Способ обогащения неоногелиевой смеси и установка для его реализации



Способ обогащения неоногелиевой смеси и установка для его реализации
Способ обогащения неоногелиевой смеси и установка для его реализации

 


Владельцы патента RU 2486943:

Бондаренко Виталий Леонидович (RU)

Изобретение относится к технологическим процессам получения инертных газов. Согласно предложенному способу сырую неоногелиевую смесь направляют в блок адсорберов. Адсорберы загружены сорбентом, селективно поглощающим азот. После прохождения одного из адсорберов продукционная неоногелиевая смесь отбирается в сборник, и с помощью мембранного компрессора закачивается в баллоны наполнительной рампы. В это время второй адсорбер находится на регенерации под пониженным давлением. Сброс остаточного газа, представляющего собой в основном азот с примесями неона и гелия, производится в атмосферу. Часть продукционной смеси во время регенерации адсорбера направляется в него через калиброванную дюзу с чистого конца. После насыщения первого адсорбера азотом производят переключение потока сырой неоногелиевой смеси на отрегенерированный адсорбер. Установка для реализации способа содержит два адсорбера, ресивер на потоке исходной смеси, сборник продукта на выходе из адсорберов, мембранный компрессор, наполнительную рампу с баллонами, расходомер, вентили, клапана переключения, командно-исполнительное устройство для переключения клапанов по специальной циклограмме и соединительные трубопроводы. Предложенные способ и установка позволяют эффективно отделять азот из сырой неоногелиевой смеси с получением обогащенной неоногелиевой смеси с низким содержанием азота в продукте. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологическим процессам получения инертных газов и может быть использовано для получения обогащенной неоногелиевой смеси из потока сырой неоногелиевой смеси, в том числе и отбираемой из воздухоразделительных установок (ВРУ).

Как известно, сырая неоногелиевая смесь получается в ВРУ путем частичного ожижения газообразного потока, отбираемого из верхней части последних по ходу конденсаторов, в специальном встроенном аппарате (концентраторе или дефлегматоре) и отводе обогащенной по неону смеси из верхней части этого аппарата [Каталог "Криогенное оборудование", Цинтихимнефтемаш, М., 1988 г.].

Полученная таким образом сырая неоно-гелиевая смесь содержит до 60% азота, около 2% водорода, остальное неон + гелий в воздушном соотношении (на 1 часть гелия 3 части неона). Поэтому основной задачей первичной переработки сырой неоногелиевой смеси считают ее обогащение по неону и гелию путем удаления большей части азота. При этом водород либо удаляется на этой стадии, либо эта операция откладывается на этап окончательной переработки неоногелиевой смеси перед ее разделением на чистый неон и гелий. Второй вариант является предпочтительным по экономическим соображениям, т.к. обычно проводится на централизованном предприятии, оснащено современными средствами аналитического контроля.

Известен способ предварительной очистки сырой неоногелиевой смеси от азота, включающий первичное охлаждение сырой неоногелиевой смеси и первичное отделение части азота в виде жидкости, при этом после первичного отделения азота сырую смесь сначала сжимают до 20-150 атм, затем дополнительно охлаждают до 77,4-80 К, а образовавшийся конденсат подают в первично охлаждаемую исходную газовую смесь [RU 2211415, F25J 3/08, 27.08.2003].

К недостаткам указанного способа относятся повышенные энергозатраты, связанные с компримированием смеси до высокого давления, а также необходимостью в отборе жидкого азота из ВРУ для обеспечения криогенных температур в аппарате обогащения.

Известен также способ, включающий двухступенчатую дефлегмацию жидким азотом, кипящим при атмосферном давлении и под вакуумом, дросселирование обогащенной смеси с использованием холода дроссель-эффекта для окончательной дефлегмации, причем флегму очищают от неона выпариванием, неоногелиевую смесь перед каждой дефлегмацией разделяют ректификацией, обогащенную смесь после дросселирования сепарируют, а газовую фазу используют в качестве конечного продукта [RU 2006763 С3, F25J 3/00, B01D 53/02, F25J/08, 30.01.1994].

К недостаткам указанного способа также относятся повышенные энергозатраты, связанные с отбором жидкого азота из ВРУ для обеспечения криогенных температур (порядка 78-80 К) в аппарате обогащения смеси.

Известен также способ обогащения сырой неоногелиевой смеси, в котором дефлегматор совмещается с адсорбером в одном аппарате, что позволяет проводить практически полную очистку смеси от азота [Головко Г.А. Криогенное производство инертных газов. - Л.: Машиностроение, 1983, с.314].

К недостаткам данного способа относятся как упомянутые выше повышенные энергозатраты из-за необходимости поддержания криогенных температур в аппарате, так и чрезмерная сложность в изготовлении аппарата типа дефлегматор-адсорбер большой производительности, из-за чего это техническое решение было признано неэффективным в случае привязки аппарата к современной ВРУ большой производительности [Там же, стр.315].

Известен также способ обогащения неоногелиевой смеси [US 5100446 А1, F25J 3/04, 31.03.1992], включающий 4 этапа:

1 этап - введение воздушной исходной смеси, содержащей неон, в блок ВРУ и получение в нем с помощью метода низкотемпературной ректификации первого неоносодержащего потока, имеющего концентрацию азота, которая превышает его содержание в воздушной исходной смеси, а концентрация неона в нем превышает его содержание в воздушной исходной смеси;

2 этап - пропускание первого неоносодержащего потока из ВРУ через неоновую колонну и получение в ней второго неоносодержащего потока, имеющего концентрацию азота, которая меньше по величине содержания его в первом неоносодержащем потоке, и имеющего концентрацию неона, которая превышает содержание его в первом неоносодержащем потоке;

3 этап - пропускание второго неоносодержащего потока через адсорбционный слой, который предпочтительно поглощает азот, с получением продукционного неона, имеющего концентрацию неона, которая превышает содержание его во втором неоносодержащем потоке; и

4 этап - десорбция адсорбционного слоя при давлении ниже давления, при котором осуществляется в нем предшествующий этап адсорбции, и направление отбросного газа, образующегося в результате проведения десорбции, в блок ВРУ. Кроме того, между 2 и 3 этапом вводится подэтап удаления водорода из смеси путем введения в поток кислорода с последующим его каталитическим связыванием в реакторе и удалением продукта выжигания (воды) на отдельном слое сорбента.

Недостатком этого технического решения относительно способа является излишняя сложность технологической схемы на стадии предварительной обработки сырой неоногелиевой смеси, на которой получают лишь промежуточный продукт, предназначенный в дальнейшем для окончательного разделения на чистые продукты. Эта усложненность заключается во введении в технологическую схему ВРУ дополнительной ректификационной колонны по отмывке неона, что, в свою очередь, приводит к увеличению потенциальных потерь неона с отбросным газом на этапе десорбции в адсорберах, поскольку исходная смесь на входе в них имеет повышенное (почти в 2,5 раза), в сравнении с обычной сырой неоногелиевой смесью, содержание неона. Поэтому для снижения этих потерь требуется направлять этот отбросный газ обратно в ВРУ, а поскольку давление отбросного газа на этапе десорбции очень низкое (обычно ниже атмосферного), то на отбросном потоке требуется устанавливать вакуумный насос, давление нагнетания которого к тому же должно превышать давление в колонне высокого давления ВРУ, что приводит к значительным дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. Кроме того, прямое соединение быстро переключающихся адсорберов узла обогащения с выходом из неоновой колонны неизбежно приводит к колебаниям давления в последней и нестабильности в работе ее верхней части.

Серьезным недостатком указанного технического решения является также то обстоятельство, что оно не предусматривает переработку сырой неоно-гелиевой смеси из эксплуатирующихся в настоящее время ВРУ, которые, в большей своей части, не имеют дополнительной неоновой колонны.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ обогащения газа, содержащего адсорбирующиеся примеси [US 6315818, Al, F25J 3/04, 13.11.2001], в котором обогащение производится путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА) при использовании нескольких адсорберов, при этом адсорберы связаны единой циклограммой и каждый адсорбер проходит цикл, содержащий операционные фазы, которые последовательно осуществляются в каждом из адсорберов со смещением во времени на величину 1/n от продолжительности цикла Т, где n=3, 4 … количество адсорберов, при этом каждый полный технологический цикл содержит впуск необогащенного газа в адсорбер через первый конец адсорбера с циркуляцией упомянутого необогащенного газа в адсорбере и одновременным отводом через другой конец адсорбера обогащенного газа, а также последующую регенерацию адсорбера, причем упомянутая фаза регенерации начинается с одноступенчатого противоточного снижения давления путем уравнивания давления с другим адсорбером, который находится в это время в фазе повышения давления. Отличительной особенностью данного способа является завершение этапа регенерации фазой, во время которой остаточный (в адсорбере) газ частично присоединяется к потоку грязной смеси на входе в установку, а остальная его часть является продувочной.

Недостатками наиболее близкого технического решения применительно к способу являются относительно узкая область его применения, обусловленная тем, что оно может быть использовано при получении чистого продукта в условиях одного хорошо сорбирующегося компонента (азота) при относительно низком его содержании в исходной смеси (в 3…10 раз ниже, чем на выходе ВРУ), относительно сложная схема реализующего способ устройства, в котором используется 3 и более адсорбционных аппаратов, и обеспечение повышенного (до 30 бар) давления смеси на входе адсорбера.

Это сужает область применения известного способа при решении других технических задач, в частности при необходимости получения в месте эксплуатации ВРУ лишь промежуточного продукта, предназначенного для последующей окончательной очистки от водорода, более глубокой очистки от азота и разделения на продукционные неон и гелий на специализированном предприятии.

Наиболее близкое техническое решение применительно к способу обладает и относительно высоким требованием к энергозатратам, поскольку, как указывалось выше, способ требует обеспечения достаточно высокого давления исходной смеси на входе в установку, что делает необходимым введение в реализующие его установки компрессора высокого давления, а это не только приводит к повышению энергозатрат, но и не позволяет рационально использовать имеющееся давление потока сырой неоногелиевой смеси, выводимой из ВРУ.

Требуемый технический результат относительно способа заключается в расширении области применения и снижении требований к величине энергозатрат при его реализации.

Требуемый технический результат достигается тем, что по способу, согласно которому обогащение исходной газовой смеси, в качестве которой используют сырую неоногелиевую смесь, отбираемую из воздухоразделительной установки (ВРУ), для очистки ее от азота, производится путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА) при использовании нескольких адсорберов, при этом адсорберы связаны единой циклограммой и каждый адсорбер проходит полный цикл, содержащий операционные фазы, которые последовательно осуществляются в каждом из адсорберов со смещением во времени на величину 1/n от продолжительности цикла Т, где n - количество адсорберов, при этом полный цикл включает в себя впуск необогащенного газа в адсорбер через входной конец адсорбера с циркуляцией упомянутого необогащенного газа через адсорбер от входного конца к выходному концу и одновременным отводом через выходной конец адсорбера обогащенного газа, а также последующую регенерацию адсорбера, используют два адсорбера, при этом впуск необогащенного газа в адсорберы производят от воздухоразделительной установки при сформированном ею технологическом давлении с дополнительным выравниванием колебаний давления, отвод обогащенного газа через выходной конец адсорбера в баллоны производят с предварительным сбором обогащенного газа, а последующая регенерация адсорбера производится путем сброса остаточного газа в атмосферу и подачей в него через выходной конец части обогащенного газа из другого адсорбера, при этом дополнительно производят перепуск газовой смеси из отработанного адсорбера в адсорбер, прошедший регенерацию.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что количество обогащенного газа, направляемого в адсорбер, находящийся на этапе регенерации, из другого адсорбера, составляет от 5 до 20% от отводимого из адсорбера обогащенного газа.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что перепуск газовой смеси из отработанного адсорбера в адсорбер, прошедший регенерацию, осуществляется с обоих концов адсорберов, причем операция перепуска с выходного конца начинается раньше, чем операция перепуска с входного конца.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что концентрация неона + гелия в исходной газовой смеси составляет от 30 до 50 %.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что продолжительность цикла составляет от 2 до 6 мин.

Известны также устройства для обогащения сырой неоногелиевой смеси.

Одно из известных устройств состоит из двух ступеней разделения. Первая ступень содержит последовательно соединенные теплообменник, размещенные в азотной ванне конденсатор и отделитель жидкости и подключена входом к воздухоразделительной установке, а выходом - к входу компрессора. Компрессор размещен на линии выхода продукта. Теплообменник размещен в азотной ванне. Дополнительная ступень разделения включает размещенные в азотной ванне теплообменник, конденсатор, отделитель жидкости и дроссель и подсоединена входом к выходу компрессора, а выходом - к линии вывода продукта. Нижняя часть отделителя жидкости дополнительной ступени разделения соединена через дроссель с верхней частью отделителя жидкости, а между дросселем и верхней частью отделителя жидкости установлен малый конденсатор [RU 2211415, F25J 3/08, 27.08.2003].

Недостатком этого устройства является необходимость работы на криогенном уровне температур и связанные с этим повышенные капитальные (вызванные, прежде всего, необходимостью в дорогостоящей теплоизоляции) и эксплуатационные затраты.

Известно также другое устройство, включающее в себя куб со встроенным в него змеевиком, дополнительные секции ректификации, 3 дефлегматора, дроссельный вентиль, сепаратор, трубопровод подачи жидкого азота с регулирующим вентилем и теплообменник. При этом конструктивно устройство представляет собой соединенные между собой трубопроводами сепаратор, теплообменник и вертикальный аппарат, состоящий из трех дефлегматоров с ректификационными секциями между ними и куба со встроенным в него змеевиком [RU 2006763 С1, F25J 3/04, F25J 3/02, F25J 3/08, 30.01.1994].

Недостатком этого устройства также являются повышенные энергозатраты, связанные с криогенным уровнем температур, при которых оно эксплуатируется.

Известно также устройство для получения обогащенной неоногелиевой смеси из сырой смеси, отбираемой из верхней части конденсаторов ВРУ, содержащее, по меньшей мере, одну неоновую колонну, встроенную в блок ВРУ с нижним испарителем и верхним конденсатором, из которого отбирается сырая смесь, нагреватель, реактор каталитического окисления водорода с устройством подачи в него кислорода, охладитель, сепаратор для отделения образующейся в результате катализа воды, блок адсорберов из нескольких аппаратов, заполненных двухслойным сорбентом, первая по ходу потока часть сорбента представляет собой активированный уголь, а вторая - цеолит (двухслойный сорбент предназначен не только для удаления большей части азота из исходной смеси, но и для удаления остатков упомянутой выше влаги и кислорода, поскольку реакция водородного связывания идет с избытком кислорода против стехиометрического равновесия) и вакуумный насос для возврата десорбата на вход в ВРУ [US 5100446 A1, F25J 3/04, 31.03.1992].

Недостатком этого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно хотя и позволяет получать обогащенную неоногелиевую смесь из отбираемой из ВРУ сырой смеси, но при этом не предназначено для переработки смеси с низким содержанием неона, которая обычно выводится из эксплуатирующихся в настоящее время ВРУ без дополнительной неоновой колонны.

Кроме того, наличие в схеме вакуумного насоса большой мощности (т.к. необходимо по линии нагнетания преодолеть сопротивление колонны высокого давления ВРУ) значительно усложняет схему устройства, а также снижает ее эффективность и повышает энергозатраты.

Кроме того, прямое соединение быстро переключающихся адсорберов, рабочий цикл которых составляет от одной до нескольких минут, непосредственно к выходу из ВРУ должно привести к колебаниям давления в узле получения сырой неоно-гелиевой смеси ВРУ и ухудшить показатели его работы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству для получения обогащенной смеси из сырой неоно-гелиевой смеси по предложенному выше способу является устройство для очистки газовой смеси с помощью адсорбции КЦА, включающее 3 или более адсорберов, переключающихся по специальной циклограмме, компрессор для сжатия исходной смеси до давления порядка 30 бар, трубопровод подачи исходной смеси, трубопровод продукта, трубопровод подачи остаточного газа в линию исходной смеси перед компрессором, на которой расположена буферная емкость, трубопровод продувки остаточного газа со сбросом в атмосферу, а также система переключающихся клапанов, работающих от командного устройства. Кроме того, в устройстве имеется резервуар, в который собирается часть продукта из адсорберов и который предназначен для заполнения ею адсорберов в последней фазе регенерации [US 6315818 A1, F25J 3/04, 13.11.2001].

К недостаткам наиболее близкого технического решения можно отнести относительно высокие энергозатраты, вызванные необходимостью использования компрессора на входе в установку, что снижает экономичность устройства.

Кроме того, данное техническое решение обладает и относительно узкими функциональными возможностями, поскольку оно не позволяет непосредственно обогащать сырую неоногелиевую смесь, которую можно отбирать из ВРУ, где она формируется на выходе под давлением (5-6 бар), а включение дополнительного компрессора приводит, как указано выше, к росту энергозатрат.

Кроме того, схема чрезмерно усложнена по количеству адсорбционных аппаратов, входящих в нее (3-4 адсорбера), а расположение резервуара на линии выхода продукта крайне неудачно, т.к. с помощью его решается лишь одна задача - заполнение продуктом адсорбера в последней фазе подготовки к адсорбционному этапу, и не решается задача сглаживания колебаний давления в продукционной линии, что очень важно при включении в схему компрессора для компримирования продукта в баллоны.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения осуществимости процесса обогащения сырой неоногелиевой смеси из ВРУ и повышении экономичности.

Требуемый технический результат достигается тем, что в установку для реализации предложенного способа обогащения неоногелиевой смеси, содержащую первый и второй адсорберы с помещенным в них сорбентом, и работающие по методу КЦА, которые связаны единой циклограммой, и каждый адсорбер проходит цикл, содержащий операционные фазы, которые последовательно осуществляются в каждом из адсорберов со смещением во времени на величину 1/2 от продолжительности цикла Т, при этом полный технологический цикл содержит впуск необогащенного газа в адсорбер через входной конец адсорбера с циркуляцией упомянутого необогащенного газа в адсорбере от входного конца к выходному концу и одновременным отводом через выходной конец адсорбера обогащенного газа, а также последующую регенерацию адсорбера и заполнение адсорбера исходной смесью, введены ресивер, сборник обогащенной неоногелиевой смеси, компрессор для сжатия обогащенной неоногелиевой смеси, наполнительная рампа с баллонами, расходомер, клапаны переключения с первого по восьмой, командно-исполнительное устройство для переключения клапанов и регулировочные вентили с первого по третий, первый из которых выполнен в виде калиброванной дюзы, причем наполнительная рампа с баллонами через второй вентиль соединена трубопроводом с выходом компрессора для сжатия обогащенной неоногелиевой смеси, вход которого присоединен трубопроводом к выходу из сборника обогащенной неоногелиевой смеси, а вход сборника через восьмой клапан переключения соединен трубопроводом с выходами третьего и четвертого клапанов переключения, входы которых присоединены трубопроводами к выходным концам, соответственно, первого и второго адсорберов, при этом выходные концы первого и второго адсорберов соединены между собой трубопроводом через первый регулировочный вентиль, вход ресивера присоединен трубопроводом через расходомер и второй вентиль к трубопроводу подачи исходной неоногелиевой смеси в установку, а выход ресивера через седьмой клапан переключения соединен трубопроводом с входами первого и второго клапанов переключения, выходы которых присоединены трубопроводами к входным концам, соответственно, первого и второго адсорберов, входные концы адсорберов соединены трубопроводами с выходами, соответственно, пятого и шестого клапанов переключения, входы которых через общий трубопровод соединены с линией сброса газа в атмосферу.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве азотозадерживающего сорбента в адсорберах использован цеолит NaX, или цеолит СаА, или активированный уголь.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве компрессора использован компрессор высокого давления мембранного типа.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что для осуществления циклов, содержащих операционные фазы, первый и второй адсорберы переключаются поочередно командно-исполнительным устройством, при этом, когда один из них находится на этапе адсорбции, другой проходит регенерацию.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что объемы ресивера и сборника обогащенной неоногелиевой смеси соответствуют величине расхода исходной неоногелиевой смеси и производительности компрессора и составляют от 5 до 15% от их часовых значений.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что проходное сечение калиброванной дюзы рассчитывается в зависимости от объема адсорберов и перепада давления между ними так, чтобы количество проходящей через него обогащенной неоногелиевой смеси составляло величину в 5-20% от количества обогащенной неоногелиевой смеси, направляемой в сборник обогащенной неоногелиевой смеси.

На Фиг.1 - Функциональная схема установки для реализации предложенного способа обогащения неоногелиевой смеси.

На Фиг.2 - Циклограмма переключения клапанов узла адсорберов.

Установка для реализации предложенного способа обогащения неоногелиевой смеси содержит первый 1 и второй 2 адсорберы, работающие по циклу КЦА, азотозадерживающий сорбент 1а, помещенный в адсорбер 1, азотозадерживающий сорбент 2а, помещенный в адсорбер 2, ресивер 3 на входе исходной смеси в установку, сборник продукта 4 на выходе из установки, расходомер 7 на подаче исходной смеси в ресивер 3, мембранный компрессор 5 для сжатия полученного продукта и выдачи его в баллоны наполнительной рампы 6, клапаны принудительного переключения с первого по восьмой 8…15 и три регулировочных вентиля с первого по третий 16…18, один из которых (первый регулировочный вентиль 16) представляет собой калиброванную дюзу двойного действия.

В установке для реализации предложенного способа наполнительная рампа 6 через третий вентиль 18 соединена трубопроводом с выходом мембранного компрессора 5, вход которого трубопроводом соединен с выходом сборника продукта 4, а вход сборника продукта 4 трубопроводом соединен с выходом восьмого переключающегося клапана 15, вход которого соединен с выходами третьего и четвертого переключающихся клапанов 10, 11, расположенных на выходном конце узла адсорберов. Входные концы третьего и четвертого переключающихся клапанов 10, 11 присоединены трубопроводами к выходным концам адсорберов, соответственно, 1 и 2, при этом выходные концы адсорберов 1 и 2 также соединены между собой через первый вентиль 16.

Выход ресивера 3 соединен трубопроводом через седьмой переключающийся клапан 14 со входами первого и второго переключающихся клапанов 8, 9, выходы которых присоединены ко входам адсорберов, соответственно, 1 и 2, а вход ресивера 3 соединен трубопроводом через расходомер 7 и второй вентиль 17 со входом подачи исходной смеси в установку.

Выходы из пятого и шестого переключающихся клапанов 12, 13, расположенных на входном конце узла адсорберов, соединены трубопроводом с выходом отбросного (продувочного) газа в атмосферу, а входы этих переключающихся клапанов присоединены ко входам в адсорберы, соответственно, 1 и 2.

Переключение клапанов с первого по восьмой (поз. 8-15 на Фиг.1) производится принудительно с помощью командно-исполнительного устройства (на схеме не показано).

Предложенный способ получения обогащенной неоногелиевой смеси из сырой смеси реализуется в предложенной установке следующим образом.

Исходная смесь из ВРУ под давлением 5-6 ата через вентиль 17 подается в ресивер 3, из которого направляется на очистку в один из попеременно работающих адсорберов (например, в 1). Ресивер 3 служит буферной емкостью для сглаживания перепадов давления при переключении адсорберов. Контроль за расходом подаваемой исходной смеси осуществляется с помощью расходомера 7. На насадке 1а адсорбера 1 происходит селективное поглощение азота из сырой неоногелиевой смеси, а на выходе из адсорбера концентрация азота в продукте снижается с 50-60 об.% до 3-5 об.%. При этом соответственно повышается содержание неона и гелия в продукте.

Пройдя адсорбер, продукционная смесь собирается в сборнике 4, откуда с помощью мембранного компрессора 5 сжимается до давления 200 бар и направляется в баллоны рампы 6.

Рассмотрим протекание цикла на примере адсорбера 1. После завершения этапа адсорбции (фаза а на Фиг.2) в нем последовательно проводятся этапы регенерации сорбента: выравнивание давлений в адсорберах со сбросом газа в соседний адсорбер, который осуществляется как по чистому (выходному), так и по грязному (входному) концам (фазы b, с, d), снижение давления до минимального со сбросом десорбата (остаточного газа) в атмосферу и подачей в адсорбер с чистого конца части очищенного продукта из соседнего адсорбера через дюзу 16 (фазы e, f, g, h), выравнивание давлений в адсорберах с приемом газа из соседнего адсорбера, который осуществляется как по чистому (выходному), так и по грязному (входному) концам (фазы i, j, k), повышение давления до максимального с помощью подачи газа как с чистого, так и с грязного конца (фазы l, m, n), причем фаза (m) открытия клапанов с чистого конца на 1 временной интервал опережает фазу (n) открытия клапанов с грязного конца. После этого цикл повторяется.

Адсорбер 2 проходит все те же фазы лишь со смещением на время полуцикла tполуц=Тц/2.

Заявленный способ получения обогащенной неоногелиевой смеси может быть реализован на установке, схематически показанной на фиг.1, и содержащей два параллельно включенных адсорбера 1 и 2, соединенных в единую технологическую схему с помощью регулирующих вентилей, калиброванной дюзы, клапанов переключения и трубопроводов, а также включающей в себя ресивер на потоке исходной смеси 3, сборник продукционной смеси 4, компрессор 5 и наполнительную рампу 6 с баллонами.

Установка имеет соединения с воздухоразделительным устройством (ВРУ) для получения из него необходимого количества исходной сырой неоногелиевой смеси. Установка снабжена необходимыми контрольно-измерительными приборами, в том числе расходомером 7 и командно-исполнительным устройством (на схеме не показанным) для переключения клапанов 8-15 в соответствии с заданной циклограммой.

В результате реализуется возможность получения обогащенной неоногелиевой смеси из сырой смеси, отбираемой из ВРУ, при температуре окружающей среды без привлечения криогенных жидкостей для охлаждения рабочего аппарата. Подача части продукта в адсорбер, находящийся на этапе регенерации, позволяет повысить чистоту получаемого продукта, а включение в технологическую схему установки ресивера на потоке исходной смеси из ВРУ позволяет снизить колебания давления, связанные с переключением адсорберов, которые оказывают отрицательное воздействие на стабильность режима работы узла отбора исходной смеси из ВРУ.

Таким образом, благодаря усовершенствованиям известных способов и устройств, достигается требуемый технический результат, который относительно способа заключается в расширении области применения и снижении требований к величине энергозатрат при его реализации, а относительно устройства - в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения осуществимости процесса обогащения сырой неоногелиевой смеси из ВРУ и повышении экономичности.

1. Способ обогащения неоногелиевой смеси, согласно которому обогащение исходной газовой смеси, в качестве которой используют сырую неоногелиевую смесь, отбираемую из воздухоразделительной установки (ВРУ), для очистки ее от азота, производится путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА) при использовании нескольких адсорберов, при этом адсорберы связаны единой циклограммой и каждый адсорбер проходит полный цикл, содержащий операционные фазы, которые последовательно осуществляются в каждом из адсорберов со смещением во времени на величину 1/n от продолжительности цикла Т, где n - количество адсорберов, при этом полный цикл включает в себя впуск необогащенного газа в адсорбер через входной конец адсорбера с циркуляцией упомянутого необогащенного газа через адсорбер от входного конца к выходному концу и одновременным отводом через выходной конец адсорбера обогащенного газа, а также последующую регенерацию адсорбера, отличающийся тем, что используют два адсорбера, при этом впуск необогащенного газа в адсорберы производят от воздухоразделительной установки при сформированном ею технологическом давлении с дополнительным выравниванием колебаний давления, отвод обогащенного газа через выходной конец адсорбера в баллоны производят с предварительным сбором обогащенного газа, а последующая регенерация адсорбера производится путем сброса остаточного газа в атмосферу и подачей в него через выходной конец части обогащенного газа из другого адсорбера, при этом дополнительно производят перепуск газовой смеси из отработанного адсорбера в адсорбер, прошедший регенерацию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество обогащенного газа, направляемое в адсорбер, находящийся на этапе регенерации, из другого адсорбера, составляет от 5 до 20% от количества отводимого из адсорбера обогащенного газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепуск газовой смеси из отработанного адсорбера в адсорбер, прошедший регенерацию, осуществляется с обоих концов адсорберов, причем операция перепуска с выходного конца начинается раньше, чем операция перепуска с входного конца.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация неона-гелия в исходной газовой смеси составляет от 30 до 50%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность цикла составляет от 2 до 6 мин.

6. Установка для реализации способа обогащения неоногелиевой смеси по п.1, содержащая первый и второй адсорберы с помещенным в них сорбентом, работающие по методу КЦА, которые связаны единой циклограммой, и каждый адсорбер проходит цикл, содержащий операционные фазы, которые последовательно осуществляются в каждом из адсорберов со смещением во времени на величину 1/2 от продолжительности цикла Т, при этом полный технологический цикл содержит впуск необогащенного газа в адсорбер через входной конец адсорбера с циркуляцией упомянутого необогащенного газа в адсорбере от входного конца к выходному концу и одновременным отводом через выходной конец адсорбера обогащенного газа, а также последующую регенерацию адсорбера и заполнение адсорбера исходной смесью, отличающаяся тем, что введены ресивер, сборник обогащенной неоногелиевой смеси, компрессор для сжатия обогащенной неоногелиевой смеси, наполнительная рампа с баллонами, расходомер, клапаны переключения с первого по восьмой, командно-исполнительное устройство для переключения клапанов и регулировочные вентили с первого по третий, первый из которых выполнен в виде калиброванной дюзы, причем наполнительная рампа с баллонами через второй вентиль соединена трубопроводом с выходом компрессора для сжатия обогащенной неоногелиевой смеси, вход которого присоединен трубопроводом к выходу из сборника обогащенной неоногелиевой смеси, а вход сборника через восьмой клапан переключения соединен трубопроводом с выходами третьего и четвертого клапанов переключения, входы которых присоединены трубопроводами к выходным концам соответственно первого и второго адсорберов, при этом выходные концы первого и второго адсорберов соединены между собой трубопроводом через первый регулировочный вентиль, вход ресивера присоединен трубопроводом через расходомер и второй вентиль к трубопроводу подачи исходной неоногелиевой смеси в установку, а выход ресивера через седьмой клапан переключения соединен трубопроводом с входами первого и второго клапанов переключения, выходы которых присоединены трубопроводами к входным концам соответственно первого и второго адсорберов, входные концы адсорберов соединены трубопроводами с выходами соответственно пятого и шестого клапанов переключения, входы которых через общий трубопровод соединены с линией сброса газа в атмосферу.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в качестве азотозадерживающего сорбента в адсорберах использован цеолит NaX, или цеолит СаА, или активированный уголь.

8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в качестве компрессора использован компрессор высокого давления мембранного типа.

9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что для осуществления циклов, содержащих операционные фазы, первый и второй адсорберы переключаются поочередно командно-исполнительным устройством, при этом, когда один из них находится на этапе адсорбции, другой проходит регенерацию.

10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что объемы ресивера и сборника обогащенной неоногелиевой смеси соответствуют величине расхода исходной неоногелиевой смеси и производительности компрессора и составляют от 5 до 15% от их часовых значений.

11. Установка по п.6, отличающаяся тем, что проходное сечение калиброванной дюзы рассчитывается в зависимости от объема адсорберов и перепада давления между ними так, чтобы количество проходящей через него обогащенной неоногелиевой смеси составляло величину в 5-20% от количества обогащенной неоногелиевой смеси, направляемой в сборник обогащенной неоногелиевой смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологическим процессам получения инертных газов и может быть использовано для получения криптоноксеноновой смеси из потока кислорода, отбираемого из воздухоразделительных установок (ВРУ) с содержанием в нем криптона и ксенона в объеме 0,05 0,5%.

Изобретение относится к технологическим процессам получения инертных газов и может быть использовано для получения ксенонового концентрата из потока ксеноносодержащего кислорода.
Изобретение относится к производству сорбентов для улавливания летучих форм радиоактивного йода и может быть использовано при изготовлении сорбентов для предотвращения радиоактивного выброса в окружающую среду при эксплуатационных режимах работы и при авариях на атомных электростанциях (АЭС), а также для очистки паровоздушных потоков от летучих соединений радиоактивного йода в технологических схемах по переработке отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к модульным газоразделительным адсорберам. .

Изобретение относится к сорбентам для очистки воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств, а также в жилых помещениях от кислых газов, паров воды и микроорганизмов.

Изобретение относится к адсорбционным газовым фильтрам для очистки воздуха в помещениях. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологиям и устройствам для удаления углеводородов из выхлопных газов автомобиля в период холодного запуска двигателя

Изобретение относится к области адсорбционного разделения газов. Предложен поглотитель диоксида углерода, содержащий карбонат калия, нанесенный на пористую матрицу из оксида иттрия. Описаны два варианта метода приготовления поглотителя. Предложен способ удаления диоксида углерода из газовых смесей при температуре 20-200°C. Способ можно использовать для адсорбционного выделения диоксида углерода из атмосферного воздуха в циклических процессах в условиях термической регенерации, либо короткоцикловой безнагревной адсорбции. Технический результат - высокая динамическая емкость и скорость поглощения диоксида углерода. 4 н.п. ф-лы, 4 пр., 2 ил.

Изобретение относится к области очистки газовых выбросов от оксидов азота (NOx). Способ очистки газовых выбросов от оксидов азота основан на взаимодействии угля с оксидом азота при пропускании выбросных газов через слой нагретого активного угля. В способе используют активный уголь, характеризующийся динамической активностью по бензолу не менее 45 мин. Изобретение позволяет упростить термический способ обезвреживания газовых выбросов и исключить использование в способе катализаторов и газов-восстановителей. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

В заявке описаны способ и установки для обработки горячего неочищенного газа, генерируемого установкой газификации во взвешенном потоке. В установке последовательно по направлению потока горячего газа за газификатором подключено обессеривание, за ним подключено отделение твердых веществ, при этом за отделением твердых веществ парциальный поток газа подключен через водяное охлаждение, газоочиститель Вентури, охладитель неочищенного газа, а также отделение воды и компрессор, направление потока которых за газификатором перед установкой обессеривания охлажденным возвращается в циркуляционный контур. Изобретение позволяет охладить и обеспылить возвращенный парциальный поток газа. 3 н. и 14 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к установкам для переработки нефтяных газов. Комплекс содержит последовательно расположенные блок адсорбционной осушки и очистки газа, снабженный адсорберами с цеолитом, и блок низкотемпературной конденсации, снабженный устройством охлаждения газа. Комплекс содержит холодильный блок, соединенный трубопроводами подачи и отвода хладагента с устройством охлаждения очищенного газа блока низкотемпературной конденсации, и блок нагрева и охлаждения высокотемпературного теплоносителя, соединенный трубопроводами с блоком адсорбционной осушки и очистки газа. Адсорберы скомпонованы, по меньшей мере, двумя модулями - первым и вторым, каждый из которых содержит, по меньшей мере, два адсорбера, параллельно соединенных друг с другом трубопроводами подачи газа и отвода очищенного газа, и последовательно соединенных друг с другом трубопроводами подачи газа регенерации и отвода насыщенного газа регенерации. Модули параллельно соединены друг с другом трубопроводами подачи газа и отвода очищенного газа, также параллельно соединены друг с другом трубопроводами подачи газа регенерации и отвода насыщенного газа регенерации, также параллельно соединены друг с другом трубопроводами подачи и отвода высокотемпературного теплоносителя. Технический результат заключается в увеличении количества выработки очищенного газа, снижении количества используемого в адсорберах цеолита, снижении количества воды в исходном газе и возможности работы комплекса при низких и при повышенных давлениях газа. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к подготовке углеводородных газов, в частности к способам очистки газов. Способ очистки углеводородных газов включает очистку oт меркаптанов путем окисления меркаптанов до серы и дисульфидов в присутствии катализатора при повышенной температуре и конденсацию жидких продуктов окисления, при этом очищаемый газ смешивают с продуктами окисления, смесь сепарируют с выделением жидких продуктов окисления и газа сепарации, газ сепарации подвергают адсорбционной очистке на углеродсодержащем адсорбенте при одновременном охлаждении адсорбента до температуры адсорбции, но не ниже температуры замерзания воды или гидратообразования, регенерацию адсорбента осуществляют путем отдува очищенным газом при пониженном давлении и нагреве адсорбента теплоносителем до температуры регенерации, а регенерированный адсорбент охлаждают путем охлаждения хладагентом до температуры адсорбции, при этом газ регенерации смешивают с воздухом при массовом отношении меркаптанов к кислороду воздуха, равном 2,2÷3:1, пропускают через катализатор окисления при объемной скорости и температуре окисления, а продукты окисления рециркулируют в поток очищаемого газа путем сжатия до давления углеводородного газа с помощью насоса с использованием жидких продуктов окисления в качестве рабочей жидкости. Изобретение обеспечивает повышение степени очистки газа и снижение материалоемкости и энергоемкости процесса. 1 з.п. ф - лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов в системе газ (пар) - адсорбент, к горизонтальному адсорберу периодического действия, содержащему цилиндрический корпус с крышками и днищем, крышки выполнены сферическими и смонтированы слева и справа от горизонтально расположенного цилиндрического корпуса, в верхней части которого расположены загрузочные люки с предохранительными мембранами, штуцер для отвода паров при десорбции и штуцер для предохранительного клапана, а в левой крышке расположен штуцер с распределительной сеткой для подачи паровоздушной смеси при адсорбции и воздуха при сушке и охлаждении, в средней части корпуса на балках с опорами, поддерживающими колосниковую разборную решетку, на которой уложен слой сетки, размещен слой адсорбента, причем на верхнюю сетку, прикрывающую слой адсорбента, положены грузы для предотвращения уноса адсорбента при десорбции, а выгрузка отработанного адсорбента осуществляется через по меньшей мере два разгрузочных люка, расположенных симметрично относительно вертикальной оси корпуса, в днище которого смонтирован смотровой люк со штуцером для отвода конденсата и подачи воды, а также барботер со штуцером для подачи водяного пара, барботер выполнен по всей длине корпуса в виде по меньшей мере одной перфорированной цилиндрической трубы и закреплен на поверхности днища посредством распорок, а коэффициент перфорации цилиндрической поверхности барботера лежит в оптимальном интервале величин: K=0,5…0,9, а отношение длины L цилиндрической части корпуса к его диаметру D находится в оптимальном соотношении величин: L/D=1,5…5,0; отношение длины L цилиндрической части корпуса к толщине S его стенки находится в оптимальном соотношении величин: L/S=300…1125; отношение высоты слоя адсорбента H1 к длине L цилиндрической части корпуса находится в оптимальном соотношении величин: H1/L=0,05…0,27, причем адсорбент выполнен шарообразной формы, в котором выполнены несквозные радиальные выемки, причем выемки имеют форму цилиндрической, конической, сферической поверхностей или любой поверхности тел вращения. Технический результат - повышение степени очистки газового потока от целевого компонента и пыли за счет увеличения площади контакта адсорбента с целевым компонентом. 6 ил.

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов в системе газ (пар) - адсорбент, к кольцевому адсорберу, содержащему цилиндрический корпус с крышкой и днищем, выполненными эллиптической формы, причем в крышке смонтированы загрузочный и смотровой люки, причем загрузочный люк соединен с бункером-компенсатором, расположенным в крышке, а штуцер для подачи исходной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха расположен в нижней части корпуса, в которой закреплены опоры для базы под внешний и внутренний перфорированные цилиндры, причем выгрузка отработанного адсорбента осуществляется через разгрузочный люк, установленный в нижней части корпуса, который закреплен в, по меньшей мере, трех установочных лапах, а штуцер для отвода паров и конденсата при десорбции и для подачи воды расположен в днище, в котором закреплен штуцер для отвода очищенного газа и отработанного воздуха и для подачи водяного пара, причем он закреплен через коллектор, имеющий два канала, причем в одном из которых расположена заслонка для процесса десорбции, с барботером, барботер выполнен тороидальной формы по всей высоте перфорированных цилиндров, а штуцер для предохранительного клапана установлен в верхней части корпуса, причем адсорбент выполнен шарообразной формы, в котором выполнены несквозные радиальные выемки, причем выемки имеют форму цилиндрической, конической, сферической поверхностей или любой поверхности тел вращения. Технический результат - повышение степени очистки газового потока от целевого компонента за счет увеличения площади контакта адсорбента с целевым компонентом. 6 ил.

Изобретение относится к улучшенному способу получения алкиленкарбоната и/или алкиленгликоля. Способ включает введение исходного сырья для эпоксидирования, содержащего алкен, кислород и газ рецикла для эпоксидирования, в контакт с катализатором эпоксидирования в реакторе эпоксидирования для получения продукта реакции эпоксидирования, содержащего алкиленоксид, введение продукта реакции эпоксидирования в контакт с тощим абсорбентом в присутствии бромидсодержащего катализатора карбоксилирования в абсорбере алкиленоксида для получения газа рецикла для эпоксидирования и жирного абсорбента, содержащего алкиленкарбона, и введение, по меньшей мере, части газа рецикла для эпоксидирования в контакт с абсорбентом очистки, способным уменьшать количество бромидсодержащих примесей, перед введением в контакт с катализатором эпоксидирования, где абсорбент очистки располагают в одной или нескольких отдельных емкостях очистки, расположенных по ходу технологического потока до реактора эпоксидирования, или где реактор эпоксидирования представляет собой многотрубный кожухотрубный теплообменник, содержащий абсорбент очистки, расположенный в реакторе эпоксидирования по ходу технологического потока до трубок реактора, и где тощий абсорбент необязательно содержит воду. При этом продукт реакции эпоксидирования контактирует с тощим абсорбентом необязательно в присутствии катализатора гидролиза и температура в абсорбере алкиленоксида составляет, по меньшей мере, 60°С. Способ позволяет повысить селективность процесса, улучшить активность и продолжительность времени сохранения катализатора эпоксидирования. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Наверх