Способ регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси и установка для его осуществления

 

Сущность изобретения: производят сбор продуктов дыхания с помощью блоков улавливания, десорбцию газов путем нагрева и вытеснение десорбируемых газов продувочным газом, отделение воды и затем углекислого газа, осаждение ксенона в конденсаторе ксенона, вакуумирование последнего и перевод ксенона в газообразное состояние путем нагрева для закачивания в баллоны. Продувочный газ пропускают через блоки улавливания последовательно, при осаждении ксенона в конденсаторе ксенона несконденсированные газы направляют в охлажденный угольный адсорбер, а блоки улавливания охлаждают и заполняют продувочным газом. При этом обеспечено высокое качество регенерации блоков улавливания, практически исключены потери ксенона, обеспечена стабилизация скорости и давления газа, снижено содержание паров и других воздушных примесей в получаемом ксеноне, сокращена длительность процесса. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для регенерации медицинского ксенона, использованного в газонаркотических смесях, применяемых в наркозных и ингаляционных аппаратах. С освоением современных технологий промышленного получения ксенона появилась возможность применения этого благородного газа в качестве анестетика и терапевтического средства. Многочисленные экспериментальные и клинические исследования подтверждают наличие у ксенона более сильных наркотических свойств, чем у закиси азота. Вместе с тем, ксенон нетоксичен, лишен побочных эффектов, не вызывает канцерогенного, аллергического и кардиодепрессивного воздействия, не оказывает влияния на состав и систему свертывания крови, иммунитет, экологически чист и безопасен для больного и окружающего персонала. В то же время ограничением для использования ксенона в медицине являются небольшие объемы производства и относительно высокая стоимость. Все это диктует необходимость совершенствования методов, позволяющих осуществлять регенерацию медицинского ксенона, т.е. выделение его из отработанной газонаркотической смеси для повторного применения.

Известен способ регенерации медицинского ксенона из отработанной газонаркотической смеси и устройство для его осуществления, предусматривающие улавливание и хранение выдыхаемых продуктов в резервуаре низкого давления, разделение, при котором отработанную газонаркотическую смесь помещают в адсорберы-ловушки с сорбентом, которые предварительно замораживают до образования твердого ксенона, затем, после отделения определенных газовых компонентов, адсорберы отогревают при одновременном регулировании давления до переконденсации ксенона, который собирают в баллон высокого давления (1).

Недостатками этого способа являются сложность и малая эффективность, отсутствие возможности быстрого и полного извлечения ксенона из отработанной смеси, низкий к.п.д. установки.

Известен способ регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси, при котором производят десорбцию газов путем нагрева блоков улавливания ксенона, содержащих продукты дыхания, адсорбированные в процессе воздействия газовой смесью, включающей ксенон, и вытеснение десорбируемых газов продувочным газом, а также отделение углекислого газа и воды, осаждение ксенона в конденсаторе ксенона, выделение продувочного газа вакуумированием конденсатора ксенона и перевод ксенона в газообразное состояние путем нагрева в конденсаторе ксенона с последующим закачиванием в баллон, там же известна установка, содержащая десорбер для размещения блоков улавливания ксенона, соединенных параллельно с возможностью пропускания продувочного газа, средства нагрева блоков улавливания в десорбере, конденсатор воды, поглотитель углекислого газа, конденсатор ксенона, к которому подключены вакуумный насос и расположенные в охлаждаемой камере баллоны для закачивания ксенона, а также источники хладагента и продувочного газа (2).

Недостатками этого способа являются низкое качество регенерации блоков улавливания, значительные потери ксенона в атмосферу, возможность перемерзания промежуточных трубопроводов, низкий к.п.д. установки, поскольку увеличен расход продувочного газа при параллельной продувке блоков улавливания, велика длительность процесса.

Технической задачей данной группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является создание эффективного способа и высокопроизводительной установки для регенерации медицинского ксенона, обеспечивающей достаточную степень очистки ксенона, простой и комфортной в обслуживании, а также расширение арсенала способов и средств регенерации медицинского ксенона.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что обеспечено высокое качество освобождения блоков улавливания ксенона от адсорбированных газов, сведены к минимуму потери ксенона в атмосферу, обеспечена стабилизация скорости продувочного газа во всех блоках улавливания, снижено содержание примесей в получаемом ксеноне, практически исключено перемерзание трубопроводов установки, повышен к.п.д. установки, сокращена длительность процесса регенерации.

Сущность изобретения в части способа регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси состоит в том, что производят десорбцию газов путем нагрева блоков улавливания ксенона, содержащих продукты дыхания, адсорбированные в процессе воздействия газовой смесью, включающей ксенон, и вытеснение десорбируемых газов продувочным газом, а также отделение углекислого газа и воды, осаждение ксенона в конденсаторе ксенона, выделение продувочного газа вакуумированием конденсатора ксенона и перевод ксенона в газообразное состояние путем нагрева в конденсаторе ксенона с последующим закачиванием в баллон, причем продувочный газ пропускают через блоки улавливания последовательно, отделение воды производят перед отделением углекислого газа, несконденсированные в конденсаторе ксенона газы направляют в угольный адсорбер с охлажденным активированным углем, а блоки улавливания после вытеснения десорбируемых газов охлаждают и заполняют продувочным газом.

Предпочтительно газы направляют в угольный адсорбер с предварительно охлажденным до температуры минус 80±3°С активированным углем, вакуумирование конденсатора ксенона производят до остаточного давления не более 0,1 мм рт.ст. при температуре минус 190±3°С, закачивание ксенона в баллон осуществляют при температуре конденсатора ксенона 20-30°С и температуре баллона не выше минус 50°С, отделение воды производят конденсированием, а отделение углекислого газа производят с помощью цеолитового поглотителя, охлажденного до минус 5-0°С, в качестве продувочного газа используют газообразный хладагент, прошедший через конденсатор воды и цеолитовый адсорбер для их охлаждения, в качестве продувочного газа используют газ из группы: аргон, гелий, азот при постоянном давлении, близком к атмосферному, нагрев блоков улавливания в десорбере и подачу продувочного газа производят последовательно, причем нагрев блоков улавливания производят до температуры 160-180°С, продувочный газ пропускают через блоки улавливания с расходом 3±0,2 л/мин, в качестве хладагента для конденсации воды и охлаждения конденсатора ксенона используют жидкий азот, блоки улавливания после десорбции ксенона охлаждают до температуры ниже 50°С, а после заполнения продувочным газом закрывают заглушками, причем блоки улавливания после десорбции ксенона охлаждают до температуры ниже 50°С газообразным хладагентом, прошедшим через адсорбер для его охлаждения, и одновременно с десорбцией ксенона в десорбере из очередной партии блоков улавливания производят десорбцию ксенона из другого угольного адсорбера, заполнение которого осуществлялось в цикле регенерации ксенона из предшествующей партии блоков улавливания ксенона.

Сущность изобретения в части установки для осуществления способа состоит в том, что установка, содержащая десорбер для размещения блоков улавливания ксенона, соединенных с возможностью пропускания продувочного газа, средства нагрева блоков улавливания в десорбере, конденсатор воды, поглотитель углекислого газа, конденсатор ксенона, к которому подключены вакуумный насос и расположенные в охлаждаемой камере баллоны для закачивания ксенона, а также источники хладагента и продувочного газа, снабжена двумя подключенными к конденсатору ксенона угольными адсорберами, установленными с возможностью нагрева угольного адсорбера, подключенного к входу, и охлаждения угольного адсорбера, подключенного к выходу конденсатора ксенона, а конденсатор воды установлен перед поглотителем углекислого газа, выполненным в виде цеолитового адсорбера, связанного со входом конденсатора ксенона.

Предпочтительно установка выполнена с возможностью последовательного соединения блоков улавливания ксенона и последовательного пропускания через них продувочного газа, источник хладагента для конденсатора воды и источник продувочного газа для блоков улавливания ксенона выполнены заодно в виде сосуда Дьюара, связанного с последовательно соединенными контурами охлаждения цеолитового адсорбера и конденсатора воды и с последовательно связанными блоками улавливания ксенона, а источник хладагента для угольного адсорбера и источник хладагента камеры расположения баллонов выполнены заодно в виде другого сосуда Дьюара, связанного с последовательно соединенными контурами охлаждения угольного адсорбера и указанной камеры.

На чертеже изображена принципиальная схема установки для осуществления способа регенерации медицинского ксенона из отработанной газонаркотической смеси.

Установка содержит десорбер 1 с теплоизолированным корпусом и средствами нагрева в виде нагревательных элементов (не обозначены), встроенных в ячейки для размещения блоков 2 улавливания ксенона (сокращенно БУК), заполненных твердым сорбентом, например активированным углем, и соединенных последовательно соответствующими трубопроводами (не обозначены) установки. После десорбера 1 последовательно связаны конденсатор 3 воды, цеолитовый адсорбер 4 (с цеолитовым поглотителем) и конденсатор 5 ксенона проточного типа, имеющий рубашку, заполненную жидким азотом, и нагревательный элемент (не обозначены). Угольные адсорберы 6 и 7 заполнены активированным углем (угольная засыпка) и выполнены конструктивно идентичными. Они установлены с возможностью нагрева угольного адсорбера 7 (нагревательными элементами, изображенными на схеме для адсорбера 7), подключенного к входу конденсатора 5 ксенона и с возможностью охлаждения хладагентом из сосуда 12 Дьюара угольного адсорбера 6, подключенного к выходу конденсатора 5 ксенона. Баллоны 8 для регенерированного ксенона емкостью 5 л установлены в теплоизолированной охлаждаемой камере 9, сосуд 10 Дьюара связан с адсорбером 4, вакуумный насос 11 подключен к конденсатору 5 ксенона, сосуд 12 Дьюара связан с адсорбером 6, краны (не обозначены) предназначены для переключения направления потоков. Трубопроводы, по которым протекает газовая смесь, содержащая ксенон, и производится сброс примесей, изображены на чертеже сплошными линиями, а трубопроводы, по которым протекает хладагент из сосудов 10, 12 Дьюара через контуры охлаждения (не изображены) конденсатора 3, камеры 9 и адсорберов 4, 6 и продувочный газ на входе в блоки 2, изображены прерывистыми линиями.

Способ регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси осуществляется следующим образом.

При выполнении воздействия ксенонсодержащей газовой смесью, в частности оперативного вмешательства или терапии, продукты, выдыхаемые человеком, подвергнутым анестезии или лечению газонаркотической смесью, содержащей ксенон, и, как правило, кислород адсорбируются твердым сорбентом сменных блоков 2 улавливания. Эти продукты дыхания содержат как ксенон, так и углекислый газ, пары воды, азот, кислород и ряд других газов, являющихся продуктами жизнедеятельности. Таким образом, блоки 2 улавливания, поступающие на регенерацию, содержат продукты дыхания, адсорбированные в процессе воздействия газовой смесью, включающей ксенон, т.е. отработанную газонаркотическую смесь, содержащую газообразные продукты жизнедеятельности человека, образовавшуюся в результате дыхания пациента(ов) в процессе хирургического или терапевтического воздействия.

Для проведения регенерации ксенона блоки 2 устанавливают в ячейки десорбера 1 в количестве до 5 шт. Блоки 2 соединяют между собой последовательно и подключают с одной стороны к трубопроводу, по которому протекает продувочный газ (азот), а с другой - к конденсатору 3. Десорбция газовой смеси из блоков 2 производится путем прогрева до температуры 160-180°С с помощью нагревательных элементов, встроенных в ячейки десорбера 1. После достижения указанной температуры при постоянном давлении, близком к атмосферному, в десорбер 1 на вход линии из последовательно соединенных блоков 2 подается продувочный газ для последовательного вытеснения десорбированных газов из твердого сорбента блоков 2. В качестве продувочного газа для блоков 2 используется газообразный хладагент, например азот из сосуда 10 Дьюара, предварительно задействованный для охлаждения цеолитового адсорбера 4 и конденсатора 3 воды. При отсутствии азота может быть использован также аргон или гелий. Продувочный газ пропускается через последовательно соединенные блоки 2 улавливания с расходом 3±0,2 л/мин, вытесняя десорбируемые газы, т.е. ксенон и сопутствующие примеси газов. Выделившаяся газовая смесь, содержащая ксенон, направляется в конденсатор 3 воды, где при температуре ≈0°C производится основное отделение воды путем конденсации водяных паров на охлажденных металлоконструкциях конденсатора 3.

Далее ксенон с оставшимися примесями поступает в адсорбер 4, предназначенный для очистки ксенона от СО₂ (углекислый газ) и оставшихся паров воды. Осаждение происходит на цеолитовом поглотителе, охлажденном до температуры минус 5-0°С. Таким образом, благодаря последовательному отбору паров воды на установленных первыми после десорбера 1 аппаратах 3, 4 различного принципа действия, его содержание в трубопроводах установки и в смеси с ксеноном минимально. Одновременно может производиться десорбция ксенона из адсорбера 7 методом прогрева до температуры 160-180°С с помощью встроенных нагревательных элементов.

Очищенный от СО₂ и паров воды ксенон из цеолитового адсорбера 4 с остальными примесями и ксенон из адсорбера 7 поступает в конденсатор 5 ксенона, где происходит его кристаллизация (осаждение). В конденсаторе 5 осаждается до 90% ксенона из протекающей газовой смеси, остальные 10% проскока ксенона в составе несконденсированных газов поступают в угольный адсорбер 6, где происходит полное осаждение ксенона на предварительно захоложенном активированном угле при температуре минус 80±3°С. Таким образом, благодаря последовательному отбору ксенона на аппаратах 5, 6 различного принципа действия его потери минимальны. При этом следует отметить, что N₂ и О₂ из газовой смеси на угле в адсорбере 6 практически не задерживаются и сбрасываются в атмосферу. Накопленный в угольном адсорбере 6 ксенон будет извлекаться в конденсатор 5 ксенона на следующем цикле регенерации ксенона (со следующей партией блоков 2), когда он будет установлен по схеме в качестве адсорбера 7. Охлаждение адсорбера 6 до рабочей температуры осуществляется азотом из сосуда 12 Дьюара. После заполнения конденсатора 5 ксеноном адсорбер 6 отключается и производится вакуумирование конденсатора 5 при помощи вакуумного насоса 11 до остаточного давления 0,1 мм рт.ст. при температуре минус 190±3°С. При этом смесь продувочного газа и других несконденсированных газов, в основном O₂ и N₂, выделяется и удаляется в атмосферу. Затем конденсатор 5 ксенона нагревается до температуры 20-30°С, переводя ксенон в газообразное состояние, и подключается к баллонам 8. Газообразный ксенон за счет перепада температуры и давления поступает в баллоны 8, которые охлаждаются в камере 9 хладагентом, поступающим из сосуда 12 Дьюара через адсорбер 6, до температуры около (не выше) минус 50°С. Угольные адсорберы 6 и 7 в очередных циклах работают попеременно в режиме адсорбции ксенона и десорбции ксенона с регенерацией угольной засыпки.

Блоки 2 улавливания после десорбции ксенона охлаждаются до температуры ниже 50°С газообразным хладагентом, прошедшим через адсорбер 4 для его охлаждения, а после заполнения продувочным газом закрываются заглушками. Дезинфекцию сорбента блоков 2 улавливания производят путем нагрева в течение 3-х часов до температуры 160-180°С.

Полученный регенерированный чистый ксенон в баллонах 8 может направляться для глубокой очистки и обеззараживания на специализированное предприятие, имеющее соответствующую сертификацию.

Как видно из изложенного, использование заявляемых способа регенерации медицинского ксенона из газонаркотической смеси и установки для осуществления этого способа имеет следующие технические преимущества и особенности:

- последовательное соединение блоков улавливания при вытеснении ксенона позволяет наиболее полно вытеснить ксенон, сократить расход продувочного газа до 3±0,2 л/мин, увеличить концентрацию ксенона и сопутствующих газов в смеси, поступающей из десорбера, тем самым значительно увеличить коэффициент очистки и осаждения газов в последующих аппаратах и в результате повысить к.п.д. установки;

- удаление основного количества паров воды из регенерируемой смеси производится на предварительно охлажденных поверхностях металлоконструкции конденсатора воды и осуществляется в первую очередь непосредственно после десорбера, что позволяет избежать конденсации паров воды на трубопроводах и остальном оборудовании и сократить длительность процесса;

- удаление СО₂ и окончательное осаждение остатков паров воды из регенерируемой смеси происходит на цеолитовом поглотителе адсорбера, установленного непосредственно после конденсатора воды;

- удаление Н₂О и СО₂ из регенерируемой смеси до начала конденсации ксенона позволяет избежать перемерзания трубопроводов при кристаллизации ксенона в конденсаторе ксенона;

- в качестве продувочного газа используется азот, предварительно задействованный в качестве хладагента в конденсаторе воды и цеолитовом адсорбере;

- подачу продувочного газа в блоки улавливания ксенона начинают после прогрева их до температуры 160-180°С;

- несконденсированные газы в конденсаторе ксенона удаляются в атмосферу через угольный адсорбер, установленный после конденсатора ксенона. При этом происходит практически полное улавливание ксенона на угольном сорбенте этого адсорбера при пониженной температуре;

- в установке используются два конструктивно идентичных угольных адсорбера, один работает в режиме адсорбции, а другой - в режиме десорбции и регенерации. Накопленный в угольном адсорбере, работающем в данном цикле в режиме адсорбции, ксенон будет извлекаться в конденсатор ксенона на следующем цикле регенерации при его работе в режиме десорбции;

- в качестве хладагента для охлаждения оборудования до рабочих температур используется азот из сосудов Дьюара. Применение в установке двух сосудов Дьюара обеспечивает независимость рабочих процессов различных аппаратов;

- установка проста в обслуживании и компактна, не требует оснащения сложной и дорогостоящей аппаратурой;

установка безопасна и может быть размещена непосредственно в медицинских учреждениях или вблизи от них, работа персонала не связана с вредными воздействиями.

Таким образом, разработан эффективный способ регенерации медицинского ксенона из газонаркотических смесей, расширен арсенал способов и средств регенерации медицинского ксенона и создана установка для регенерации ксенона из отработанных газонаркотических смесей, обладающая высокой производительностью, обеспечивающая достаточную степень очистки ксенона, простая и комфортная в обслуживании.

Источники информации

1. RU №2149033, 2000.

2. RU №2181604, 2002 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси, при котором производят десорбцию газов путем нагрева блоков улавливания ксенона, содержащих продукты дыхания, адсорбированные в процессе воздействия газовой смесью, включающей ксенон, и вытеснение десорбируемых газов продувочным газом, а также отделение углекислого газа и воды, осаждение ксенона в конденсаторе ксенона, выделение продувочного газа вакуумированием конденсатора ксенона и перевод ксенона в газообразное состояние путем нагрева в конденсаторе ксенона с последующим закачиванием в баллон, отличающийся тем, что продувочный газ пропускают через блоки улавливания последовательно, отделение воды производят перед отделением углекислого газа, несконденсированные в конденсаторе ксенона газы направляют в угольный адсорбер с охлажденным активированным углем, а блоки улавливания после вытеснения десорбируемых газов охлаждают и заполняют продувочным газом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы направляют в угольный адсорбер с предварительно охлажденным до температуры минус (80±3)°С активированным углем.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что вакуумирование конденсатора ксенона производят до остаточного давления не более 0,1 мм рт.ст. при температуре минус (190±3)°С.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что закачивание ксенона в баллон осуществляют при температуре конденсатора ксенона 20÷30°С и температуре баллона не выше минус 50°С.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что отделение воды производят конденсированием, а отделение углекислого газа производят с помощью цеолитового поглотителя, охлажденного до минус 5÷0°С.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве продувочного газа используют газообразный хладагент, прошедший через конденсатор воды и цеолитовый адсорбер для их охлаждения.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве продувочного газа используют газ из группы аргон, гелий, азот при постоянном давлении, близком к атмосферному.

8. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что нагрев блоков улавливания в десорбере и подачу продувочного газа производят последовательно, причем нагрев блоков улавливания производят до температуры 160÷180°С.

9. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что продувочный газ пропускают через блоки улавливания с расходом (3±0,2) л/мин.

10. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве хладагента для конденсации воды и охлаждения конденсатора ксенона используют жидкий азот.

11. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что блоки улавливания после десорбции ксенона охлаждают до температуры ниже 50°С, а после заполнения продувочным газом закрывают заглушками.

12. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что блоки улавливания после десорбции ксенона охлаждают до температуры ниже 50°С газообразным хладагентом, прошедшим через адсорбер для его охлаждения.

13. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что одновременно с десорбцией ксенона в десорбере из очередной партии блоков улавливания производят десорбцию ксенона из другого угольного адсорбера, заполнение которого осуществлялось в цикле регенерации ксенона из предшествующей партии блоков улавливания ксенона.

14. Установка для осуществления способа регенерации ксенона из отработанной газонаркотической смеси, содержащая десорбер для размещения блоков улавливания ксенона, соединенных с возможностью пропускания продувочного газа, средства нагрева блоков улавливания в десорбере, конденсатор воды, поглотитель углекислого газа, конденсатор ксенона, к которому подключены вакуумный насос и расположенные в охлаждаемой камере баллоны для закачивания ксенона, а также источники хладагента и продувочного газа, отличающаяся тем, что она снабжена двумя подключенными к конденсатору ксенона угольными адсорберами, установленными с возможностью нагрева угольного адсорбера, подключенного к входу, и охлаждения угольного адсорбера, подключенного к выходу конденсатора ксенона, а конденсатор воды установлен перед поглотителем углекислого газа, выполненным в виде цеолитового адсорбера, связанного со входом конденсатора ксенона.

15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью последовательного соединения блоков улавливания ксенона и последовательного пропускания через них продувочного газа.

16. Установка по любому из пп.14 и 15, отличающаяся тем, что источник хладагента для конденсатора воды и источник продувочного газа для блоков улавливания ксенона выполнены заодно в виде сосуда Дьюара, связанного с последовательно соединенными контурами охлаждения цеолитового адсорбера и конденсатора воды и с последовательно связанными блоками улавливания ксенона, а источник хладагента для угольного адсорбера и источник хладагента камеры расположения баллонов выполнены заодно в виде другого сосуда Дьюара, связанного с последовательно соединенными контурами охлаждения угольного адсорбера и указанной камеры.

РИСУНКИРисунок 1

PC4A Государственная регистрация перехода исключительного права без заключения договора

Лицо(а), исключительное право от которого(ых) переходит без заключения договора:ФГУП "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля"

(73) Патентообладатель:Открытое акционерное общество "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля"

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 16.04.2010 № РП0000709

Извещение опубликовано: 27.05.2010        БИ: 15/2010

---