород азота совпадает с направлением движения адсорбента

3) °

В процессе охлаждения адсорбента

3 происходит адсорбция компонентов газов, из которых состоит криптоноксеноновый концентрат. Причем адсорбция происходит в условиях динимического насыщения адсорбента криптоноксеноновыми концентратом, так как неадсорбировавшийся кислород непрерывно отводится из адсорбера по патрубку 9. Адсорбировавшаяся криптоноксеноновая смесь с примесями кислорода и метана уносится движущимся адсорбентом 3 в зону замещения адсорбировавшегося кислорода азотом ка1 торая расположена на адсорбере между патрубками 10 и 18. Азот замещает адсорбировавшийся кислород при его адсорбции на силикагеле, например, марки КСИ-5, не влияя на адсорбцию криптоно-ксеноновой смеси. Поэтому при течении азота, подаваемого в адсорбер через патрубок 18 и отводимого через патрубок 10 вместе с азотом, из адсорбера удаляется замещенный им кислород. В адсорбере 4 между патрубками 10 и 12 находится зона десорбции. Термическая десорбция производится путем прогрева адсорбента 3 электрическими нагревателями 6 которые включаются посредством электрических контактов l6 при приближении насыщенного криптоно-ксеноновой смесью участка адсорбера в зону десорбции. Количество электрических нагревателей 6 в устройстве должно быть не менее 10-12 штук. Электрические контакты 16, представленные на фиг.2 показаны условно, так как в действительности они находятся в зоне десорбции и имеют электрические выводы для подключения их к источнику тока (не показано), На первом этапе термической десорбции при прогреве адсорбента 3 электрическими нагревателями 6 происходит десорбция азота с примесями не эамещенного им азота, как наиболее слабо адсорбирующихся компонентов, которые отводятся из адсорбера по патрубку 11.

5 155844

На втором этапе термической десорбции при прогреве адсорбента до

200 С происходит десорбция криптоноксеноновой смеси с примесями неад5 сорбировавшихся азота, кислорода и метана, которая отводится из адсор-. бера с помощью патрубка 12. После десорбции приводимый в движение электрическим двигателем 13 адсорбер

4 с помощью зубчатой передачи 14 движется на подшипниках 5 качения к зоне адсорбции, где охлаждается за . счет текущих навстречу холодных паров криптоно-ксенонового концентрата 15 и вновь адсорбирует криптоно-ксеноновую смесь. Причем, так как охлаждение адсорбента 3 производится за счет насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата, необходимость 20 в устройстве специального теплообменного аппарата для охлаждения адсорбента 3 отсутствует. Так как линейная скорость движения адсорбера, равная 2 76 ° 10 м/с, не меньше ско- 25 рости движения фронта адсорбции криптона, равного 2,75 ° 10 " м/с, то практически вся криптоно-ксеноновая смесь задерживается адсорбентом. Кроме того, адсорбентом задерживается. 30 также и метан, хотя его скорость движения фронта адсорбции в 1,5 раза больше, чем у криптона. Поэтому для снижения взрывоопасности процесса дальнейшей переработки получаемой криптоно-ксеноновой смеси необходимо замещение адсорбировавшегося кислорода азотом (смесь метана с кис- . лородом является взрывоопасной).Кроме того, в предлагаемом устройстве 40 уплотняющие пластины 7 позволяют ограничить перетечки газов внутри корпуса адсорбера по его внутренней поверхности, что приводит к уменьшению потерь криптоно-ксенонового кон" 45 центрата на перетечки и увеличению производительности. Охлаждение адсорбента с помощью насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата позволяет существенно снизить энерго- 50 емкость процесса извлечения криптоно-ксеноновой смеси, так как криптоно-ксеноновый концентрат производится в жидком виде, а его насыщенный пар можно получить путем его мгновенного испарения при подаче в адсорбер через патрубок 17.

Как показали расчеты в адсорбере с размерами в сечении аФ150 мм, вФ

6

Ф200 мм (см. фиг.2 и эквивалентным диаметром и — 4 (э,B)/ =195 мм и соотношениями среднего диаметра цельного тороида D и эквивалентного диа( метра сечения, d находящимися e пределах 5,4 - 6,9 при одновременной подаче 0,01 мз/с криптоно-ксенонового концентрата и 0,01 мз/с замещающего адсорбировавшийся кислород азота, можно извлекать - 7,9 10 мз/с крип-б тоно-ксеноновой смеси составом, криптоно-ксеноновая смесь 79,2, азот 19,8, кислород 1,0, а также незначительное количество метана до

0,05.

Использование изобретения позво- ляет снизить энергоемкость процесса извлечения криптоно-ксеноновой смеси, так как криптоно-ксеноновый концентрат подают в кольцевой адсорбер при температуре нвсыщенных паров, что устраняет необходимость установки теплообменного аппарата, так как адсорбент охлаждается подаваемыми в адсорбер насыщенными парами концентрата °

При переработке 15,15 мз криптоно" ксеноновой смеси предлагаемым способом производительность процесса извлечения 25 мз/ч, что в 5,77 раза выше, чем при переботке известным способом, приэтом эыергоемкость процесса снижается по сравнению с известным на 4,36 кВт.

Формула изобретения

1. Способ адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси иэ криптоно-ксенонового концентрата, включающий. подачу концентрата на слой адсорбента из гранул силикагеля, последующее замещение адсорбировавшегося кислорода пропусканием азота и термическую десорбцию, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса, адсорбент используют в виде вращающегося кольцевого слоя, подачу концентрата, пропускание азота и термическую десорбцию ведут непрерывно, концентрат на адсорбцию и азот на замещение кислорода подают в виде насыщенных паров при одинаковом давлении.

2 ° Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что.процесс ведут при температуре подаваемого на адсорбцию концентрата 90,5 К и температуре замещающего азота 77,5 К при давлении, равном 0,11 МПа.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что вращение слоя адсорбента ведут с линейной скоростью 2 7g 10 мыс

4, Устройство адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси

1558443 включающее вращающийся кольцевой корпус с патрубками и каналами для газов с расположенным в нем кольцевым слоем сорбента, о т л и ч а юц е е с я тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса оно снабжено по периметру осевого сечения кольцевого слоя сорбента уплотняющими пластинами.

1558443

Составитель И.Рогачева

Редактор Л.Зайцева Техред M.Äèäûê

Корректор А.Обручар

Заказ 793 Тираж 577 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 101