ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА Российский патент 2003 года по МПК G01N30/02 B01D35/01 

Изобретение относится к устройствам очистки газов и может быть применено в портативных газовых хроматографах, использующих в качестве газа-носителя атмосферный воздух.

Известен фильтр для очистки газа, представляющий собой заполненную адсорбентом трубку с входным и выходным отверстиями на торцах. (1). Газ-носитель непрерывно протекает через трубку с адсорбентом, поглощающим примеси, содержащиеся в газе. При насыщении адсорбента примесями способность фильтра очищать газ-носитель уменьшается, что, в конечном итоге, приводит к снижению точности анализа. Контролировать степень насыщения адсорбента примесями в известном фильтре невозможно. Для регенерации адсорбента фильтр демонтируют, разогревают в печи до высокой температуры и продувают чистым газом. Указанная процедура затрудняет эксплуатацию портативных газоаналитических приборов в полевых условиях.

Целью изобретения является повышение степени и стабильности очистки газа-носителя, упрощение эксплуатации фильтра, снижение энергопотребления.

Поставленные цели достигаются тем, что в фильтре для очистки газа, содержащем трубку, заполненную адсорбентом, с входным и выходным отверстиями на торцах, последняя расположена с зазором в коаксиальном с ней цилиндрическом корпусе, состоящем, по меньшей мере, из одной оболочки, причем радиальные заполненные адсорбентом и торцевые зазоры между трубкой и оболочкой корпуса совместно с трубкой образуют газовый канал, подсоединенный к источнику газа посредством отверстия во внешней оболочке корпуса, на входе в трубку установлен датчик чистоты газа, например датчик влажности, а на ее оси - нагревательный элемент, при этом температура регенерации адсорбентов в трубке и радиальных зазорах убывает от центра к периферии корпуса, например, трубка заполнена цеолитом или активированным углем, а радиальный зазор - силикагелем.

На чертеже изображен фильтр очистки газа, содержащий корпус 1, герметично закрытый крышками 2 и 3, входное отверстие 4 для газа-носителя, стекловолокно 5, трубку 6, с выходным отверстием 7, электронагреватель 8 с изолированными выводами 9, датчик чистоты газа 10, радиальный зазор 11, торцевой зазор 12, адсорбенты 13,14, зафиксированные в трубке и радиальных зазорах сеткой 15.

Фильтр работает следующим образом. Подвергаемый очистке газ-носитель через входное отверстие 4 поступает в корпус, 1 очищается стекловолокном 5 от пыли и аэрозольных частиц и проходит через радиальный зазор 11, где адсорбентом 13 поглощается вода и часть примесей. Далее осушенный газ-носитель через торцевой зазор 12 поступает в трубку 6, заполненную адсорбентом 14, где полностью очищается от примесей. Очищенный газ-носитель через выходное отверстие 7 поступает в аналитический блок хроматографа. В процессе очистки адсорбент 13 насыщается влагой, что в итоге снижает эффективность очистки газа от паров воды. При этом влажность газа-носителя повышается, при некотором заданном пороговом ее значении срабатывает датчик 10, по сигналу которого фильтр переключается в режим регенерации. В режиме регенерации выход фильтра переключается на сброс газа в атмосферу, а на электронагреватель 8 подается питание. Через некоторое время в фильтре устанавливается тепловое равновесие, при котором количество тепла, выделяемое нагревателем, равно количеству тепла, отдаваемого корпусом фильтра в атмосферу (при температуре окружающей среды 20 ±10^oС). В состоянии теплового равновесия установившийся градиент температуры от центра к периферии корпуса соответствует температурам регенерации адсорбента 14 в трубке 4 и адсорбента 13 в радиальном зазоре 11. Так, температура регенерации цеолита в трубке - 300-400^oС, температура регенерации силикагеля в зазоре - 150-300^oС. Пары воды, десорбированные с адсорбента 13, способствуют десорбции примесей с адсорбента 14. В указанном режиме процесс регенерации длится 1-2 ч. После этого электронагреватель 8 отключают, и фильтр охлаждают потоком воздуха от вентилятора. После охлаждения фильтра до температуры менее 40^oС выход фильтра вновь подключается к аналитическому блоку хроматографа.

Предлагаемый фильтр по сравнению с известным обеспечивает более высокую и стабильную степень очистки газа за счет установки на входе в основной поглощающий примеси элемент фильтра - трубку датчика влажности, исключающего попадание воды на содержащейся в ней адсорбент. Известно, что пары воды существенно снижают адсорбционную емкость цеолита и активированного угля при низких концентрациях адсорбтива (2). Так как содержание воды в газе, особенно в атмосферном воздухе, на несколько порядков превышает содержание прочих примесей, то предварительное осушение газа является гарантией его полной очистки в трубке, снаряженной эффективными адсорбентами типа активированного угля или цеолита.

Использование предлагаемого фильтра в газоаналитических приборах позволило обеспечить воспроизводимость анализов в пределах ±5%, а достигнутая пороговая чувствительность составила 1пг для пламенно-ионизационного и безрекомбинационного детекторов.

Фильтр прост в эксплуатации, использование в нем датчика чистоты газа совместно с электронагревателем позволяет проводить регенерацию фильтра в автоматическом режиме в составе аналитического прибора. Коаксиальное расположение адсорбентов с убывающей от центра к периферии температурой регенерации позволило снизить энергопотребление фильтра.

Источники информации
1. Инструкция по эксплуатации 331.550.045 ИЭ на хроматограф ХТИ-73, выпускаемый серийно заводом "Хроматограф", - прототип.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984 г.

Использование: для очистки атмосферного воздуха, используемого в качестве газа-носителя в портативных газовых хроматографах. Сущность: фильтр для очистки газа представляет собой корпус с входом для газа, в котором коаксиально и с зазором размещена заполненная адсорбентом трубка с входным и выходным отверстиями, внутри которой размещен нагреватель, а на ее входе - датчик чистоты газа. Радиальный зазор между трубкой и стенкой корпуса заполнен адсорбентом. Температура регенерации адсорбентов в трубке и радиальных зазорах убывает от центра к периферии корпуса. В качестве датчика чистоты газа можно использовать датчик влажности. Технический результат изобретения заключается в повышении степени и стабильности очистки газа-носителя, упрощении эксплуатации фильтра, снижении энергопотребления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фильтр для очистки газа, представляющий собой трубку, заполненную адсорбентом, с входным и выходным отверстиями, отличающийся тем, что трубка расположена с зазором в коаксиальном с ней корпусе, состоящем, по меньшей мере, из одной оболочки, причем заполненные адсорбентом радиальные и торцевые зазоры между трубкой и оболочкой корпуса совместно с трубкой образуют газовый канал, подсоединенный к источнику газа посредством отверстия во внешней оболочке корпуса, на входе в трубку установлен датчик чистоты газа, а на ее оси - нагревательный элемент, при этом температура регенерации адсорбентов в трубке и радиальных зазорах убывает от центра к периферии корпуса. 2. Фильтр для очистки газа по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндра. 3. Фильтр для очистки газа по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика чистоты газа используют датчик влажности.