Способ регенерации переключающихся адсорберов и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B01D53/04 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно касается блоков очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок, и может быть применено в химической промышленности

Цель изобретения-исключение использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличение срока службы адсорбера путем повышения

стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство для регенерации адсорберов применительно для очистки криоагента от примесей азота и кислорода.

Устройство содержит два переключающихся адсорбера 1 и 2. Трубопровод 3 подачи загрязненного потока с регулирующим вентилем 4 и запорными органами 5 и 6. трубопровод 7 вывода регенерирующего поXI

тока с запорными органами 8, 9 и трубопровод 10 подачи охлаждающего потока с запорным органом 11 соединены с верхней частью адсорберов 1 и 2. Трубопровод 12 вывода очищенного потока с запорными ор- ганами 13 и 14 и трубопровод 15 подачи регенерирующего потока с запорными органами 16-18 и нагревателем 19 соединены с нижней частью адсорберов 1 и 2. Трубопровод 3 и ответвляющиеся от него до вентиля А трубопроводы 10 и 15 образуют прямые потоки соответственно в теплообменниках 20-22. Трубопровод 12 образует обратный поток в теплообменнике 20. Участок трубопровода 7 с запорным органом 23 образует обратный поток в теплообменнике 22 и прямой поток в теплообменнике 21, а участок с запорным органом 24 - линию байпасиро- вания теплообменников 21 и 22. Трубопровод 3 после теплообменника 20, трубопроводы 10 и 7 после теплообменника 21 и трубопровод 12 перед теплообменником 20 имеют змеевики, помещенные в ванну 25 жидкого азота. Теплообменники 20 и 21, а также ванна 25 жидкости азота составляют ступень охлаждения криоагента до температуры адсорбции. Трубопровод 7 после азотной ванны 25 образует прямой поток в теплообменнике 26, затем змеевик в ванне 27 вакуумированного азота и соединяется с входом в отделитель 28 конденсата примеси. Теплообменник 26, ванна 27 вакуумированного азота и отделитель 28 конденсата примеси составляют ступень конденсационного удаления примесей из криоагента. После отделителя 28 трубопровод 7 соединяется с входом в дополнитель- ный адсорбер 29, после которого соединяется с трубопроводом 3 перед азотной ванной 25. Участок трубопровода 15 между запорным органами 16-18 соединен через запорный орган 30 с трубопроводом 3 перед теплообменником 20.

Способ осуществляют следующим образом.

В блоке очистки гелия, включающем в себя теплообменный узел (в котором сжатый до рабочего давления ,5 МПа загрязненный криоагент охлаждается до температуры адсорбции К), два переключающихся адсорбера и узел конденсационного удаления примесей из отходящего регенерирующего газа, регенерацию отработавшего адсорбера осуществляют согласно предлагаемому способу, а именно путем продувки слоя адсорбента загрязненным гелием, нагретым до температуры десорбции (50-80°С), отбираемым в необходимом количестве из основного технологического потока при рабочем давлении, т.е. при котором осуществляется адсорбционная очистка.

Регенерирующий газ отбирается из технологического потока перед поступлением

последнего на охлаждение в теплообменный узел и подается в адсорбер по линии обвода теплообменного узла с подогревом вустановленном на этой линии нагревателе. Основная часть десорбируемых примесей

0 удаляется из прошедшего через нагреваемый адсорбер газа в виде конденсата, образующегося за счет охлаждения отходящего регенерирующего потока до 65-68 К в теплообменнике конденсационного узла и от5 деляемого затем в фазоразделителе. Подогретый примерно до температуры окружающей среды при обратном прохождении через теплообменник конденсационного узла регенерирующий газ дросселируют в ли0 нию всасывания технологического компрессора (ввиду невозможности возвращения в линию нагнетания), осуществляя таким образом возврат гелия в загрязненный поток, направляемый на очистку. Для возврата

5 используемого при регенерации газа в технологический поток сжатого гелия в этом случае необходимо было бы использование специального дожимающего устройства, обеспечивающего поддержание нужного расхода

0 регенерирующего газа и компенсацию потерь давления на гидравлическое сопротивление линий регенерирующего газа потоку, Охлаждение нагретого адсорбера осуществляют частью неочищенного потока гелия,

5 охлажденного до температуры адсорбции. Отходящий охлаждающий поток смешивают с очищенным потоком на выходе из работающего адсорбера.

Устройство для осуществления способа

0 работает следующим образом.

Загрязненный криоагент, подаваемый по трубопроводу 3 охлаждают сначала в теплообменнике 20 до приблизительно 90 К за счет теплообмена с обратным потоком очи5 щенного криоагента, затем в ванне 25 жидкого азота до температуры адсорбции около 80 К, после чего через запорный орган 5 (или 6) направляют на очистку в адсорбер 1 (или 2). Очищенный криоагент через запорный

0 орган 13 (или 14) по трубопроводу 12 направляют сначала в ванну 25 для снятия теплоты адсорбции и теплопритоков, а затем через теплообменник 20 - потребителю. В это время другой адсорбер регенерируют.

5 Для этого по трубопроводу 15 в него через запорный орган 18 (или 17) подают при рабочем давлении отбираемый из потока, направляемого на очистку (в количестве, составляющем 10%), криоагент, нагретый до температуры десорбции. Нагрев регенерирующего потока осуществляют с помощью нагревателя 19 после рекуперативного теплообмена в теплообменнике 22 с потоком, выходящим из регенерируемого адсорбера через запорный орган 9 (или 8). После теплообменника 22 охлажденный примерно до температуры окружающей среды регенерирующий поток через запорный орган 23 направляют с целью конденсации десорбированной примеси на дальнейшее охлаждение последовательно в теплообменник 21, в азотную ванну 25, в теплообменник 26 и в ванну 27 вакуумиро- ванного азота. Охлажденный до температуры, только на 3-5 градусов превышающей температуру замерзания азота, за счет теплообмена с отходящими из ванны 25 парами азота в теплообменнике 21, с кипящим при атмосферном давлении жидким азотом в ванне 25, с потоком, выходящим из отделителя конденсата и парами азота.откачивае- мыми из ванны 27 в теплообменнике 26, и, наконец, с жидким азотом, кипящим под вакуумом в ванне 27, регенерирующий поток подают в отделитель 28 конденсата. Ос- вобожденныйотконденсата

регенерирующий поток после теплообменника 26 подают на доочистку в дополнительный адсорбер 29, после чего возвращают з поток криоагента, направляемый на очистку (перед его поступлением в азотную ванну 25). Таким образом, требования к адсорберу 29 по обеспечиваемой глубине очистки ми. нимальны (на уровне исходной частоты кри- оагента), что облегчает задачу его регенерации. В начальный период регенерации адсорбера 2 (или 1), до того как температурный фронт достигает его верхнего конца и температура выходящего из этого аппарата потока начинает интенсивно повышаться, отходящий регенерирующий газ направляют через байпасный запорный орган 24, минуя теплообменники 22 и 21.

После десорбции примеси нагретый адсорбер 2 (или 1) охлаждают. Для этого по трубопроводу 10 через запорные органы 11 и 9 (или 8) подают при давлении регенерации отбираемый из трубопровода 3 (в том же количестве, что и при проведении регенерации} загрязненный криоагент, охлажденный до температуры адсорбции. Охлаждение охлаждающего потока осуществляют в теплообменнике 21 путем тепло обмена с отходящими из ванны 25 парами азота и затем в ванне жидкого азота 25. На начальной стадии охлаждения, пока выходящий из адсорбера охлаждающий газ остается загрязненным и теплым, осуществляют возврат охлаждающего потока через запорный орган 18 (или 17) по трубопроводу 15

подачи регенерирующего газа (при закрытом запорном органе 16) и далее через запорный орган 30 в поток криоагента, направляемого на очистку (перед теплооб- 5 менником20). Когда выходящий из охлаждаемого адсорбера газ становится чистым, его направляют через запорный орган 14 (или 13) на смешивание с очищенным потоком. Необходимый расход криоагента при

10 продувке адсорбера 2 (или 1) регенерирующим или охлаждающим потоками поддерживают с помощью регулирующего вентиля 4 путем изменения степени его открытия. Когда адсорбер 1 (или 2) отработает до про5 скока примеси, его ставят на регенерацию и повторяют весь указанный адсорбционно- десорбционный цикл.

Предлагаемый способ регенерации адсорберов позволяет повысить надежность

0 блоков очистки гелиевых и водородных ожижитель но-рефрижераторных установок, обеспечивает очистку криоагента, использованного для регенерации адсорберов без привлечения сторонних средств, исключает

5 использование очищенного криоагента и возможность его загрязнения при подготовке адсорберов к работе.

Формула изобретения

1. Способ регенерации переключаю0 щихся адсорберов, включающий очистку загрязненного потока криоагента в одном из них, регенерацию другого адсорбера путем его продувки тем же криоагентом, нагретым до температуры десорбции, отвод основной

5 части десорбируемых примесей из охлажденного регенерирующего потока в виде конденсата и охлаждение нагретого адсорбера частью неочищенного потока криоагента, охлажденного до температуры

0 адсорбции, отличающийся тем, что, с целью исключения использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гид5 родинамических параметров в . адсорбционном цикле, продувку адсорберов при регенерации ведут путем отбора части неочищенного, нагретого потока криоагента, регенерацию адсорберов проводят

0 при том же давлении, что и адсорбцию примесей, а регенерирующий поток, после его охлаждения и отвода конденсата примеси, возвращают в загрязненный поток, направляемый на очистку.

52. Устройство для регенерации переключающихся адсорберов, включающее два переключающихся адсорбера, связанных трубопроводом регенерирующего потока со ступенью охлаждения криоагента до темпе- ратуры адсорбции и ступенью конденсациэнного удаления примесей из криоагента, трубопровод загрязненного потока, соединяющий ступень конденсационного удаления примесей из криоагента с переключающимися адсорберами, а также трубопроводы загрязненного и очищенного потоков, соединяющих переключающиеся адсорберы со ступенью охлаждения криоагента, до температуры адсорбции, отличающееся тем, что, с целью исключения использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле, трубопровод загрязненного потока снабжен установленным на его входе регулирующим

0

вентилем, при этом трубопровод охлаждающего потока, проходящий через ступень охлаждения, и трубопровод регенерирующего потока в адсорбере ответвлены от трубопровода загрязненного потока до регулирующего вентиля, а трубопровод регенерирующего потока и трубопровод охлаждающего потоков соединены с трубопроводом загрязненного потока после регулирующего вентиля соответственно на выходе из ступени охлаждения криоагента и на входе в нее

3. Устройство по п. 2, отличающее- 15 с я тем, что оно снабжено дополнительным адсорбером, установленным после ступени конденсационного удаления примесей.

Изобретение относится к криогенной технике, а точнее к блокам очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок, и может быть применено в химической промышленности. Изобретение позволяет исключить использование очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличить срок службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле. Это достигается тем, что в способе регенерации переключающихся адсорберов продувку адсорберов при регенерации ведут путем отбора части неочищенного нагретого потока криоагента, регенерацию адсорберов проводят при том же давлении, что и адсорбцию примесей, а регенерирующий поток после его охлаждения и отвода конденсата примеси возвращают в загрязненный поток, направляемый на очистку. В устройстве для регенерации переключающихся адсорберов входе трубопровода загрязненного потока в ступень охлаждения криоагента установлен регулирующий вентиль, а трубопроводы охлаждающего и регенерирующего потоков ответвлены от трубопровода загрязненного потока до регулирующего вентиля а трубопроводы регенерирующего и охлаждающего потоков соединены с трубопроводом охлаждающего потока после этого регулирующего вентиля соответственно на выходе из ступени охлаждения криоагента и на входе в нее. После ступени конденсационного удаления примесей установлен дополнительный адсорбер.2 с.и 1з.п. ф-лы,1 ил. ч ё о ю о