Способ очистки криоагента и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к криогенной технике, а точнее касается блоков очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок. 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 очистки криоагента продувку адсорберов при регенерации ведут всем потоком загрязненного криоагента, регенерацию адсорберов проводят при том же давлении, что и адсорбцию примесей, а регенерирующий поток, после его охлаждения и отвода конденсата примеси, направляют на очистку в предварительно охлажденный второй адсорбер. В устройстве для очистки криоагента установлен регенератор, конденсационная ступень включена в устройство, составляющей единый каскад со ступенью охлаждения криоагента, при этом трубопровод загрязненного потока снабжен двумя дополнительными запорными органами, установленными на входе трубопровода загрязенного потока в ступень охлаждения криоагента и на выходе из этой ступени. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 D 53 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cb

CO

Ж

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

rlP14 ГКНТ СССР

1 (21) 4383706/23-26 (22) 11.07.88 (46) 23.11.90. Бюл. № 43 (72) И. И. Кирилов, Ю. И. Духанин, В. А. Наумов и Г. В. Кусый (53) 621.59.032(088,8) (56) Технические предложения лаборатории

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

and Chemical, Pennsylvania 18103 («Proposal for Helium Refrigeration Systems», Propesal ¹ 4-2060-4-3, 6 Мау,1974). (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ КРЙОАГЕНТА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к криогенной технике, а точнее касается блоков очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижительно-рефрижераторных установок. Изобретение позволяет исключить использование очищенного криоагента на подготовку адсорберов к раИзобретение относится к криогенной технике, а точнее касается блоков очистки криоагента от примесей азота и кислорода гелиевых и водородных ожижител ьно-рефрижераторных установок.

Цель изобретения — исключение использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличение срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле.

На чертеже изображена схема устройства для очистки криоагента по предлагаемому способу для низкотемпературной очистки гелия (водорода) от примесей N2 и О>.

Устройство включает два переключающихся адсорбера 1 и 2, заполненных активированным углем, ступень охлаждения криоÄÄSUÄÄ 1607902 А 1

2 боте и увеличить срок службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродинамических параметров в адсорбционном цикле. Это достигается тем, что в способе очистки криоагента продувку адсорберов при регенерации ведут всем потоком загрязненного криоагента, регенерацию адсорберов проводят при том же давлении, что и адсорбцию примесей, а регенерирующий поток, после его охлаждения и отвода конденсата примеси, направляют на очистку в предварительно охлажденный второй адсорбер.

В устройстве для очистки криоагента установлен регенератор, конденсационная ступень включена в устройство, составляющее единый каскад со ступенью охлаждения криоагента, при этом трубопровод загрязненного потока снабжен двумя дополнительными запорными органами, установленными на входе трубопровода загрязненного потока в ступень охлаждения криоагента и на выходе из этой ступени. 2 с. п. ф-лы, 1 ил. агента до температуры адсорбции Т., состоящую из теплообменника 3 и ванны 1. жидкого азота со змеевиками прямого и обратного потоков, ступень конденсационного удаления примесей из криоагента, использованного для регенерации отработавшего адсорбера, состоящую из теплообменника 5, ванны 6 вакуумированного жидкого азота со змеевиком и отделителя 7 конденсата примеси. Трубопровод 8 прямого потока ступени охлаждения после ванны 4 раздваивается, направляясь через запорный орган 9 на соединение с трубопроводом 10 подачи регенерирующего потока, а через запорный ор га н 1 в конде нсационную ступен ь. На трубопроводе 10, ответвляющемся от трубопровода 8 до входного запорного органа 12, установлен электронагреватель 13. Трубо1607902

11ровод 14 подачи в адсорберы загрязненного (очищаемого), регенерирующего или охлаждающего потоков с запорными органами 15 и 16 и трубопровод 17 подачи на очистку в адсорберы регенерирующего потока уже прошедшего конденсационную ступень с запорными органами 18 и 19 соединены с верхней частью адсорберов 1 и 2. Трубопровод 20 вывода очищенного криоа гент а с запорными органами 21 и 22; образующий обратный поток в ступени охлаждения, и трубопровод 23 вывода регенерируюшего и оХлаждающего потоков с запорными органами 24 и 25 соединены с нижней частью адсорберов 1 и 2. На трубопроводе 23 установлен регенератор 26, оба конца которого через запорные органы 27 н 28 соединены с участком трубопровода 23, связывающим этот аппарат с адсорберами, а через запорные органы 29 и 30 с участком трубопровода 23, соединяющим регенератор 26 через первый дополнительный запорный орган 31 с трубопроводами 8 после запорного органа 12, а через второй дополнительный запорный орган 32 с трубопроводом 17 после запорного органа 11.

Способ осуществляют следующим образом.

В блоке очистки гелия, включающем теплообменный узел (в котором сжатый до рабочего давления P = 2,5 МПа загрязненный криоагент охлаждается до температуры адсорбции Т.. = 80 К), два переключающихся адсорбера 1 и 2 и узел конденсационного удаления примесей из отходящего регенерирующего газа, регенерацию отработавшего адсорбера 1 или 2 осуществляют согласно предлагаемому способу, а именно путем продувки слоя адсорбента всем потоком загрязненного гелия, нагретого до температуры десорбции (Т»- 50 С) и подаваемого в адсорбер 1 при рабочем давлении, т. е. при котором осуществляется адсорбционная очистка. Подачу регенерируюшего газа в адсорбер 1 производят путем простого переключения направления потоков (гелий, направляемый ранее в адсорбер на очистку через теплообменный узел, направляют в тот же адсорбер, минуя теплообменный узел, с подогревом в установленном на обводной линии нагревателе). Основная часть десорбируемых примесей удаляется из прошедшего через нагреваемый адсорбер газа в виде конденсата, образующегося за счет охлаждения отходящего регенерирующего потока до 65 — 68 К в теплообменнике конденсационного узла и отделяемого затем в фазоразделителе. Подогретый примерно до температуры окружающей среды (при обратном прохождении через теплообменник 5 конденсацианного узла) регенерирующий газ подают на охлаждение. в теплообменный узел блока очистки и затем на очистку в адсорбер предварительно охлажденный. Очищенный .газ пропускают обратным потоком.

Зб

55 через теплообменник 5 узла охлаждения и направляют потребителю. Охлаждение нагре того адсорбера 1 осуществляют также всем потоком загрязненного гелия, подаваемого в адсорбер 1 при рабочем давлении. Подачу охлаждающего газа в адсорбер 1 осуществляют путем обратного переключения направления потоков (гелий, направляемый ранее в адсорбер 1 или 2 по обводной линии, направляют в тот же адсорбер 1 или 2 через теплообменный узел). В начале охлаждения, пока адсорбер 1 не отдуется от находящегося в его полости загрязненного гелия, отходящий из охлаждаемого аппарата поток направляют на доочистку в адсорбер

2 (через конденсационный узел). Последующее охлаждение ведут с выдачей криоагента потребителю. После завершения охлаждения отрегенерированного адсорбера 1 осуществляют переключение аппаратов, т. е. включают в нормальную работу адсорбер 2, используемый ранее для очистки регенериру|ошего и охлаждающего потоков. Таким образом, обеспечивается непрерывная выдача очищенного криоагента потребителю.

Устройство для очистки криоагента работает следующим образом.

Загрязненный криоагент, подаваемый по трубопроводу 8, охлаждают сначала в теплообменнике 3 до -90 К за счет теплообмена с,обратным потоком очищенного криоагента и парами азота, отходящими из ванны 4 жидкого азота, затем в ванне 4 до

Т.» = 80 К, после чего через запорный орган 11 направляют через теплообменник 5 в ванну 6 вакуумированного азота на охлаждение до 66 — 68 К и затем подают в отделитель 7 конденсата примеси, в котором осуществляют отвод конденсата, образующегося в случае сильного загрязнения криоагента.

После этого криоагент направляют обратным потоком в теплообменннк 5 и далее через запорный орган 18 (или 19) на очистку в предварительно охлажденный адсорбер 1 (или 2).

Выходящий через запорный орган 21 (или 22) из адсорбера 1 (или 2) очищенный криоагент по трубопроводу 20, по змеевику азотной ванны 4 обратным потоком по теплообменнику 3 выдают потребителю. В пусковой период первоначальное охлаждение адсорберов 1 и 2 осуществляют одновременно путем подачи охлажденного загрязненного криоагента вышеописанным образом сразу в два адсорбера.

После этого, как адсорбер 1 (или 2) отработает до «проскока» примеси его ставят на регенерацию, для чего открывают запорные органы 19 (или 18), 22 (или 21), направляя поток криоагента в адсорбер 2 (или 1), закрывают запорные органы 21 (или 22) и 18 (19), открывают запорные ор ганы 15, 24 (или 25), 27, 30, 31, после чего за-. крывают запорный орган 12. Таким образом, весь поток загрязненного криоагента по тру

160?902 бопроводу 10 через электронагреватель 13, в котором осуществляется нагрев регенерирующего потока до температуры десорбции

Taec 50 C (323 К), и затем по трубопроводу 14 через запорный орган 15 (или 16) подают на продувку адсорбера I (или 2).

Выходящий через запорный орган 24 (или 25) из адсорбера 1 (или 2) охлажденный до температуры адсорбции регенери рующий поток направляют через запорный орган 27 в регенератор 26, где он нагревается до температуры окружающей среды, и затем через запорный орган 30 по трубопроводу 23, через запорный орган 31 подают в трубопровод 8. Использованный для регенераций криоагент, подаваемый в трубопровод 8, охлаждают сначала в теплообменнике 3 и в азотной ванне 4 до 80 К, а затем в теплообменнике 5 и в ванне 6 вакуумированного азота до 66 — 68 К (т. е. до уровня только на 3 — 5 градусов превышающе "o температуру замерзания азота), после чего подают в отделитель 7 конденсата примеси, в котором осугцествляют отвод копденсага образовавшегося при охлаждении криоагепта. Освобожденный от конденсата примеси криоагент направляют сначала обратным потоком в теплообменник 5, в котором за счет теплообмена с прямым потоком он подогревается на -10 градусов (при этом уносимый из отделителя 7 аэрозоль испаряется), а затем через запорный орган 20 (или 19) на очистку в предварительно охлажденный адсорбер 2 (или I ). Очищенный поток криоагента через запорный орган 22 (или 21) по трубопроводу 20 подают для снятия теплоты адсорбции в змеевик азотной ванны 4, пропускают обратным потоком через теплообменник 3 и выдают потребителю. Когда температурный фронт достигнет выходного конца адсорбера (или 2) и температура . потока на выходе из адсорбера начнет интенсивно повышаться, отходящий регеперирующий газ направляют по трубопроводу 23, минуя регенератор 26, через запорные органы 28 и 30 па его теплом конце, запорный орган 27 закрывают. Г!родувку адсорбера I (илн 2) продолжают до тех пор, пока содержание примесей во входягцем и вы. ходящем из аппарата регенерирующем потоке не станет практически одинаковым. После этого регенерацию адсорбера 1 (или 2) прекращают и начинают его охлаждение, для чего выключают электронагреватсль 14, открывают запорпый орган 12, закрывают запорные органы 30 и 3! и после этого открывают запорпые органы 9, 29 и 32 и закрывают запор ый орган I I. Таким образом, весь поток загрязненного криоагента, прошедшего по трубопроводу 8 ступень охлаждения до температуры адсорбции, через запорные органы 9, 15 по трубопроводу 15 подают на охлаждение адсорбера 1 (или 2).

Выходящий через запорный орган 24 (или 25) из адсорбера 1 (или 2) нагретый. до темпе70

Формула изобретения

50 ного криоагспта, регенерацию адсорбсров

55 проводят прп том же давлении, что и адсорб- цию примесей, а регснерирукпций поток после его охлаждения и отвода копдепсата при меси направляют на очистку в предварп5

l0

l5

35 ратуры адсорбции охлаждающий поток направляют через запорный орган 28 в регенератор 26, где о» охлаждается до температуры адсорбции (и затем через запорный орган 29 по трубопроводу 23 через запорный орган 32 и далее, на начальном этапе охлаждения адсорбера I (или 2), через конденсационную ступень по трубопроводу 17, через запорный орган 19 (или 18) подают йа очистку в адсорбер 2 (или !). Выходящий при этом из адсорбера 2 (или I) очищенный криоагент через запорный орган 22 (илп 21) по трубопроводу 20 выдают потребителю.

Когда температурный фронт достигнет выходного конца адсорбера н температура отходящего охлаждающего потока начнет интенсивно понижаться, охлаждение адсорбера (или 2) прекращают и включают в работу в нормальном режиме очистки адсорбер 2 (или 1), для чего открывают запорный орган 19 (или !8), закрывают запорный орган 32, открывают орган 11, после этого закрывают 9, !5 (илп 16), 24 (или 25), 28, 29 и 32. После того, как адсорбер 2 (или 1) отработает до «проскока» примеси, его ставят на регенерацию и повторяют весьописанный выше адсорбцнонно-десорбциопный цикл.

Предлагаемый способ очистки криоагента позволяет повысить надежность блоков очистки гелиевых и водородных ожижител ь по- рефрп же ритор пых установок, обеспечивает очистку. криоагспта использованного для регенерации адсорберов без привлечения сторонних средств, исключает использование очищенного крпоагспта и возможность его загрязнения прп подготовке адсорберов к работе.

I. Способ очистки криоагепта в двух переключающихся адсорбсрах, включающий адсорбцию примессй из потока загрязненного криоагепта, нагрев отработавшего адсорбера при его регенерации путем продувки тем же криоагептом, нагретым до температуры десорбции, отвод основной части десорбнруемых примесей из охлажденного регеперирующего потока в виде конденсата и охлаждение нагретого адсорбера путем его продувки загрязненным криоаге том, охлажденным flo температуры адсорбпии, отличаюи<ийея тем, что, с целью псключспия использования очи щепного криоа гснта па подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбепта за счет повышения стабильности гидродипамических параметров в адсорбционпом цикле, продувку адсорберов при регенерации ведут всем потоком загрязнен

1607902

Составитель А. Бабочкин

Редактор В. Бугренкова Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Заказ 3580 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !О! тельно охлажденный также всем потоком за-. грязненного криоагента второй адсорбер.

2. Устройство для очистки криоагента, включающее два переключающихся адсорбера, связанные трубопроводом вывода очищенного криоагента со ступенью конденсационного удаления примесей из криоагента и ступенью охлаждения криоагента до температуры адсорбции, а также связанной с трубопроводом регенерирующего потока криоагента нагреватель регенерирующего газа, трубопровод охлаждаемого потока, проходящий через ступени охлаждения криоагента до температуры адсорбции и конденсационного удаления примесей из криоагента, и трубопровод загрязненного потока, соединяю- 15 щий нагреватель регенерирующего газа и адсорберы, отличающееся тем, что, с целью исключения использования очищенного криоагента на подготовку адсорберов к работе и увеличения срока службы адсорбента за счет повышения стабильности гидродина8 мических параметров в адсорбционном цикле, устройство снабжено регенератором, оба конца которого снабжены запорными органами, соединенными с примыкающим к адсорберам и с отходящим от них учасками трубопровода регенерирующего и охлаждающего потоков, конденсационная ступень составляет единый каскад со ступенью охлаждения криоагента, при этом трубопровод загрязненного потока снабжен двумя дополнительными запорными органами, установленными на входе его в ступень охлаждения криоагента и на выходе его из этой ступени, трубопроводы подачи регенерирующего и охлаждающего потоков в адсорберы ответвлены от трубопровода загрязненного потока соответственно до первого и до второго запорных органов, а трубопроводы возврата регенерирующего и охлаждающего потоков на очистку соединены с трубопроводом загрязненного потока соответственно после первого и после второго запорных органов.