Способ адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси и устройство для его осуществления

/О 51) В 01 ГОСУД АРСТ 8 ЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТТНРЫТИЯМ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ устройсна фи - то же ержит к 1 ини ружной вку (не Изобретение отн разделения газов и цией и может быть химической промышл Цель изобретени производительности гоемкости процесса.2 " то На фиг.1 дано ид, аксонометри азрез; на фиг.3Устройство со оящий из верхне ей, имеющих с н золяционную обш сится к техникежидкости адсорбспользовано в в план.рпус, сосней 2 частороны тепл показано),кости- повы ние ни ие нер Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Завод-втуз при Карагандинском металлургическом комбинате(54) СПОСОБ АДСОРБЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ КРИПТОНО-КСЕНОНОВОИ СМЕСИ И УСТ"РОНСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к техникеразделения газов и жидкостей адсорбцией и может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения состоит в повышении произво- .дительности и снижении энергоемкостипроцесса. Способ непрерывного адсорб"ционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси, включающий подачу исходно"го криптоно-ксенонового концентратав адсорбционкый аппарат с последующим замещением адсорбировавшего кислорода азотом и термической десорбцией. В предлагаемом способе используют адсорбент в виде вращающегосякольцевого слоя, а подачу в адсорберисходного криптоно-ксенонового концентрата и замещающего адсорбировавшийся кислород азота осуществляютнепрерывно. Причем оба подаваемыхв адсорбер потока подаются при одинаковых давлениях и .температурах соответствующих температурам насыщенных паров смеси. Кроме того, скоростьдвижения адсорбента должна быть неменьше скорости движения фронта адсорбции криптона, предпочтительно2,76 10м/с. Температура подаваемого на адсорбцию концентрата предпочтительно равна 90,5 К, температуразамещающего азота 77,5 К, давлениеравно 0,11 МПа. Устройство для осу"ществления адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси включает корпус и расположенный внутрикорпуса движущийся кольцевой адсорбер, снабженный по периметру осевого сечения уплотняющими пластинами.2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1558443соединенных между собой болтами и прокладками по фланцу. В корпусе расположен адсорбент 3 (например, марки КСМв виде гранул), который находится внутри цельного кольцевого адсорбера 4, Адсорбер 4 смонтирован на подшипнике 5 качения, Внутри адсорбера 4 имеются электрические нагреватели 6 солиноидного типа. На по верхности адсорбера 4 расположены уплотняющие пластины 7 по периметру осевого сечения. На поверхности верх" ней части корпуса 1 припаяны каналы 8 для подвода и отвода газов с пат рубками 9 - 12. Привод вращения адсорбера 4 состоит из электрического двигателя 13, зубчатой передачи 14 с внутренним зацеплением. На поверхности верхней части корпуса 1 в мес тах установки каналов 8 подвода и отвода газов имеются. отверстия 15. Электрические контакты 16 закреплены неподвижно на нижней части корпуса 2, Патрубки 17 и 18, предназна ценные для подвода криптоно-ксеноно-. вого концентрата и эвмещающего 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 0,13 и примесей метана до 0,053, поступает в виде насыщенного пара под давле 35 нием 0,11 МПа и температуре 90,5 К по патрубку 17 в соответствующий канал 8 подвода газа, через отверстия 15 в гаэопроницаемый кольцевой адсорбер 4 на поверхность адсорбента 3, Вращение слоя адсорбента ведут с линейной скоростью 2,7610м/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-ксенонового 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-,бер по патрубку 17, течет навстречу движущемуся адсорбенту 3, охлаждая его (направление вращения адсорбента показано стрелками на Фиг.3, а направление течения замещающего кислород азота совпадает с направлением движения адсорбента 3)В процессе охлаждения адсорбента 3 происходит адсорбция компонентов газов, из которых состоит криптоноксеноновый концентрат. Причем адсорбция происходит в условиях динимического насыщения адсорбента криптоноксеноновыми концентратом, так как неадсорбировавшийся кислород непрерцвно отводится из адсорбера по патрубку 9, Адсорбировавшаяся криптоноксеноновая смесь с примесями кислорода и метана уносится движущимся адсорбентом 3 в зону замещения адсор- бировавшегося кислорода азотом ка) торая расположена на адсорбере между патрубками 10 и 18, Азот замещает адсорбировавшийся кислород при его адсорбции на силикагеле, например, марки КСИ, не влияя на адсорбцию криптоно-ксеноновой смеси. Поэтому при течении азотв, подаваемого в адсорбер через патрубок 18 и отводиого через патрубок 10 вместе с азотом, из адсорбера удаляется замещенный им кислород. В адсорбере 4 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 6 в устройстве должно быть не менее 10-12 штук. Электрические контакты 16, представленные на Фиг.2 показаны условно, так как в действителцности они находятся в зоне десорбции и имеют электричес" кие 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 эамещенного им азота, как наиболее слабо адсорбирующихся компонентов, которые отводятся из адсорбера по патрубку 11.На втором этапе термической д бции при прогреве адсорбента до 200 С происходит десорбция криптоноксеноновой смеси с примесями неад 5 сорбировавшихся азота, кислорода и метана, которая отводится из адсор-. бера с помощью патрубка 12. После десорбции приводимый в движение электрическим двигателем 13 адсорбер 4 е помощью зубчатой передачи 14 движется на подшипниках 5 качения к зоне адсорбции, где охлаждается за . счет текущих навстречу холодных паров криптоно-ксенонового концентрата 15 и вновь адсорбирует криптоно-ксеноновую смесь. Причем, так как охлаждение адсорбента 3 производится за счет насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата, необходимость 20 в устройстве специального теплообменного аппарата для охлаждения адсорбента 3 отсутствует. Так как линейная скорость движения адсорбера, равная 2 76 10м/с, не меньше ско рости движения фронта адсорбции криптона, равного 2,7510 " м/с, то практически вся криптоно-ксеноновая смесь задерживается адсорбентом. Кроме того, адсорбентом задерживается, 30 также и метан, хотя его скорость дви" жения фронта адсорбции в 1,5 раза больше, чем у криптона. Поэтому для снижения взрывоопасности процесса дальнейшей переработки получаемой криптоно-ксеноновой смеси необходимо замещение адсорбировавшегося кислорода азотом (смесь метана с кис- . лородом является взрывоопасной).Кроме того, в предлагаемом устройстве40 уплотняющие пластины 7 гозволяют ограничить перетечки газов внутри корпуса адсорбера по его внутренней поверхности, цто приводит к уменьше" нию потерь криптоно-ксенонового кон" 45 центрата на перетечки и увеличению производительности. Охлаждение ад" сорбента с помощью насыщенных паров криптоно-ксенонового концентрата позволяет существенно снизить энерго емкость процесса извлечения криптоно-ксеноновой смеси, так как криптоно-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 расцес размерами в сечении,2,а кжетана до ормула из 1. Способ адсорбционного иния криптоно-ксеноновой смесикриптоно"ксенонового концентрвключающий.подачу концентратаслой адсорбента из гранул силля, последующее замещение адсвавшегося кислорода пропускаазота и термическую десорбциюл и ц а ю щ и й с я тем, цтоцелью повышения производии снижения энергоемкостиадсорбент используют в вищегося кольцевого слоя, ицентрата, пропускание азомическую десорбцию ведутконцентрат на адсорбцию изамещение кислорода подаюнасыщенных паров при один эвлечеиэата,наикаге- орбиронием,оттельностипроцесса,де вращаюодачу конта и тернепрерывно,азот нат в видеаковом дав 2Способ по п.1, о т л и ч а юи й с я тем, что.процесс ведут 3о Ф 200 мм (см. фиг.2 и эквивалентным диаметром й - 4 (эв)/7 =195 мм и соотношениями среднего диаметра цельного тороида 0 и эквивалентного диа 1 метра сечения, Й находящимися в пределах 5,4 - 6,9 при одновременной подаче 0,01 мз/с криптоно-ксенонового концентрата и 0,01 мз/с замещающего адсорбировавшийся кислород азота, можно извлекать - 7,9 10 мз/с крип-б тоно-ксеноновой смеси составом, Ф." криптоно-ксеноновая смесь 79 азот 19,8, кислород 1,0, а т незначительное количество ме 0,05,Использование изобретения позво- ляет снизить энергоемкость процесса извлечения криптоно-ксеноновой смеси, так как криптоно-ксеноновый концентрат подают в кольцевой адсорбер при температуре нвсыщенных паров, что устраняет необходимость установки теплообменного аппарата, так как адсорбент охлаждается подаваемыми в адсорбер насыщенными парами концентратаПри переработке 15,15 мз криптоно" ксеноновой смеси предлагаемым способом производительность процесса извлечения 25 мэ/ч, что в 5,77 раза выше, чем при переботке известным способом, приэтом эыергоемкость про" цесса снижается по сравнению с известным на 4,36 кВт.при температуре подаваемого на адсорбцию концентрата 90,5 К и температуре замещающего азота 77,5 К при давлении, равном 0,1 1 МПа.3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вращение слоя адсорбента ведут с линейной скоростью 2,7 б 10 и/с.Устройство адсорбционного извлечения криптоно-ксеноновой смеси 1558 И 3включающее вращающийся кольцевой корпус с патрубками и каналами для газов с расположенным в нем кольцевым слоем сорбента, о т л и ч а юц е е с я тем, что, с целью повышения производительности и снижения энергоемкости процесса оно снабжено по периметру осевого сечения кольцевого слоя сорбента уплотняющими пластинами,1558 М 3 Заказ 793 Тираж 577 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, И, Раущская наб., д. 1/5 ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент" жгород, ул. Гагарин Составитель И.Рогачеваедактор Л.Зайцева Техред И.Дидык Корректор А.Обручар