Адсорбер - RU2200283C1
Код документа: RU2200283C1
Описание
Изобретение относится к устройствам для отделения газовых примесей от газов или газовых смесей и может быть использовано в холодильных машинах и в низкотемпературных установках разделения воздуха, в частности для извлечения инертных (редких) газов из газовых смесей.
Известен адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки (RU 2111425 C1, 20.05.98).
Однако известная конструкция не обеспечивает хороших эксплуатационных характеристик, в частности, высокой эффективности очистки и извлечения компонентов газа, удобство транспортировки и т.д., поскольку адсорбер имеет две камеры, разделенные вертикальной перегородкой и заполненные одним видом адсорбента, а для его работы используется низкотемпературное охлаждение и сложное оборудование.
Известен также адсорбер для отделения газовых примесей от газа, содержащий цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки (WO 98/04875 А1, 05.02.98).
В этой конструкции не предусмотрен фракционирующий процесс адсорбции с последующей десорбцией с высокой поглотительной способностью в отношении компонентов газовой смеси и соответственно с высоким коэффициентом извлечения необходимого компонента газа в процессе десорбции, так как адсорбер снабжен одной камерой, заполненной одним видом адсорбента.
Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке конструкции адсорбера, имеющего высокие эксплуатационные характеристики, в частности, включающие высокую избирательную поглотительную способность в процессе адсорбции в отношении компонентов газовой смеси и высокий коэффициент извлечения необходимого компонента газа в процессе десорбции, а также удобство в монтаже, демонтаже и транспортировке.
Указанная задача (улучшение эксплуатационных характеристик) достигается тем, что адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса и входной и выходной патрубки, согласно изобретению снабжен перегородкой и полой цилиндрической вставкой с верхней торцевой крышкой и нижней торцевой крышкой, вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками вставки и корпуса, и верхнего и нижнего каналов, каждый из которых сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки относительно центральной оси корпуса под углом, находящимся в пределах от 5 до 15o, и разделяет полость вставки на первую и вторую камеру с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода газа.
Кроме того, последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.
Кольцевое пространство может быть заполнено силикагелем или цеолитом марки КА, первая камера - цеолитом марки СаА или СаЕх, а вторая камера - цеолитом марки NaX.
Рекомендуется адсорбер снабдить системой охлаждения.
Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью вставки.
Также система охлаждения может включать в себя кожух с патрубками подвода и отвода хладагента, установленный на наружной поверхности корпуса адсорбера.
Рекомендуется, чтобы верхняя крышка корпуса была выполнена съемной, а цилиндрическая вставка - с возможностью ее выемки.
Целесообразно, чтобы входной и выходной патрубки были выполнены в форме цилиндрических труб. Входной патрубок установлен на верхней крышке корпуса, при этом его выходное отверстие сообщается с кольцевым пространством через верхний канал. Выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке вставки, причем его входное отверстие сообщается со второй камерой, а выходное - с реципиентом.
Рекомендуется также, чтобы выходной патрубок был присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке с помощью штуцерного соединения.
Наряду с этим адсорбер может быть снабжен трубкой, установленной вертикально в полости первой камеры и закрепленной нижним концом в нижней торцевой крышке, причем осевое отверстие трубки соединяет нижний канал с полостью первой камеры.
Целесообразно также, чтобы в верхней торцевой крышке было выполнено отверстие, снабженное заглушкой и сообщающееся с полостью первой камеры.
На чертеже изображен общий вид адсорбера в разрезе по плоскости симметрии.
Адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнюю и нижнюю крышки 2, 3 корпуса, входной патрубок 4, выходной патрубок 5, перегородку 6 и полую цилиндрическую вставку 7 с верхней торцевой крышкой 8 и нижней торцевой крышкой 9. Вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства 10, заключенного между цилиндрическими стенками вставки 7 и корпуса 1, и верхнего и нижнего каналов 11, 12 для прохода газа. Каждый из каналов сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки относительно центральной (вертикальной) оси корпуса под углом, находящимся в пределах от 5 до 15o. Угол установки перегородки зависит от нескольких факторов, в частности от поглотительной способности адсорбентов, состава исходной газовой смеси и скорости прохождения потока. Перегородка разделяет полость вставки на первую и вторую камеру 13, 14 с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие 15 для прохода газа из первой камеры во вторую.
Верхний канал 11 образован пространством, заключенным между верхней крышкой 2 корпуса и верхней торцевой крышкой 8 вставки. Нижний канал 12 образован пространством, заключенным между нижней крышкой 3 корпуса и нижней торцевой крышкой 9 вставки 7.
Последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство 10, внутренняя полость первой камеры 13 и внутренняя полость второй камеры 14 заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.
В случае извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси рекомендуется кольцевое пространство 10 заполнить силикагелем или цеолитом марки КА, первую камеру 13 заполнить цеолитом марки СаА или СаЕх, а вторую камеру - цеолитом марки NaX.
Для увеличения поглотительной способности адсорбера рекомендуется наружную поверхность корпуса снабдить системой охлаждения.
Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента. При этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью вставки.
Кроме того, система охлаждения может включать в себя кожух с патрубками подвода и отвода хладагента, установленный на наружной поверхности корпуса адсорбера.
Для монтажа и демонтажа вставки верхняя крышка корпуса может быть выполнена съемной, а цилиндрическая вставка - с возможностью ее выемки.
Входной и выходной патрубки выполнены в форме цилиндрических труб. Входной патрубок 4 установлен на верхней крышке 2 корпуса, при этом его выходное отверстие сообщается с кольцевым пространством 10 через верхний канал 11. Выходной патрубок 5 закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке 2 корпуса и присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке 8, причем его входное отверстие сообщается со второй камерой 14, а выходное - с реципиентом или с атмосферой.
Для удобства обслуживания и транспортировки вставки выходной патрубок может быть присоединен нижним концом к верхней торцевой крышке с помощью штуцерного соединения.
Адсорбер снабжен трубкой 16, установленной вертикально в полости первой камеры 13 и закрепленной нижним концом в нижней торцевой крышке 9, причем осевое отверстие трубки соединяет нижний канал 12 с полостью первой камеры. В верхней торцевой крышке 8 выполнено отверстие 17. Отверстие снабжено заглушкой 18 и сообщается с полостью первой камеры 13.
Конструктивные особенности адсорбера, а именно установка перегородки камер под определенным углом, позволяют равномерно распределить поток газа по перечному сечению камер, обеспечить безотрывное течение и таким образом исключить застойные зоны в адсорбенте, что в целом улучшает эксплуатационные характеристики адсорбера.
Адсорбер работает следующим образом. Исходная газовая смесь, например, содержащая ксенон, через входной патрубок 4 поступает в верхний канал и из него в кольцевое пространство 10, заполненное силикагелем или цеолитом марки КА, где происходит предварительная осушка газовой смеси и очистка от двуокиси углерода в случае использования цеолита марки КА. Затем смесь газов направляется через нижний канал 12 и трубку 16 в первую камеру 13, заполненную цеолитом марки СаА или СаЕХ, в которой производится дополнительная осушка газовой смеси и очистка ее от двуокиси углерода. Далее смесь газов поступает через отверстие 15 в перегородке 6 во вторую камеру 14, заполненную цеолитом марки NaX, в которой происходит поглощение ксенона из газовой смеси. Оставшаяся после поглощения ксенона газовая смесь выходит из второй камеры через выходной патрубок 5. Тепло, выделяющееся в процессе адсорбции, поглощается холодильным агентом, поступающим в змеевик и/или кожух системы охлаждения. После завершения процесса динамического насыщения адсорбента ксеноном, производится десорбция ксенона и отвод его потребителю.
Для проведения процесса десорбции ксенона может быть снята верхняя крышка корпуса, при этом отсоединяется выходной патрубок 5 и вставка 7 извлекается из корпуса адсорбера. Для транспортировки адсорбера (или вставки) на газоперерабатывающий завод производится установка заглушек на соответствующие патрубки и отверстия.
Загрузка адсорбентом первой камеры осуществляется через отверстие 17, выполненное в верхней торцевой крышке вставки, а второй камеры - через выходной патрубок или через отверстие штуцерного соединения патрубка.
Таким образом, применение в конструкции последовательно расположенных по потоку газа и заполненных адсорбентом различного вида трех секций (кольцевого пространства, первой камеры и второй камеры) позволяет обеспечить избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси с высокой эффективностью, а использование в конструкции наклонной перегородки и системы охлаждения значительно повышает эффективность процессов адсорбции, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики адсорбера.
Предлагаемое изобретение может найти применение в установках низкотемпературной ректификации воздуха, в установках для получения ксенона из криптоно-ксеноновой смеси методом ректификации или адсорбции, в установках извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси, в холодильных установках, а также в системах жизнеобеспечения.
Реферат
Адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса, входной патрубок, выходной патрубок, перегородку и полую цилиндрическую вставку с верхней торцевой крышкой и нижней торцевой крышкой. Вставка размещена коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками вставки и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа. Каждый из каналов сообщается с кольцевым пространством. Перегородка установлена в полости вставки под углом от 5 до 15o к центральной оси корпуса и разделяет полость вставки на первую и вторую камеру с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх. В нижней части перегородки выполнено по меньшей мере одно отверстие для прохода газа из первой камеры во вторую. Последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси. Конструкция адсорбера обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики, в частности, высокую избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси и высокий коэффициент извлечения необходимого компонента в процессе десорбции, а также удобство при монтаже и транспортировке. 10 з.п.ф-лы, 1 ил.
