Способ очистки криоагента и устройство для его осуществления

(51 У ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИП И ГКНТ СССР РОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Технические предложения лабораторииЛ. Беркли Калифорнийского университета,СА 94720 и отделения фирмы Аг Ргодцс 1 эапд Сйегпса 1, Реппэучапа 18 03 (Ргороэа 1 1 ог Нецв Кепдега 1 оп Яуэ(етэ,Ргореэа4-2060-4-3, 6 Мау,1974).(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ КРЙОАГЕНТА ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к криогеннойтехнике, а точнее касается блоков очисткикриоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок. Изобретение позволяет исключить использование очищенногокриоагента на подготовку адсорберов к раИзобретение относится к криогенной технике, а точнее касается блоков очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижител ьно-рефрижераторных установок.Цель изобретения - исключение использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличение срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле.На чертеже изображена схема устройства для очистки криоагента по предлагаемому способу для низкотемпературной очистки гелия (водорода) от примесей М 2 и О.Устройство включает два переключающихся адсорбера 1 и 2, заполненных активированным углем, ступень охлаждения криоботе и увеличить срок службы адсорбента за счет повышения стабильности гидро- динамических параметров в адсорбционном цикле. Это достигается тем, что в способе очистки криоагента продувку адсорберов при регенерации ведут всем потоком загрязненного криоагента, регенерацию адсорберов проводят при том же давлении, что и адсорбцию примесей, а регенерирующий поток, после его охлаждения и отвода конденсата примеси, направляют на очистку в предварительно охлажденный второй адсорбер. В устройстве для очистки криоагента установлен регенератор, конденсационная ступень включена в устройство, составляющее единый каскад со ступенью охлаждения криоагента, при этом трубопровод загрязненного потока снабжен двумя дополнительными запорными органами, установленными на входе трубопровода загрязненного потока в ступень охлаждения криоагента и на выходе из этой ступени. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. агента до температуры адсорбции Т., состоящую из теплообменника 3 и ванны Ю жидкого азота со змеевиками прямого и обратного потоков, ступень конденсационного удаления примесей из криоагента, использованного для регенерации отработавшего адсорбера, состоящую из теплообменника 5, ванны 6 вакуумированного жидкого азота со змеевиком и отделителя 7 конденсата примеси. Трубопровод 8 прямого потока ступени охлаждения после ванны 4 раздваивается, направляясь через запорный орган 9 на соединение с трубопроводом 1 О подачи регенерирующего потока, а через запорный орган 1 в конденсационную ступень. На трубопроводе 1 О, ответвляющемся от трубопровода 8 до входного запорного органа 12, установлен электронагреватель 13, Трубо 160790211 ровод 14 подачи в адсорберы загрязненного (очишаемого), регенерируюшего или охлаждающего потоков с запорными органа.ми 15 и 16 и трубопровод 17 подачи на оцист.ку в адсорберы регенерируюшего потока уже прошедшего конденсационную ступень с за.порными органами 18 и 19 соединены с верхней частью адсорберов 1 и 2, Трубопровод 20 вывода очищенного криоа гент а с запорными органами 21 и 22", образующий обратный поток в ступени охлаждения, и трубопровод 23 вывода регенерирующего и оХлаждающего потоков с запорными органами 24 и 25 соединены с нижней частью адсорберов 1 и 2. На трубопроводе 23 установлен регенератор 26, оба конца которого через запорные органы 27 н 28.соединены с участком трубопровода 23, связывающим этот аппарат с адсорберами, а через запорные органы 29 и 30 с участком трубопровода 23, соединяющим регенератор 26 через первый дополнительный запорный орган 31 с трубопроводами 8 после запорного органа 12, а через второй дополнительный запорный орган 32 с трубопроводом 17 после запорного органа 11.Способ осуществляют следующим образом.В блоке очистки гелия, включающем теплообменный узел (в. котором сжатый до рабочего давления Р = 2,5 МПа загрязненный криоагент охлаждается до температуры адсорбции Тадж = 80 К), два переключающихся адсорбера 1 и 2 и узел конденсационного удаления примесей из отходяшего регенерируюшего газа, регенерацию отработавшего адсорбера 1 или 2 осуществляют согласно предлагаемому способу, а именно путем продувки слоя адсорбента всем потоком загрязненного гелия, нагретого до температуры десорбции (Тес50 С) и подаваемого в адсорбер 1 при рабочем давлении, т, е. при котором осуществляется адсорбционная очистка. Подачу регенерируюшего газа в адсорбер 1 производят путем простого переключения направления потоков (гелий, направляемый ранее в адсорбер на очистку через теплообменный узел, направляют в тот же адсорбер, минуя теплообменный узел, с подогревом в установленном на обводной линии нагревателе). Основная часть десорбируемых примесей удаляется из прошедшего через нагреваемый адсорбер газа в виде конденсата, образующегося за счет охлаждения отходящего регенерируюшего потока до 65 - 68 К в теплообменнике конденсационного узла и отделяемого затем в фазоразделителе, Подогретый примерно до температуры окружаюшей среды (при обратном прохождении через теплообменник 5 конденсацианного узла) регенерируюший газ подают на охлаждение. в теплообменный узел блока очистки и затем на очистку в адсорбер предварительно охлажденный, Оцишенный,газ пропускают обратным потоком. 5 10 15 20 25 30 Зб 40 45 50 55 через теплообменник 5 узла охлаждения инаправляют потребителю, Охлаждение нагретого адсорбера 1 осушествляют также всемпотоком загрязненного гелия, подаваемого вадсорбер 1 при рабочем давлении, Подачуохлаждающего газа в адсорбер 1 осуществляют путем обратного переключения направления потоков (гелий, направляемый ранеев адсорбер 1 или 2 по обводной линии, направляют в тот же адсорбер 1 или 2 черезтеплообменный узел). В начале охлаждения,пока адсорбер 1 не отдуется от находящегося в его полости загрязненного гелия,отходяший из охлаждаемого аппарата поток направляют на доочистку в адсорбер2 (через конденсационный узел). Последующее охлаждение ведут с выдачей криоагента потребителю, После завершения охлаж-дения отрегенерированного адсорбера 1осушествляют переключение аппаратов, т. е.включают в нормальную работу адсорбер 2,используемый ранее для очистки регенерируошего и охлаждающего потоков. Такимобразом, обеспечивается непрерывная выдача оцишенного криоагента потребителю.Устройство для очистки криоагента работает следующим образом.Загрязненный криоагент, подаваемый потрубопроводу 8, охлаждают сначала в теплообменнике 3 до -90 К за счет теплообмена с,обратным потоком очишенного криоагента и парами азота, отходящими из ванны 4 жидкого азота, затем в ванне 4 доТзд - 80 К, после чего через запорный орган 11 направляют через теплообменник 5в ванну 6 вакуумированного азота на охлаждение до 66 - 68 К и затем подают в отделитель 7 конденсата примеси, в котором осушествляют отвод конденсата, образующегосяв случае сильного загрязнения криоагента.После этого криоагент направляют обратным потоком в теплообменннк 5 и далее череззапорный орган 18 (или 19) на очистку впредварительно охлажденный адсорбер 1(или 2),Выходящий через запорный орган 21(или 22) из адсорбера 1 (или 2) очищенныйкриоагент по трубопроводу 20, по змеевикуазотной ванны 4 обратным потоком по теплообменнику 3 выдают потребителю. В пусковой период первоначальное охлаждениеадсорберов 1 и 2 осушествляют одновременно путем подачи охлажденного загрязненного криоагента вышеописанным обра.зом сразу в два адсорбера.После этого, как адсорбер 1 (или 2) отработает до проскока примеси его ставятна регенерацию, для чего открывают запорные органы 19 (или 18), 22 (или 21), направляя поток криоагента в адсорбер 2(или 1), закрывают запорные органы 21(или 22) и 18 (19), открывают запорные органы 15, 24 или 25), 27, 30, 31, после чего за-.крывают запорный орган 12, Таким образом,весь поток загрязненного криоагента по трубопроводу 1 О через электронагреватель 13, в котором осуществляется нагрев регенери.рующего потока до температуры десорбции Тд.50 С (323 К), и затем по трубопроводу 14 через запорный орган 15 (или 16) подают на продувку адсорбера 1 (или 2), Выходящий через запорный орган 24 (или 25) из адсорбера 1 (или 2) охлажденный до температуры адсорбции регенерирующий поток направляют через запорный орган 27 в регенератор 26, где он нагревается до температуры окружающей среды, и за.тем через запорный орган 30 по трубопроводу 23, через запорный орган 31 подают в трубопровод 8. Использованный лля регенераций криоагент, подаваемый в трубопровод 8, охлаждают сначала в теплообменнике 3 и в азотной ванне 4 до 80 К, а затем в теплообменнике 5 и в ванне 6 вакуумированного азота до 66 - 68 К (т. е, до уровня только на 3 - 5 градусов превышающего температуру замерзания азота), после чего подают в отделитель 7 конденсата примеси, в котором осугцествляют отвод коцденсага об.разовавшегося при охлаждении криоагецта. Освобожденный от конденсата примеси криоагент направляют сначала обратным потоком в теплообменник 5, в котором за счет теплообмена с прямым потоком он подогре.вается на -10 градусов (при этом уносимый из отлелителя 7 аэрозоль испаряется), а затем через запорный орган 20 (или 19) на очистку в предварительно охлажденный ад.сорбер 2 (или 1). Очищенный поток криоагента через запорный орган 22 (или 21) по трубопроводу 20 полают лля снятия теплоты адсорбции в змеевик азотной ванны 4, пропускают обратным потоком через теп чообменник 3 и вылают потребителю. Когда температурный фронт лостигнет выхолного конца адсорбера(или 2) и температура , потока на выходе цз здсорбера начнет интенсивно повышаться, отходящий регеце.рирующий газ направляют по трубопроводу 23, минуя регенератор 26, через запорные органы 28 и 30 ца его теплом конце, запорный орган 2 закрывают. Гролувку адсорбера 1 (илн 2) продолжают до тех пор, пока содержание примесей во входящем и выходящем из аппарата регенерирующем потоке не станет практически олицаковым. Пос. ле этого регенерацию здсорбера 1 (или 2) прекращают и начинают его охлажлецие, для чего выключают электронагревзтсль 14, открывают запорцый орган 12, закрывают запорные органы 30 и 3 и после этого открывают запорцые органы 9, 29 и 32 и закрывают запорцый орган 11. Таким образом, весь поток загрязненного криоагентз, прошедшего по трубопроводу 8 ступень охлаждения до температуры адсорбции, через запорные органы 9, 15 по трубопроводу 15 подают на охлаждение алсорбера 1 (или 2). Выходящий через запорный орган 24 (или 25) из адсорбера 1 (или 2) нагретый. до темпе 20 чГ .,) Формула изобретения 40 45 50 ного криозгсцтз, регенерацию алсорбсров55проводят прц том же дзвлециц, что и злсорбцию примесей, а регсцерирующий поток после его охлзждсцця и отвода коцлсцсатз при меси направляют ца очистку в предвзрц. 5 1 О 15 30 35 ратуры адсорбции охлаждающий поток на-. правляют через запорный орган 28 в регене. ратор 26, где оц охлаждается до температуры алсорбции (и затем через запорный орган 29 по трубопроводу 23 через запорный орган 32 и далее, ца начальном этапе охлаждения адсорбера 1 (или 2), через конденсациоцную ступень по трубопроволу 17, через запорцый орган 19 (или 18) подают йз очистку в адсорбер 2 (или 1). Выходящий при этом из адсорбера 2 (или 1) очищенный криоагент через ззпорный орган 22 (илц 21) по трубопроводу 20 вылают потребителю. Когда температурный фронт достигнет выходного конца здсорбера ц температура отходящего охлажлающего потока начнет интенсивно понижаться, охлаждение злсорбе. ра 1 (или 2) прекращают и включают в работу в нормальном режиме очистки адсорбер 2 (или 1), для чего открывают запорный орган 19 (или 8), закрывают запорный орган 32, открывают орган 11, после этого закрывают 9, 15 (илц 16), 24 (или 25), 28, 29 и 32. После того, кзк алсорбер 2 (цли 1) отработает до проскокз примеси, его ставят нз регенерацию ц повторяют весьописанный выше адсорбцнонцо-лесорбциоццый цикл.Преллагаемый способ очистки крцоаген. та позволяет повысить надежность блоков очистки гелцевых и волоролцых ожцжительцо.рефрижераторных установок, обеспечивает очцстку.крцоагсцтз использованного для регенерации злсорберов без привлечения сторонних средств, исключает использование очищенного крцозгсцтз ц возможность его загрязнения прц подготовке злсорберов к работе. 1, Способ очистки крцоагецтз в двух переключаюгцихся злсорбсрзх, включаюций адсорбцию примессй из потока загрязненного криоагецтз, нагрев отработавшего злсорбера при его регенерации путем продувки тем же криоагецтом, цзгрстым ло температуры десорбцци, отцол основной части десорбцруе. мых примесей цз охлзжлеццого регецерирующего потока в зиле коцлецсзта и охлаждение нагретого злсорберз путем его цролувки загрязненным криозгентом, охлзжлсццым до температуры злсорбпиц, отличаюиийея тем, что, с целью исключения использования очищенного крцозгсцтз цз полготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы злсорбецтз за счет повышения стабильности гилролицзмических параметров в здсорбционцом цикле,продувку злсорберов при регенерации ведут всем потоком загрязнен1607902 Составитель А. БабочкинРедактор В. Бугренкова Техред А. Кравчук Корректор М. СамборскаяЗаказ 3580 Тираж 570 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР13035, Москва, Ж - 35, Рау шская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, О тельно охлажденный также всем потоком за-. грязненного криоагента второй адсорбер.2. Устройство для очистки криоагента, включающее два переключающихся адсорбера, связанные трубопроводом вывода очищенного криоагента со ступенью конденсационного удаления примесей из криоагента и ступенью охлаждения криоагента до температуры адсорбции, а также связанной с трубопроводом регенерирующего потока криоагента нагреватель регенерирующего газа, трубопровод охлаждаемого потока, проходящий через ступени охлаждения криоагента до температуры адсорбции и конденсационного удаления примесей из криоагента, и трубопровод загрязненного потока, соединяю щий нагреватель регенерирующего газа и адсорберы, отличающееся тем, что, с целью исключения использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродина 8мических параметров в адсорбционном цикле, устройство снабжено регенератором, оба конца которого снабжены запорными органами, соединенными с примыкающим к адсорберам и с отходящим от них учасками трубопровода регенерирующего и охлаждающего потоков, конденсационная ступень составляет единый каскад со ступенью охлаждения криоагента, при этом трубопровод загрязненного потока снабжен двумя дополнительными запорными органами, установленными на входе его в ступень охлаждения криоагента и на выходе его из этой ступени, трубопроводы подачи регенерирующего и охлаждающего потоков в адсорберы ответвлены от трубопровода загрязненного потока соответственно до первого и до второго запорных органов, а трубопроводы возврата регенерирующего и охлаждающего потоков на очистку соединены с трубопроводом загрязненного потока соответственно после первого и после второго запорных органов.