СПОСОБ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ АРГОНА ОТ ПРИМЕСЕЙ АЗОТА Российский патент 2014 года по МПК B01D53/04 

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки аргона от примесей азота в промышленных установках, предназначенных для высокотемпературной обработки химически активных материалов в инертных газах.

В промышленной практике применяются реагенты для очистки инертных газов от примесей азота (кальций, литий, титан и др.).

Существует способ тонкой очистки аргона в промышленной установке «Атмосфера-1», где в качестве химического реагента используют гранулированную титановую губку, имеющую комковатую форму с развитой пористой внешней поверхностью. Титановую губку размещают в реакторе системы химической очистки аргона и нагревают до температур 870-920°C, обеспечивающих химическое взаимодействие реагента с удаляемыми из аргона примесями азота (Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Инертные газы. - Москва, Атомиздат. - 1972. С.234) - прототип.

Гранулированная титановая губка обеспечивает достаточно высокую степень очистки аргона от примесей азота.

К недостаткам прототипа относится:

- неполная отработка реакционной массы реагента из гранулированной титановой губки, т.к. удаляемый азот взаимодействует только с ее внешней поверхностью, а сердцевина губки, имеющая высокую плотность, непроницаема для очищаемого аргона;

- высокая стоимость реагента из гранулированной титановой губки.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени обработки ресурса реагента и снижение затрат на очистку аргона.

Технический результат достигается тем, что в способе тонкой очистки аргона от примесей азота, включающем размещение химического реагента из титанового сплава в реакторе системы очистки и нагрев его до 870-920°С, согласно изобретению в качестве реагента используют брикеты из стружечных отходов механической обработки титановых сплавов с плотностью в пределах 1,35-1,4 г/см³. Брикеты выполняют в форме пластин высотой от 7 до 18 мм. Толщина стружки составляет не более 1,1-1,2 мм. Размещение брикетов в реакторе системы очистки осуществляют послойно, с расположением сторон брикета с большей площадью поверхности навстречу потоку очищаемого газа.

Плотность брикета в пределах 1,35-1,4 г/см³ является наиболее оптимальной, обеспечивающей необходимую пористость реакционной массы в брикете. Выбранная высота брикетов от 7 до 18 мм определяет формирование реакционной насадки с заданным гидравлическим сопротивлением. Толщину стружки 1,1-1,2 мм выбирают с целью полной отработки реакционной массы азотом в заданный период ее использования.

За счет компактирования стружки в брикеты химически активная поверхность реакционной массы реагента значительно возрастает. Соответственно, достигается высокая проницаемость реагента очищаемым аргоном, что обеспечивает практически полную отработку реакционной массы.

Использование в качестве химического реагента брикетов, изготовленных из недорогих стружечных отходов взамен дорогой титановой губки, значительно удешевляет процесс очистки инертных газов.

Во ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» методом холодного прессования были изготовлены брикеты в виде пластин из стружечных отходов механического производства титанового сплава ВТ6 с последующим спеканием материала брикета в вакууме. Толщина стружки 1,1-1,2 мм. Плотность брикетов 1,35-1,4 г/см³.

Размеры брикетов: 41×61,5×7 мм, 41×62,5×10 мм и 41×62,5×18 мм.

Был получен брикетированный реагент из стружки титанового сплава, имеющий высокую активную площадь химического взаимодействия с очищаемым аргоном, превышающую удельную площадь титановой губки в 18-25 раз.

Кроме того, были изготовлены брикеты в виде пластин из стружки титанового сплава ВТ1-0 толщиной 1,1-1,2 мм. Размеры брикета 10×20×62,5 мм, плотность брикетов 1,4 г/см³. Исследование показало, что при рабочей температуре реагента 880°C концентрация азота в аргоне стабильно поддерживалась на уровне 0,008% об.

Послойное размещение в реакторе системы очистки промышленной установки «Атмосфера-1» реагента из брикетированных стружечных отходов механической обработки титановых сплавов обеспечило эффективное поддержание стабильной чистоты аргона по содержанию азота при температурах нагрева 870-920°C.

Газодинамическое сопротивление указанных брикетов высотой от 7 до 18 мм имеет величину от 15 до 30 мм масляного столба при скорости продувки аргона через брикет 0,15 м/сек.

Сравнительный расчет показывает, что затраты на изготовление брикетированного из стружечных отходов реагента в условиях предприятий, выполняющих металлообработку титановых сплавов, в 3-6 раз ниже затрат на приобретение дорогостоящей титановой губки. Для изготовления предлагаемого реагента можно использовать стружечные отходы широкой гаммы титановых сплавов.

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки инертных газов от газообразных примесей с помощью химических реагентов в промышленных установках, предназначенных для высокотемпературной обработки химически активных материалов. Предлагается способ тонкой очистки аргона от примесей азота, включающий размещение химического реагента из титанового сплава в реакторе системы очистки и нагрев его до 870-920°С, в котором в качестве реагента используют брикеты из стружечных отходов механической обработки титановых сплавов. Плотность брикета составляет не более 1,35-1,4 г/см³. Брикеты выполнены в форме пластин или дисков высотой от 7 до 18 мм, толщина стружки составляет не более 1,1-1,2 мм. Размещение брикетов в реакторе системы очистки осуществляют послойно, с расположением сторон брикета с большей площадью поверхности навстречу потоку очищаемого газа. Изобретение позволяет повысить ресурс реагента и снизить стоимость процесса очистки аргона. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ тонкой очистки аргона от примесей азота, включающий размещение химического реагента из титанового сплава в реакторе системы очистки и нагрев его до 870-920°C, отличающийся тем, что в качестве реагента используют брикеты плотностью 1,35-1,40 г/см³ из стружечных отходов механической обработки титановых сплавов.

2. Способ тонкой очистки аргона по п.1, отличающийся тем, что толщина стружки составляет 1,1-1,2 мм.

3. Способ тонкой очистки аргона по п.1, отличающийся тем, что брикеты изготавливают в форме пластин высотой от 7 до 18 мм.

4. Способ тонкой очистки аргона по п.1, отличающийся тем, что брикеты в реакторе системы очистки размещают послойно с расположением сторон брикета с большей площадью поверхности навстречу потоку очищаемого газа.