Способ регенерации переключающихся адсорберов и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 D 53/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4383703/26 (22) 11.01.88 (46) 15.01.91. Бюл. N- 2 (72) И.И, Кирилов и Ю.И. Духанин (53) 621.593(088.8) (56) Технические предложения лаборатории

Л, Беркли, Калифорнийского университета, . CA 94720 и отделения фирмы Air Products

and Chemicals, Pennsylvania, 18103.

"Proposal for Helium Refrigeration System s". Proposal N 4-2060-4 — 3, 6 Мау, 1974, (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИХСЯ АДСОРБЕРОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 криса гента нэ подготовку адсорберов к рабо†те и увеличить срок службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле. Это доИзобретение 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 криоагентэ на подготовку адсорберов к работе и увеличение срока службы адсорбера путем повышения

„„. Ж„„1620117 А1 стигается тем, что в способе регенерации переключающихся адсорберов продувку адсорберов при регенерации ведут путем отбора части неочищенного нагретого потока криоагента, регенерацию эдсорберов 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 ус-ановлен регулирующий вентиль, а трубопроводы охлаждающего и регенериру ощего 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. 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 по1620117 тока с эапорными 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 органами 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

4 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 байпасирования 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 дополнительный 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 Рр=2,5 МПа загрязненный криоагент охлаждается до температуры адсорбции Тадс=80 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 в установленном на этой линии нагревателе.

Основная часть десорбируемых примесей удаляется из прошедшего через нагревае10 мый адсорбер газа в виде конденсата, образующегося за счет охлаждения отходящего регенерирующего потока до 65-68 К в теплообменнике конденсационного узла и отделяемого затем в фаэоразделителе.

Подогретый примерно до температуры окружающей среды при обратном прохождении через теплообменник конденсационного узла регенерирующий гаэ дросселируют в ли20 нию всасывания технологического компрессора (ввиду невозможности возвращения в линию нагнетания), осуществляя таким образом возврат гелия в загрязненный поток, направляемый на очистку. Для возврата используемого при регенерации газа в технологический поток сжатого гелия в этом случае

25 необходимо было бы использование специального дожимающего устройства, обеспечивающего поддержание нужного расхода регенерирующего газа и компенсацию потерь давления на гидравлическое сопротив30 ление линий регенерирующего газа потоку, Охлаждение нагретого адсорбера осуществляют частью неочищенного потока гелия, охлажденного до температуры адсорбции.

Отходящий охлаждающий поток смешивают с очищенным потоком на выходе из работающего адсорбера, Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Загрязненный криоагент, подаваемый по трубопроводу 3 охлаждают сначала в теплообменнике 20 до приблизительно 90 К за

40 счет теплообмена с обратным потоком очи45 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

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 регене55

50 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, 1620117

50 рирующего потока осуществляют с помощью нагревателя 19 после рекуперативного теплообмена в теплообменнике 22 с потоком, выходящим из регенерируемого адсорбера через зэпорный орган 9 (или 8), После теплообменника 22 охлажденный примерно до температуры окружающей среды регенерирующий поток через зэпорный 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 вакуумированного 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,откэчивае— 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. Освобожденный от конденсата регенерирующий поток после теплообменника 26 подают на доочистку в дополнительный адсорбер 29, после чего возвращают в 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 криоагента), 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 гаэ направляют через байпасный эапорный 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 теплообмена с отходящими из ванны 25 парами азота и затем в ванне жидкого азота 25. Нэ 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

45 подачи регенерирующего газа (при закрытом запорном органе 16) и далее через запорный орган 30 в поток криоагента, направляемого на очистку (перед теплообмен ни ком 20). Когда выходя щий из охлаждаемого адсорбера газ становится чистым, его направляют через запорный орган 14 (или

13) на смешивание с очищенным потоком.

Необходимый расход криоагентэ при 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 "проскока" примеси, его ставят на регенерацию и повторяют весь указанный адсорбционнодесорбционный цикл.

Предлагаемый способ регенерации адсорберов позволяет повысить надежность блоков очистки гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок, обеспечивает очистку криоагента, использованного для регенерации адсорберов без привлечения сторонних средств, исключает использование очищенного криоагента и воэможность его загрязнения при подготовке адсорберов к работе.

Формула изобретения

1, Способ регенерации переключающихся адсорберов, включающий очистку загрязненного потока криоэгента в одном из них, регенерацию другого адсорбера путем его продувки тем же криоагентом, нагретым до температуры десорбции, отвод основной части десорбируемых примесей из охлажденного регенерирующего потока в виде конденсата и охлаждение нагретого адсорбера частью неочищенного потока криоагента, охлажденного до температуры адсорбции, отличающийся 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, 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, направляемыи на очистку.

2, Устройство для регенерации переключающихся адсорберов, включающее два переключающихся адсорбера, связанных трубопроводом регенерирующего потока со ступенью охлаждения криоагента до температуры адсорбции и ступенью конденсаци1620117

Составитель А,Бабочкин

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор С.Лисина

Заказ 4203 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101 энного удаления примесей из криоагента, трубопровод загрязненного потока, соединяющий ступень конденсационного удаления примесей из криоагента с переключающимися адсорберами, а также 5 трубопроводы загрязненного и очищенного потоков, соединяющих переключающиеся адсорберы со ступенью охлаждения криоагента, до температуры адсорбции, о т л и —. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения 10 использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбента эа счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле, тру- 15 бопровод загрязненного потока снабжен установленным на его входе регулирующим вентилем, при этом трубопровод охлаждающего потока, проходящий через ступень охлаждения, и трубопровод регенерирующего потока в адсорбере ответвлены от трубоп ровода загрязненного, потока до регулирую-. щего вентиля, а трубоп ро вод регенерирующего потока и трубопровод ох; лаждающего потоков соединены с трубо— проводом загрязненного потока после регулирующего вентиля соответственно иа выходе из ступени охлаждения криоагента и на входе в нее.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено дополнительным адсорбером, установленным после ступени конденсационного удаления примесей.