Тепловая труба и способ ее защиты от диффузионного водорода

Авторы патента:

F16L59/06 - устройства с применением воздушной прослойки или вакуума

B01J19/00 - Химические, физические или физико-химические способы общего назначения (физическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей, пера или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов, отнесена к соответствующим рубрикам для такого вида обработки, например D06M 10/00); устройства для их проведения (насадки, прокладки или решетки, специально предназначенные для биологической обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод C02F 3/10; разбрызгивающие планки или решетки, специально предназначенные для оросительных холодильников F28F 25/08)

Владельцы патента RU 2597087:

Беляев Андрей Юрьевич (RU)

Изобретение относится к области технологического оборудования для осуществления газофазных каталитических процессов и может быть использовано в химической, нефтехимической и других областях промышленности, использующих газофазные каталитические процессы с образованием диффузионного водорода. Способ защиты тепловой трубы от диффузии водорода заключается в том, что вокруг корпуса трубы с зазором устанавливают дополнительный кожух и зазор сообщают с устройством вакуумной откачки или с источником инертной среды и/или с источником среды, активно взаимодействующей с атомарным водородом. Изобретение обеспечивает повышение эффективности защиты тепловой трубы от проникновения водорода в полость тепловой трубы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

В дальнейшем в рамках настоящей заявки будет использован термин «тепловая труба», означающая элемент системы охлаждения/нагревания, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубах из теплопроводящего металла находится легкокипящий теплоноситель. Перенос тепла происходит за счет того, что теплоноситель испаряется на горячем конце трубы, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец трубы.

Известен (RU, патент 2359748, опубл. 02.08.2007) реактор для осуществления газофазных каталитических процессов, содержащий корпус, средства ввода исходных компонентов, средство вывода готового продукта, область размещения катализатора, узел подвода или отвода тепла, выполненный в виде множества тепловых труб. Часть каждой тепловой трубы отделена от остального внутреннего объема тепловой трубы мембраной, выполненной из газопроводящего материала, при этом отделенный мембраной объем тепловой трубы выполнен с возможностью сообщения с вакуумным насосом. Указанное выполнение тепловой трубы позволяет удалить диффузионный водород, прошедший из реакционного объема реактора внутрь корпуса тепловой трубы и предотвратить взаимодействие диффузионного водорода с теплоносителем, находящимся внутри корпуса тепловой трубы.

Недостатком известного технического решения следует признать его низкую эффективность относительно защиты теплоносителя в тепловой трубе от действия диффузного водорода.

Известен (RU, патент 2433863, опубл. 20.11.2011) реактор для осуществления газофазных реакций. Известный реактор содержит вертикальный корпус со средствами ввода и вывода исходных реагентов и продуктов реакции, а также катализаторный стол. Внутри корпуса установлен внутренний корпус, между корпусами и/или во внутреннем корпусе расположена зона размещения тепловых труб, концы которых расположены под катализаторным столом. На наружную поверхность тепловых труб нанесено покрытие, создающее барьер для проникновения водорода. В состав покрытия входит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, содержащей алюминий, молибден, вольфрам, оксид алюминия, нитрид титана, карбид кремния, оксид кремния, оксид бария, оксид хрома в поликристаллическом и/или монокристаллическом состояниях.

Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в усовершенствовании конструкции тепловой трубы.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении эффективности защиты тепловой трубы от проникновения водорода в полость тепловой трубы, приводящей к повышению ресурса работы тепловой трубы.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию тепловой трубы, а также способ защиты тепловой трубы от диффузионного водорода. Разработанная конструкция тепловой трубы отличается тем, что вокруг корпуса с зазором расположен кожух с образованием герметизированного пространства, сообщенного с устройством вакуумной откачки, или с источником инертной среды и/или с источником среды, активно взаимодействующей с атомарным водородом.

Атомарный диффузионный водород, образующийся при проведении газохимической реакции, проникает через материал кожуха в герметизированное пространство между корпусом тепловой трубы и указанным кожухом. Если герметизированное пространство вакуумировано и подключено к устройству вакуумной откачки, то атомы диффузионного водорода под действием вакуумного насоса перемещаются в объеме герметизированного пространства к входу в вакуумный насос, рекомбинируя при этом в молекулы водорода, и удаляются из герметизированного пространства. Если герметизированное пространство заполнено инертной средой (благородные газы, азот, пары органических ароматических соединений, находящиеся под давлением), то указанная инертная среда затрудняет диффузию атомарного водорода к поверхности корпуса тепловой трубы, уменьшая для диффузионного водорода возможность взаимодействия с теплоносителем в тепловой трубе. В случае заполнения герметизированного пространства инертной средой, активно взаимодействующей с атомарным диффузионным водородом, в герметизированном пространстве происходит связывание активного атомарного диффузионного водорода в неактивные, применительно диффузии через корпус тепловой трубы, соединения. В частности, в качестве подобной инертной среды могут быть использованы пары брома или йода. Образующийся при этом бромистый и йодистый водород в отсутствии паров воды в герметизированном пространстве инертен по отшению к материалу корпуса тепловой трубы. При этом поверхность корпуса тепловой трубы может быть покрыта изолирующим покрытием типа кремнийорганической эмали. Также может быть использован жидкий при температурах проведения газохимической реакции металл или интерметаллид, активно поглощающий водород (натрий, калий, алюминий и т.д.).

Также инертные газы или жидкость, заполняющая зазор между тепловой трубой и кожухом, являются проводником тепла и уменьшают тепловое сопротивление зазора между тепловой трубой и кожухом.

При реализации разработанной конструкции герметизированное пространство может быть сообщено каналом с вакуумным насосом. Обычно кожух выполнен из материала, устойчивого к действию компонентов проводимой газохимической реакции. Внутри тепловой трубы может быть установлена мембрана из материала, проницаемого дл водорода (никеля или никельсодержащего сплава). В этом случае внутренний объем тепловой трубы соединен с вакуумным насосом, вход которого расположен за указанной мембраной.

Для достижения указанного технического результата может быть также использован разработанный способ защиты тепловой трубы от диффузии водорода. При реализации разработанного способа вокруг корпуса тепловой трубы с зазором относительно корпуса устанавливают дополнительный кожух с образованием герметизированного пространства, сообщенного с устройством вакуумной откачки или с источником инертной среды и/или с источником среды, активно взаимодействующей с атомарным водородом.

Как отмечалось ранее в качестве газа, активно ваимодействующего с атомарным водородом, в некоторых вариантах реализации разработанного способа используют пары йода или брома.

В качестве инертной среды можно использовать благородные газы, азот, пары органических ароматических соединений, находящиеся под давлением.

Предпочтительно в зазор подают инертный газ и осуществляют его непрерывное или периодическое обновление. Обычно обновление газа в зазоре осуществляют в замкнутом циркуляционном контуре с устройством удаления водорода.

В качестве среды, заполняющей зазор между тепловой трубой и кожухом, можно использовать жидкость, в частности жидкий при температуре проведения газохимической реакции металл.

В некоторых вариантах реализации используемую жидкость прокачивают через зазор. Предпочтительно жидкость прокачивают в замкнутом циркуляционном контуре с устройством сепарации водорода.

На чертеже приведен разрез тепловой трубы, выполненной согласно разработанному техническому решению. При этом использованы следующие обозначения: тепловая труба 1, кожух 2, канал 3 к вакуумному насосу (не показан), герметизированное пространство (зазор) 4.

Разработанное техническое решение работает следующим образом.

Конец тепловой трубы 1, находящийся вне зоны проведения газохимической реакции, нагревают любым известным образом. Теплоноситель, находящийся в корпусе тепловой трубы 1, нагревается, возгоняется и перемещается в зону проведения газохимического процесса. Вокруг тепловой трубы 1 начинается процесс газохимической реакции. Образующийся в ходе газохимической реакции атомарный водород диффундирует через кожух 2 в герметизируемое пространство 4, в котором, в зависимости от вариантов реализации технического решения, он либо удаляется через канал 3, либо взаимодействует с находящимися там веществами.

При реализации разработанного технического решения применительно к газохимическому каталитическому процессу производства ситез-газа разработанное техническое решение работает следующим образом.

Процесс получения синтез-газа проводят в реакторе с тепловыми трубами разработанной конструкции с подключенным к вакуумному насосу герметизированным пространством в автотермическом режиме при атмосферном давлении в присутствии катализатора. Катализатор является сложным композитом, содержащим, мас. %: 4,5 смешанного оксида церия и циркония со структурой флюорита, 2,1 перовскита состава LaNi_0,994Pt_0,006, и выполнен на носителе на металлической основе, представляющей собой слоистый керамометаллический материал с соотношением толщины металлической основы к толщине непористого или малопористого оксидного покрытия 5:1. В реактор подают природный газ и воздух с расходами 24 л/мин природного газа и 62,9 л/мин воздуха при комнатной температуре (Т=20°C). Реакционная смесь поступает на монолитный каталитический блок, предварительно разогретый до температуры 880°C. Соотношение O₂/C=0,54 в реакционной смеси. Время контакта 0,082 с, что соответствует газовой часовой объемной скорости 44·10³ ч^-1. Линейная скорость метано-воздушной смеси 0,13 м/с. Температура на катализаторе Т=1150°C. Образующий атомарный водород продиффундировал через кожух и был удален вакуумным насосом.

Ресурс работы тепловой трубы разработанной конструкции в указанном технологическом процессе превысил ресурс работы устройства - ближайшего аналога примерно в 1000 раз.

1. Тепловая труба, отличающаяся тем, что вокруг ее корпуса с зазором расположен кожух, причем зазор между кожухом и корпусом сообщен с устройством вакуумной откачки, или с источником инертной среды, и/или с источником среды, активно взаимодействующей с атомарным водородом.

2. Тепловая труба по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве устройства вакуумной откачки использован вакуумный насос.

3. Тепловая труба по п. 1, отличающаяся тем, что кожух выполнен из конструкционного материала, устойчивого к воздействию компонентов проводимой газохимической реакции.

4. Способ защиты тепловой трубы от диффузии водорода, отличающийся тем, что вокруг корпуса тепловой трубы с зазором относительно корпуса устанавливают дополнительный кожух, указанный зазор сообщают с устройством вакуумной откачки, или с источником инертной среды и/или с источником среды, активно взаимодействующей с атомарным водородом.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве среды, активно ваимодействующей с атомарным водородом, используют пары иода или брома.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в зазор подают инертный газ и осуществляют его непрерывное или периодическое обновление.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что обновление газа в зазоре осуществляют в замкнутом циркуляционном контуре с устройством удаления водорода.

Изобретения относятся к теплоизоляционным изделиям и могут быть использованы в качестве теплоизоляции вагонов, изотермических контейнеров, холодильников и другого оборудования.

Холодильный аппарат, в частности, бытовой холодильный аппарат // 2562207

Холодильный аппарат, в частности бытовой холодильный аппарат, с корпусом и дверью . Корпус и дверь содержат внутреннюю и наружную ограничительные стенки и теплоизолирующий слой, который сформирован между ними путем введения изолирующей пены, в который помещен изолирующий элемент, в частности вакуумная изолирующая панель, закрепленная на одной из двух ограничительных стенок вспенивающимся жидким клейким веществом..

Тепловой экран для трубы впуска пара турбины низкого давления // 2554129

Турбина содержит наружный кожух, внутренний кожух и трубу впуска пара, содержащуюся между наружным кожухом и внутренним кожухом, чтобы передавать пар к внутреннему кожуху.

Способ изготовления вакуумного теплоизоляционного изделия // 2553629

Способ предназначен для изготовления теплоизоляционных изделий. Способ заключается в изготовлении методом экструдирования наружной оболочки с внутренними ребрами жесткости продольной вставки, приварке к наружной оболочке торцевых стенок и вакуумировании внутренней полости наружной оболочки, дополнительно производят экструдирование нагретого полимерного материала, обладающего большой жесткостью и малой теплопроводностью, через матрицу, которая повторяет профиль поперечного сечения продольной вставки на длину, меньшую длины наружной оболочки изделия на величину не менее удвоенного расстояния между его ребрами жесткости, из продольной вставки производят вырубку окон и вводят ее с гарантированными зазорами между ребрами жесткости во внутрь наружной оболочки с заглублением относительно его торцевой поверхности на величину не менее расстояния между ребрами жесткости, соединяют диффузионной сваркой трением торцевые поверхности наружной оболочки и торцевые стенки, стенку наружной оболочки охлаждают на расстоянии от сварного шва не менее расстояния между ребрами жесткости, в любой из стенок наружной оболочки или в торцевых стенках выполняют отверстие, через которое вакуумируют внутреннюю полость наружной оболочки до величины остаточного вакуума меньше 2 кПа, и затем под вакуумом его герметизируют диффузионной сваркой трением.

Деталь для создания вакуумно-изоляционных систем // 2548136

Описана деталь для создания вакуумно-изоляционных систем, имеющая, по меньшей мере, один изоляционный слой, который окружен оболочкой и давление газа в котором можно уменьшить с помощью предусмотренного в детали средства, при этом такое средство для снижения давления газа выполнено активируемым.

Изолирующая фасонная деталь и способ ее изготовления // 2536953

Изобретение относится к изолирующей фасонной детали для теплоизоляции элементов строительных конструкций и способу ее изготовления. Деталь состоит из верхней части и нижней части.

Композит для теплоизолирующей панели // 2530885

Изобретение относится к изделию, представляющему собой теплоизолирующую панель, которая обеспечивает свойства теплового барьера. Изделие содержит: a.

Холодильник // 2497054

Холодильник содержит основной корпус, который открыт на передней поверхности и имеет камеру для хранения на внутренней стороне, и дверь для закрытия отверстия на передней поверхности основного корпуса холодильника.

Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий // 2496046

Способ относится к области солнечной энергетики, а также к области защиты технических изделий и их фрагментов от воздействия светового ультрафиолетового и инфракрасного излучения.

Холодильник, содержащий вакуумное пространство // 2488048

Распределительная пластина для распределения многофазной смеси с наклонными каналами по периметру // 2596767

Изобретение относится к области распределения многофазных текучих сред в каталитических реакторах с неподвижным слоем, а также способу гидрообработки или гидрирования нефтяных фракций в реакторах.

Способ получения уксусной кислоты // 2594741

Изобретение относится к способу определения компонента в сепарационном блоке, расположенном ниже по потоку относительно реактора получения уксусной кислоты, включающему (i) подачу сырьевого потока в ректификационную колонну для перегонки низкокипящих фракций, где сырьевой поток содержит следующие компоненты: йодистый метил, воду, метанол, метилацетат, ацетальдегид, уксусную кислоту, алканы и пропионовую кислоту, (ii) разделение с помощью ректификационной колонны для перегонки низкокипящих фракций сырьевого потока на первый погон выходящего потока и выходящий поток кубового остатка, где первый погон выходящего потока содержит следующие компоненты: от 30% мас.

Реактор для реализации физико-химических процессов при высоких температурах // 2590169

Изобретение относится к устройству для утилизации вредных отходов промышленных производств, отравляющих веществ в составе жидкого ракетного топлива в условиях высоких температур.

Установка для исследования процесса получения синтетических нефтяных фракций // 2588635

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для исследования закономерностей протекания химического процесса получения синтетических нефтяных фракций.

Слоистые, устойчивые к утечкам химические реакторы, способы производства и способы эксплуатации // 2588519

Изобретение относится к слоистым химическим ректорам, в частности микроканальным устройствам, способам их производства и эксплуатации. Химический реактор для проведения одной или более технологических операций включает слоистый микроканальный узел, включающий смежные первый и второй листы, которые являются по существу плоскими, причем площадь поперечного сечения листа превышает 100 см2, при этом первый лист содержит системы параллельных микроканалов, отделенные друг от друга перегородкой, и включающий сварные швы, которые проходят по длине перегородок и соединяют первый и второй листы.

Способ массообмена, структурированная насадка и массообменное устройство для низкой жидкостной нагрузки // 2585639

Способ массообмена включает стадии, в которых: направляют первую текучую среду и вторую текучую среду в массообменное устройство. Массообменное устройство включает емкость, которая имеет головную зону, зону основания и массообменную зону, причем первая текучая среда приходит в контакт со второй текучей средой по меньшей мере в массообменной зоне.

Реакторы плазменной газификации с модифицированными углеродными слоями и пониженной потребностью в коксе // 2581092

Изобретение относится к реакторам плазменной газификации или витрификации материалов, которые имеют реакционные слои из углеродсодержащего материала, способу формирования и поддержания углеродсодержащего слоя и исходному материалу для формирования углеродсодержащего изделия для использования среди частиц углеродсодержащего слоя.

Способ обработки жидкости // 2578324

Изобретение относится к управляемому изменению свойств жидкостей путем интенсивного динамического воздействия на них и может быть использовано в пищевой и нефтехимической промышленности, биотехнологии, медицине, в промышленной гидроэкологии для водоподготовки и сельском хозяйстве для получения суспензий и молекулярных растворов.

Усовершенствованный способ окисления и реактор // 2577839

Изобретение относится к способу и устройству для окисления реагентов в водной реакционной среде с использованием газообразного молекулярного кислорода. Способ окисления материала в окислительном реакторе, включающем внешний циркуляционный контур, имеющий приспособление для увеличения давления во внешнем контуре, включает стадии: a) измерение концентрации кислорода в реакторе, b) выведение объема водной среды из реактора и измерение концентрации кислорода в этом объеме, c) введение кислорода в объем в растворенном виде и обеспечение достаточным временем пребывания для достижения желательного концентрации кислорода, где количество введенного кислорода определяют путем измерения растворенного кислорода в реакторе и его давления и измерения плотности объема и концентрации кислорода в незаполненном объеме, d) введение объема обратно в реактор при повышенном давлении и через устройство Вентури в жидкостный распределитель, e) образование циркуляционной схемы в реакторе, в результате чего повышенная концентрация кислорода поддерживается в водной среде в нижней части реактора, и где внешний циркуляционный контур поддерживают под давлением во время проведения стадий c), d) и е).

Устройство для получения бензина // 2575848

Изобретение относится к устройству для получения бензина. Устройство содержит реакционные трубы для осуществления синтеза бензина из метанола, причем два типа катализаторов, включая катализатор синтеза диметилового эфира для осуществления синтеза диметилового эфира из метанола и катализатор синтеза бензина для осуществления синтеза бензина из диметилового эфира, загружены внутрь реакционной трубы в две ступени и канал, который позволяет воздуху проходить с наружной стороны реакционных труб.

Аппарат для проведения массообменных и химических процессов // 2599057

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно - к аппарату для проведения массообменных и химических процессов. Аппарат содержит вертикальный корпус. Корпус выполнен в виде верхней секции (2), вверху которой расположены верхнее устройство (7) для подачи и выхода технологических жидкостей и узел (8) для загрузки твердой фазы, и нижней секции (1), внизу которой расположены устройство (4) и узел (5). Секции (1) и (2) имеют цилиндрическую форму, установлены коаксиально с радиальным зазором (11) и имеют гладкие поверхности. Секция (1) является наружной и неподвижна, а секция (2) является внутренней и подвижна. В зазоре (11) установлено герметизирующее уплотнительное кольцо (9) круглого поперечного сечения из упругого эластичного материала, размещенное с плотным прилеганием к поверхностям секций и с возможностью перекатывания по ним без скольжения при движении секции (2). Технический результат: автоматическое увеличение рабочего объема вслед за увеличением объема находящихся в аппарате и поступающих в него веществ с сохранением герметичности соединения движущихся частей, отсутствие необходимости в приложении внешних усилий для уменьшения внутреннего объема аппарата и возвращения его к предыдущему состоянию вслед за уменьшением объема находящихся в нем веществ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.