АДСОРБЕР Российский патент 2003 года по МПК F25B37/00 B01D53/04 

Изобретение относится к устройствам для отделения газовых примесей от газов или газовых смесей и может быть использовано в холодильных машинах и в низкотемпературных установках разделения воздуха, в частности для извлечения инертных (редких) газов из газовых смесей.

Известен адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки (RU 2111425 C1, 20.05.98).

Однако известная конструкция не обеспечивает хороших эксплуатационных характеристик, в частности, высокой эффективности очистки и извлечения компонентов газа, удобство транспортировки и т.д., поскольку адсорбер имеет две камеры, разделенные вертикальной перегородкой и заполненные одним видом адсорбента, а для его работы используется низкотемпературное охлаждение и сложное оборудование.

Известен также адсорбер для отделения газовых примесей от газа, содержащий цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки (WO 98/04875 А1, 05.02.98).

В этой конструкции не предусмотрен фракционирующий процесс адсорбции с последующей десорбцией с высокой поглотительной способностью в отношении компонентов газовой смеси и соответственно с высоким коэффициентом извлечения необходимого компонента газа в процессе десорбции, так как адсорбер снабжен одной камерой, заполненной одним видом адсорбента.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке конструкции адсорбера, имеющего высокие эксплуатационные характеристики, в частности, включающие высокую избирательную поглотительную способность в процессе адсорбции в отношении компонентов газовой смеси и высокий коэффициент извлечения необходимого компонента газа в процессе десорбции, а также удобство в монтаже, демонтаже и транспортировке.

Указанная задача (улучшение эксплуатационных характеристик) достигается тем, что адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки, согласно изобретению снабжен перегородкой и полой цилиндрической вставкой с верхней торцевой крышкой и нижней торцевой крышкой, вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками вставки и корпуса, и верхнего и нижнего каналов, каждый из которых сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки относительно центральной оси корпуса под углом, находящимся в пределах от 5 до 15^o, и разделяет полость вставки на первую и вторую камеру с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода газа.

Кроме того, последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.

Кольцевое пространство может быть заполнено силикагелем или цеолитом марки КА, первая камера - цеолитом марки СаА или СаЕх, а вторая камера - цеолитом марки NaX.

Рекомендуется адсорбер снабдить системой охлаждения.

Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью вставки.

Также система охлаждения может включать в себя кожух с патрубками подвода и отвода хладагента, установленный на наружной поверхности корпуса адсорбера.

Рекомендуется, чтобы верхняя крышка корпуса была выполнена съемной, а цилиндрическая вставка - с возможностью ее выемки.

Целесообразно, чтобы входной и выходной патрубки были выполнены в форме цилиндрических труб. Входной патрубок установлен на верхней крышке корпуса, при этом его выходное отверстие сообщается с кольцевым пространством через верхний канал. Выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке вставки, причем его входное отверстие сообщается со второй камерой, а выходное - с реципиентом.

Рекомендуется также, чтобы выходной патрубок был присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке с помощью штуцерного соединения.

Наряду с этим адсорбер может быть снабжен трубкой, установленной вертикально в полости первой камеры и закрепленной нижним концом в нижней торцевой крышке, причем осевое отверстие трубки соединяет нижний канал с полостью первой камеры.

Целесообразно также, чтобы в верхней торцевой крышке было выполнено отверстие, снабженное заглушкой и сообщающееся с полостью первой камеры.

На чертеже изображен общий вид адсорбера в разрезе по плоскости симметрии.

Адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнюю и нижнюю крышки 2, 3 корпуса, входной патрубок 4, выходной патрубок 5, перегородку 6 и полую цилиндрическую вставку 7 с верхней торцевой крышкой 8 и нижней торцевой крышкой 9. Вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства 10, заключенного между цилиндрическими стенками вставки 7 и корпуса 1, и верхнего и нижнего каналов 11, 12 для прохода газа. Каждый из каналов сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки относительно центральной (вертикальной) оси корпуса под углом, находящимся в пределах от 5 до 15^o. Угол установки перегородки зависит от нескольких факторов, в частности от поглотительной способности адсорбентов, состава исходной газовой смеси и скорости прохождения потока. Перегородка разделяет полость вставки на первую и вторую камеру 13, 14 с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие 15 для прохода газа из первой камеры во вторую.

Верхний канал 11 образован пространством, заключенным между верхней крышкой 2 корпуса и верхней торцевой крышкой 8 вставки. Нижний канал 12 образован пространством, заключенным между нижней крышкой 3 корпуса и нижней торцевой крышкой 9 вставки 7.

Последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство 10, внутренняя полость первой камеры 13 и внутренняя полость второй камеры 14 заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.

В случае извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси рекомендуется кольцевое пространство 10 заполнить силикагелем или цеолитом марки КА, первую камеру 13 заполнить цеолитом марки СаА или СаЕх, а вторую камеру - цеолитом марки NaX.

Для увеличения поглотительной способности адсорбера рекомендуется наружную поверхность корпуса снабдить системой охлаждения.

Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента. При этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью вставки.

Кроме того, система охлаждения может включать в себя кожух с патрубками подвода и отвода хладагента, установленный на наружной поверхности корпуса адсорбера.

Для монтажа и демонтажа вставки верхняя крышка корпуса может быть выполнена съемной, а цилиндрическая вставка - с возможностью ее выемки.

Входной и выходной патрубки выполнены в форме цилиндрических труб. Входной патрубок 4 установлен на верхней крышке 2 корпуса, при этом его выходное отверстие сообщается с кольцевым пространством 10 через верхний канал 11. Выходной патрубок 5 закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке 2 корпуса и присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке 8, причем его входное отверстие сообщается со второй камерой 14, а выходное - с реципиентом или с атмосферой.

Для удобства обслуживания и транспортировки вставки выходной патрубок может быть присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке с помощью штуцерного соединения.

Адсорбер снабжен трубкой 16, установленной вертикально в полости первой камеры 13 и закрепленной нижним концом в нижней торцевой крышке 9, причем осевое отверстие трубки соединяет нижний канал 12 с полостью первой камеры. В верхней торцевой крышке 8 выполнено отверстие 17. Отверстие снабжено заглушкой 18 и сообщается с полостью первой камеры 13.

Конструктивные особенности адсорбера, а именно установка перегородки камер под определенным углом, позволяют равномерно распределить поток газа по перечному сечению камер, обеспечить безотрывное течение и таким образом исключить застойные зоны в адсорбенте, что в целом улучшает эксплуатационные характеристики адсорбера.

Адсорбер работает следующим образом. Исходная газовая смесь, например, содержащая ксенон, через входной патрубок 4 поступает в верхний канал и из него в кольцевое пространство 10, заполненное силикагелем или цеолитом марки КА, где происходит предварительная осушка газовой смеси и очистка от двуокиси углерода в случае использования цеолита марки КА. Затем смесь газов направляется через нижний канал 12 и трубку 16 в первую камеру 13, заполненную цеолитом марки СаА или СаЕХ, в которой производится дополнительная осушка газовой смеси и очистка ее от двуокиси углерода. Далее смесь газов поступает через отверстие 15 в перегородке 6 во вторую камеру 14, заполненную цеолитом марки NaX, в которой происходит поглощение ксенона из газовой смеси. Оставшаяся после поглощения ксенона газовая смесь выходит из второй камеры через выходной патрубок 5. Тепло, выделяющееся в процессе адсорбции, поглощается холодильным агентом, поступающим в змеевик и/или кожух системы охлаждения. После завершения процесса динамического насыщения адсорбента ксеноном, производится десорбция ксенона и отвод его потребителю.

Для проведения процесса десорбции ксенона может быть снята верхняя крышка корпуса, при этом отсоединяется выходной патрубок 5 и вставка 7 извлекается из корпуса адсорбера. Для транспортировки адсорбера (или вставки) на газоперерабатывающий завод производится установка заглушек на соответствующие патрубки и отверстия.

Загрузка адсорбентом первой камеры осуществляется через отверстие 17, выполненное в верхней торцевой крышке вставки, а второй камеры - через выходной патрубок или через отверстие штуцерного соединения патрубка.

Таким образом, применение в конструкции последовательно расположенных по потоку газа и заполненных адсорбентом различного вида трех секций (кольцевого пространства, первой камеры и второй камеры) позволяет обеспечить избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси с высокой эффективностью, а использование в конструкции наклонной перегородки и системы охлаждения значительно повышает эффективность процессов адсорбции, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики адсорбера.

Предлагаемое изобретение может найти применение в установках низкотемпературной ректификации воздуха, в установках для получения ксенона из криптоно-ксеноновой смеси методом ректификации или адсорбции, в установках извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси, в холодильных установках, а также в системах жизнеобеспечения.

Адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса, входной патрубок, выходной патрубок, перегородку и полую цилиндрическую вставку с верхней торцевой крышкой и нижней торцевой крышкой. Вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками вставки и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа. Каждый из каналов сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки под углом от 5 до 15^o к центральной оси корпуса и разделяет полость вставки на первую и вторую камеру с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода газа из первой камеры во вторую. Последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси. Конструкция адсорбера обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики, в частности, высокую избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси и высокий коэффициент извлечения необходимого компонента в процессе десорбции, а также удобство при монтаже и транспортировке. 10 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что адсорбер снабжен перегородкой и полой цилиндрической вставкой с верхней торцевой крышкой и нижней торцевой крышкой, вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками вставки и корпуса, и верхнего и нижнего каналов, каждый из которых сообщается с кольцевым пространством, перегородка установлена в полости вставки относительно центральной оси корпуса под углом, находящимся в пределах от 5 до 15 град. , и разделяет полость вставки на первую и вторую камеру с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх, в нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода газа. 2. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси. 3. Адсорбер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что кольцевое пространство заполнено силикагелем или цеолитом марки КА, первая камера - цеолитом марки СаА или СаЕх, а вторая камера - цеолитом марки NaХ. 4. Адсорбер по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что адсорбер снабжен системой охлаждения. 5. Адсорбер по п. 4, отличающийся тем, что система охлаждения состоит из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью вставки. 6. Адсорбер по п. 4 или 5, отличающийся тем, что система охлаждения включает в себя кожух с патрубками подвода и отвода хладагента, установленный на наружной поверхности корпуса адсорбера. 7. Адсорбер по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что верхняя крышка корпуса выполнена съемной, а цилиндрическая вставка - с возможностью ее выемки. 8. Адсорбер по п. 7, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки выполнены в форме цилиндрических труб, входной патрубок установлен на верхней крышке корпуса, при этом его выходное отверстие сообщается с кольцевым пространством через верхний канал, выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен нижним концом к верхней крышке вставки, причем его входное отверстие сообщается со второй камерой, а выходное - с реципиентом или с атмосферой. 9. Адсорбер по п. 8, отличающийся тем, что выходной патрубок присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке с помощью штуцерного соединения. 10. Адсорбер по п. 8 или 9, отличающийся тем, что адсорбер снабжен трубкой, установленной вертикально в полости первой камеры и закрепленной нижним концом в нижней торцевой крышке, причем осевое отверстие трубки соединяет нижний канал с полостью первой камеры. 11. Адсорбер по п. 8, или 9, или 10, отличающийся тем, что в верхней торцевой крышке выполнено отверстие, снабженное заглушкой и сообщающееся с полостью первой камеры.