Способ адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B01D53/06 B01D15/08 

Изобретение 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.З - то же, план.

Устройство содержит корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, имеющих с наружной стороны теплоизоляционную обшивку (не показано),

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 , Адсорбер h смонтирован на подшипнике 5 качения. Внутри адсорбера k имеются электрические нагреватели 6 солиноидного типа. На поверхности адсорбера Ц расположены уплотняющие пластины 7 по периметру осевого сечения. На поверхности верхней части корпуса 1 припаяны каналы 8 для подвода и отвода газов с патрубками 9 - 12. Привод вращения адсорбера k состоит из электрического двигателя 13} зубчатой передачи с внутренним зацеплением. На поверхности верхней части корпуса 1 в местах установки каналов 8 подвода и отвода газов имеются отверстия 15. Электрические контакты 16 закреплены неподвижно на нижней части корпуса 2. Патрубки 17 и 18, предназначенные для подвода криптоно-ксеноно- вого концентрата и замещающего 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 0,1% и примесей метана до 0,05%, поступает в виде насыщенного пара под давлением 0,11 ИПа и температуре 90,5 К по патрубку 17 в соответствующий канал 8 подвода газа, через отверстия 15 в газопроницаемый кольцевой адсорбер k на поверхность адсорбента 3 Вращение слоя адсорбенте ведут с линейной скоростью 2,7& 10 4 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-ксе.чонового 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-ксенонового концентрата, поступивший в адсор

5

0

5

0

5

0

5

0

5

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

3).

i

В процессе охлаждения адсорбента 3 происходит адсорбция компонентов газов, из которых состоит криптоно- ксеноновый концентрат. Причем адсорбция происходит в условиях динимичес- кого насыщения адсорбента криптоно- ксеноновыми концентратом, так как неадсорбировавшийся кислород непрерывно отводится из адсорбера по патрубку 9. Адсорбировавшаяся криптоно- ксеноновая смесь с примесями кислорода и метана уносится движущимся адсорбентом 3 в зону замещения адсорбировавшегося кислорода азотом, которая расположена на адсорбере между патрубками 10 и 18. Азот замещает адсорбировавшийся кислород при его адсорбции на силикагеле, например, марки КСМ-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 k между патрубками 10 и 12 находится зона десорбции. Термическая десорбция производится путем прогрева адсорбента 3 электрическими нагревателями 6 которые включаются посредством электрических контактов 16 при приближении насыщенного криптоно-ксеноновой смесью участка адсорбера в зону десорбции. Количество электрических нагревателей б в устройстве должно бить 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 замещенного им азота, как наиболее слабо адсорбирующихся компонентов, которые отводятся из адсорбера по патрубку 11.

На втором этапе термической десорбции при прогреве адсорбента до 200°С происходит десорбция криптоно ксеноновой смеси с примесями неадсорбировавшихся азота, кислорода и метана, которая отводится из адсорбера с помощью патрубка 12. После десорбции приводимый в движение электрическим двигателем 13 адсорбер k с помощью зубчатой передачи И движется на подшипниках 5 качения к зоне адсорбции, где охлаждается за счет текущих навстречу холодных паров криптоно-ксенонового концентрата и вновь адсорбирует криптоно-ксено- новую смесь. Причем, так как охлаждение адсорбента 3 производится за счет насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата, необходимость в устройстве специального теплооб- менного аппарата для охлаждения ад- сорбента 3 отсутствует. Так как линейная скорость движения адсорбера, равная 2j76 10 м/с, не меньше скорости движения фронта адсорбции криптона, равного 2,75 Ю м/с, то практически вся криптоно-ксеноновая смесь задерживается адсорбентом. Кроме того, адсорбентом задерживается также и метан, хотя его скорость движения фронта адсорбции ,5 раза больше, чем у криптона. Поэтому для снижения взрывоопасности процесса дальнейшей переработки получаемой криптоне-ксеноновой смеси необходимо замещение адсорбировавшегося кислорода азотом (смесь метана с кислородом является взрывоопасной).Кроме того, в предлагаемом устройстве уплотняющие пластины 7 позволяют ограничить перетечки газов внутри корпуса адсорбера по его внутренней поверхности, что приводит к уменьшению потерь криптоно-ксенонового концентрата на перетечки и увеличению производительности. Охлаждение адсорбента с помощью насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата позволяет существенно снизить энергоемкость процесса извлечения крипто- но-ксеноновой смеси, так как крипто- но-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 мм, в

200 мм (см. фиг.2) и эквивалентным диаметром (а,в)/ 195 мм и соотношениями среднего диаметра цель5 ного тороида D и эквивалентного диаметра сечения, d находящимися в пределах 5, - 6,9 при одновременной подаче 0,01 м3/с криптоно-ксенонового концентрата и 0,01 м3/с замещающего

адсорбировавшийся кислород азота, можно извлекать 7,9i Ю м3/с крип- тоно-ксеноновой смеси составом, %: криптоно-ксеноновая смзсь 79,2, азот 19,8, кислород 1,0, а также

5 незначительное количество метана до 0,05.

Использование изобретения позволяет снизить энергоемкость процесса извлечения криптоно-ксеноновой смеси,

0 так как криптоно-ксеноновый концентрат подают в кольцевой адсорбер при температуре насыщенных паров, что устраняет необходимость установки теплообменного аппарата, так как

5 адсорбент охлаждается подаваемыми в адсорбер насыщенными парами концентрата.

При переработке 15,15 м3 криптоно- ксеноновой смеси предлагаемым спосо0 бом производительность процесса извлечения 25 м3/ч, что в 5,77 раза выше, чем при переботке известным способом, при этом эиергоемкость процесса снижается по сравнению с из5 вестным на А,3б кВт.

Формула изобретения

1.Способ адсорбционного извлече- Q ния криптоно-ксеноновой смеси из

криптоно-ксенонового концентрата, включающий подачу концентрата на слой адсорбента из гранул силикаге- ля, последующее замещение адсорбиро5 вавшегося кислорода пропусканием азота и термическую десорбцию, о т- личающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса,

0 адсорбент используют в виде вращающегося кольцевого слоя, подачу концентрата, пропускание азота и термическую десорбцию ведут непрерывно, концентрат на адсорбцию и азот на

5 замещение кислорода подают в виде насыщенных паров при одинаковом давлении.

2.Способ поп.1,отличаю- щ и и с я 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, отличающийся тем, что вращение слоя адсорбента ведут с линейной скоростью 2,76-1 м/с.

k. Устройство адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси

включающее вращающийся кольцевой корпус с патрубками и каналами для газов с расположенным в нем кольцевым слоем сорбента, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса оно снабжено по периметру осевого сечения кольцевого слоя сорбента уплотняющими пластинами. ,

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^.10^-4 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.

1

И

фиг. 1

/7

i-1

г

IB

Физ.Ъ