Мембранный аппарат для выделения водорода из газовых смесей

 

Изобретение относится к диффузионным аппаратам для выделения чистого водорода из газовых смесей через трубчатые мембраны из сплава на основе палладия и может использоваться в химической и металлургической пром. Цель изобретения - интенсификация процессов выделения водорода из газовой смеси и теплообмена в регенеративных теплообменниках за счет турбулизации потоков газовой смеси и чистого водорода в зонах диффузии и теплообмена, а также повышение надежности работы аппарата и упрощение конструкции. Аппарат состоит из корпуса 1, выдерживающего высокое давление, внутри которого размещена насадка 3 со съемными мембранными модулями 5 и электронагревателем 6. Холодную газовую смесь догревают до оптимальной температуры (450-600°С) диффузии в электронагревателе 6 и направляют параллельными потоками в мембранные модули 5 на разделение. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5И 4 В 01 D 53/22

OllNCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4122500/23-26 (22) 23.09.86(46) 15.04.89. Бюл. № 14 (72) А. H. Антонов, В. Б. Ромашевский, А. В. Сахаров, В. В. Жуков, А. P. Толчинский, Ю. К. Байчток, Б. Г. Зисельман и В. М. Сидоров (53) 66.067-278.002.73:532.771 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 573444, кл. В 01 D 13/00, 1974. (54) МЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ

СМЕСЕЙ (57) Изобретение относится к диффузионным аппаратам для выделения чистого водорода из газовых смесей через трубчатые мембрань| из сплава на основе палладия и

„„SU„„1472104 A 1 может использоваться в химической и металлургической промышленности. Цель изобретения — интенсификация процессов выделения водорода из газовой смеси н теплообмена в регенеративных теплообменниках за счет турбулизации потоков газовой смеси и чистового водорода в зонах диффузии и теплообмена, а также повышение надежности работы аппарата и упрощение конструкции.

Аппарат состоит из корпуса 1, выдерживающего высокое давление, внутри которого размещена насадка 3 со съемными мембранными модулями 5 и электронагревателем 6.

Холодную газовую смесь догревают до оптнмальнс и температуры (450 — 600 С) диффузии в электронагревателе 6 и направляют параллельными потоками в мембранные модули 5 на разделение. 1 ил.

1472104

Формула изобретения

Составитель А. Свитцов

Редактор М. Ба нду ра Текред И. Верес Корректор М. Пожо

Заказ 1411/8 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1!3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О!

Изобретение относится к диффузионным аппаратам для выделения водорода из газовых смесей и может использоваться в химической и металлургической промышленности.

Цель изобретения — повышение производительности аппарата и степени извлечения водорода за счет турбулизации газовой смеси.

На чертеже приведена конструктивная схема аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1, выдерживающего внутреннее избыточное давление, крышки 2, насадки 3, состоящей из кожуха 4 с термоизоляцией, съемных мембранных модулей 5, выполненных в виде пучка трубчатых элементов, электронагревателя 6, отводящих труб 7 с термоизоляционными экранами 8, термопары 9, штуцера 10 входа исходной газовой смеси, штуцеров 11, 12 соответственно вывода балластного газа, вывода водорода, подвесного устройства насадки 13.

Каждый съемный мембранный модуль состоит из двойных змеевиковых теплообменников 14 для охлаждения отходящего водорода и балластного газа, пучков трубчатых элементов 15 из сплава на основе палладия, перегородки 16, трубчатого кожуха 17.

Кожухи мембранных модулей в верхней части герметично прикреплены к крышке 18 насадки. Нижние концы модулей не закрепляются и могут перемещаться при удлинении от нагревания.

Электронагреватель 6 для возможности замены и компенсации температурных удлинений при нагревании тоже герметично закреплен только вверху к крышке 18 и шинам токоотвода 19, а отводящие трубы 7 установлены по оси змеевиков теплообменников 14 и не закреплены снизу.

Аппарат работает следующим образом.

Водородсодержащая смесь газов под давлением до 32 МПа с температурой, близкой к температуре окружающего воздуха, поступает в аппарат через штуцер !0, проходит вверх по кольцевому зазору между наружным корпусом 1 и кожухом 4 насадки, предохраняя от перегрева наружный корпус, затем поступает на подогрев в регенеративные теплообменники 14 мембранных модулей

5, нагревается там до 300 — 400 С, охлаждая при этом балластный газ и полученный водород до 100 — 180 С. Из регенеративных теплообменников 14 газовая смесь по отводя-. щим трубам 7 подается в электронагреватель 6, где подогревается до 450 †6 С и направляется на разделение в зону диффузии модулей 5, где из газовой смеси во внутреннюю полость трубчатых элементов 15 выделяется чистый водород.

На скорость переноса водорода через стенки трубчатых элементов существенное влияние оказывает турбулентный перенос водорода из ядра потока к стенкам мембранных трубок в полости высокого давления, а также турбулентный перенос газа от стенок в ядро потока в трубчатых элементах.

Турбулентный перенос продифундированного водорода от внутренних стенок трубчатых элементов в ядро потока обеспечивается восходящим потоком водорода увеличенного объема вследсвие положения давления в этой полости.

Снаружи трубчатых элементов 15 турбулизация обеспечивается ограничением сечения потока газовой смеси кожухами 17 мемб20 ранных модулей 5.

Из зоны диффузии водород и балластный газ поступают в змеевики регенеративных теплообменников 14.

Охлажденные до 100 — 180 С водород и балластный газ выводятся через штуцеры 11 и 12 из аппарата.

Увеличение скорости потока газовой смеси за счет ограничения сечения кожухами 17 и установкой по оси змеевиков, отводящих труб 7 с экранами 8 интенсифицирует процесс теплообмена между входящей газовой смесью и отходящими газами, что снижает расход электроэнергии на нагревание газовой смеси.

Мембранный аппарат для выделения водорода из газовых смесей, содержащий корпус с патрубками ввода газовой смеси и вывода продуктов, расположенный внутри корпуса электронагреватель, трубчатые

40 мембранные элементы, а также регенеративные теплооб менн ики, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности аппарата и степени извлечения водорода за счет турбулизации газовой смеси, трубчатые мембранные элементы выполнены в виде пучков, размещенных равномерно вокруг электронагревателя, а регенеративные теплообменники — змеевиковыми, и каждый пучок мембранных элементов со своим регенеративным теплообменником снабжен трубчатым кожухом.