Адсорбционное устройство для разделения газа Советский патент 1992 года по МПК B01D53/04 

сл

С

Изобретение относится к устройствам для разделения газа с помощью адсорбента, преимущественно активированного угля, и может найти применение в химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности процесса разделения за счет обеспечения равномерности прогрева сорбента. В рабочем объеме устройства как охлаждающее, так и нагревательное средства сориентированы на трубы с адсорбером, а средство для циркуляции теплопередающего агента расположено в верхней части устройства, что дает возможность соблюдения одинаковой температуры во всех сечениях сорбента. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для разделения газа с помощью адсорбента, преимущественно активированного угля, и может найти применение в химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса разделения за счет обеспечения равномерности прогрева сорбента.

На чертеже изображено адсорбционное устройство, общий вид.

Адсорбционное устройство включает в себя корпус 1 с теплоизоляцией 2, которая может выполняться в виде изоляции из твердого вещества или же в виде вакуумной изоляции и крышки 3, закрепленной с помощью фланцевого соединения 4. От крышки 3 проходят во внутренний объем корпуса 1 анкеры 5, на которых удерживается узел адсорбера 6, содержащий секцию труб 7 с сорбентом, теплопередающий охлаждающий элемент 8 в виде змеевика и электронагреватель 9.

Секция труб 7 состоит из большого числа проходящих вертикально труб, располо- женных параллельно одна другой на поверхности круглого кольца. Вверху и внизу трубы 7 зажаты в днищах труб 10 и 11, на которых закреплены изогнутые листовые кольца 12 и 13 для образования сборных камер 14 и 15. Трубы 7 имеют диаметр, например, 35 мм и содержат активированный уголь с насыпным весом 0,45 кг/л. Они

ч|

4 СО

со со

00

со

сгруппированы с такой плотностью, что интервал между трубами 7 меньше, чем диаметр трубы. Охлаждающий элемент 8 расположен внутри секции труб 7 и может выполняться одновременно цилиндриче- ским. Концы элемента 8 - через подводящие 16 и отводящие 17 трубопроводы соединены с внешним трубопроводом 18 и 19, выводимым из корпуса 1. Трубопровод 19 подсоединен к холодильной машине, с помощью которой жидкий азот может направляться в качестве вторичного охлаждающего средства для производства температуры ниже-130°С внутри корпуса 1.

Электронагреватель 9, расположенный в центре корпуса 1 внутри секции труб 7 и охлаждающего элемента 8, включает в себя электрические нагревательные стержни 20, проходящие параллельно один другому вертикально вверх от нижней несущей пли- ты 21. Последняя представляет собой единую деталь с нижними днищами для труб 11 и удерживает нагревательные стержни 20, сгруппированные, например, в форме круглого кольца с интервалом, равным толщине нагревательного стержня, внутри охлаждающего устройства 8.

Высота нагревательных стержней 20 меньше высоты труб 7 и охлаждающего элемента 8, поэтому внутри остается свобод- ный объем, в котором расположен вентилятор 22. Последний может располагаться также над секцией труб 7 под крышкой 3 емкости. Вентилятор 22 установлен с помощью звездообразного держателя 23 в рубашке 24. Держатель 23 направляется вверху приводным валом 25 через корпус 1 к приводному двигателю 26, закрепленному вне корпуса 1 на крышке 3. Двигатель 26 охвачен газонепроницаемым кожухом 27, закрепленным на крышке 3 с помощью фланцевого соединения 28. Кожух выполнен для отвода отходящего тепла двигателя в виде охлаждающей рубашки 29 с двойной стенкой с впуском и выпуском хладоносите- ля. Для ввода и вывода очищаемой смеси предусмотрены патрубки 30-32.

Устройство работает следующим образом.

Во внутреннем объеме корпуса 1 содер- жится гелий под давлением, например, 1 бар. Гелий служит в качестве средства передачи тепла, которое с помощью вентилятора 22 циркулирует через внутренний объем корпуса 1 в направлениях, указанных на чертеже стрелками, обеспечивая равномерное распределение тепла. При циркуляции гелий проходит мимо секции труб 7 и либо охлаждается теплопередающим элементом 8, либо нагревается нагревательным устройством 9. Скоросдь циркуляции составляет 1000 или более. Очищаемая смесь через патрубки 30 и 31 вводится в устройство.

С помощью охлаждения связывание инертных газов криптона и ксенона активированным углем в трубах 7 усиливается. Очищенный газ отводится через выпуск 32. После осуществления связывания криптон и ксенон могут удаляться путем нагрева (регенерации) активированного угля с помощью нагревательного устройства 9, тепло которого передается на трубы 7 также с помощью вентилятора циркулирующим гелием. В корпусе 1 как охлаждающее 8, так и нагревательное 9 устройства сориентированы на трубы адсорбера, за счет чего обеспечивается возможность соблюдения практически одинаковой температуры вдоль труб адсорбера при одновременно очень малой разности температур поперек секции труб адсорбера. Теплообмен между трубами адсорбера и охлаждающим или нагревательным устройствами интенсифицируется за счет циркулирующего газа, преимущественно гелия, таким образом, что достигаются гомогенное распределение температуры и существенное снижение потребления энергии. Преимущественно скорость циркуляции газа составляет 1000 или более.

Вентилятор располагается в направлении потока после нагревательных и охлаждающих элементов, так что помимо подачи газа одновременно достигается термическое выравнивание циркулирующего потока газа перед его охлаждением в секцию труб адсорбера и надежно предупреждается образование отдельных струй с различной температурой.

Потеря напора в зоне циркуляции газа должна выбираться таким образом, чтобы через секцию труб адсорбера происходила намного большая потеря напора, например, с коэффициентом 2 или более, по сравнению с потерей напора на остальном пути потока. За счет этого достигается в значительной степени равномерная скорость набегающего потока в секции труб адсорбера, и тем самым в адсорбере предупреждается различная термическая нагрузка материала так же, как и различия сорбции в адсорбере.

Приводной двигатель вентилятора располагается вне емкости, так что он работает при нормальных температурах и тепло потерь нэ должно отводиться через охлаждающее устройство. При этом приводной двигатель может охватываться газонепроницаемым кожухом, одновременно служащим в качестве охлаждающей рубашки.

Пучок труб, охлаждающий элемент в виде змеевика и нагревательное устройство соединены друг с другом и подвешены в корпусе устройства в виде узла и могут вставляться и при необходимости вновь выниматься как одно целое.

Формула изобретения 1. Адсорбционное устройство для разделения газа с помощью адсорбента, пред- почтительно активированного угля, включающее теплоизолированный вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и патрубками ввода и вывода фаз с размещенными в нем адсорбентом,теплопереда- ющим элементом в виде змеевика и электронагревателем, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разделения за счет обеспечения равномерности прогрева сорбента, оно снабжено в центральной верхней части корпуса средством для циркуляции теплопере- дающего агента и пучком вертикальных

30

труб для сорбента, расположенных около теплопередающего элемента по всей его длине.

4.Устройство по пп.1 и 2, отличающее с я тем, что пучок труб, теплопередающий элемент и электронагреватель соединены между собой в единый узел, снабженный анкерами, закрепленными на крышке корпуса.