Спосіб розділення неоно-гелієвої суміші і пристрій для його здійснення

1. Спосіб розділення неоно-гелієвої суміші, що включає компримування потоку неоно-гелієвої суміші, його охолоджування і сепарацію з утворенням потоків віддувочного газу і рідкої фракції, який відрізняє ться тим, що з потоку віддувочного газу додатково в адсорберах поглинають неон, адсорбери продувають при десорбції гелієм, причому потік газу, що продувається, змішують з потоком неоно-гелієвої суміші перед компримуванням, а C2 2 (19) 1 3 78867 при десорбції продувають гелієм, причому потік газу, що продувається, змішують з потоком неоногелієвої суміші перед компримуванням, а сепарують потік неоно-гелієвої суміші при температурі 28 ¸ 29,5К і тиску, що перевищує критичний тиск для неону, який рівний 2,654МПа. Відомий пристрій для отримання неону високої чистоти, що включає компресор неоно-гелієвої суміші, основний теплообмінник, адсорбер на потоці початкової суміші, низькотемпературний теплообмінник, конденсатор-випарник, колону ректифікації з випарником в кубі, паровідділювач, з'єднаних трубопроводами (лініями) з арматурою, додатковий циркуляційний неоновий холодильний цикл. [див. Вісник Московського державного технічного університету. Сер. Машинобудування. Спеціальний випуск "Кріогенна і холодильна техніка, кріомедицина". - 1996 - С.79-83]. Недоліком відомого пристрою є низька економічність, викликана великими втратами неону в віддувочному газі і неможливістю отримання разом з продукційним неоном продукційного гелію, велика металоємність. Метою винаходу є підвищення економічності шляхом максимального видобування продукційних неону і гелію з початкової суміші, зниження металоємності. Поставлена мета досягається тим, що в пристрої розділення неоно-гелієвої суміші, що включає компресор з лінією всмоктування, основний теплообмінник з патрубками входу і виходу віддувочного газу, низькотемпературний теплообмінник, сепаратор з лініями виходу віддувочного газу і рідкої фракції, колону ректифікації з випарником в кубі, відмітною особливістю є те, що пристрій додатково містить адсорбери, що переключаються, з патрубками входу і ви ходу газу, причому патрубок входу газу кожного адсорбера з'єднаний лініями, забезпеченими клапанами, з лінією виходу віддувочного газу з сепаратора після низькотемпературного теплообмінника і з лінією всмоктування компресора, патрубок виходу газу кожного адсорбера з'єднаний лініями, забезпеченими клапанами, з патрубком входу віддувочного газу в основний теплообмінник і з патрубком виходу віддувочного газу з основного теплообмінника, а випарник колони має з боку кипіння покриття з капілярнопористими властивостями. Спосіб розділення неоно-гелієвої суміші, що заявляється, може бути реалізований в пристрої, що заявляється, схемно показаному на кресленні. Пристрій (установка) містить компресор 1 з лінією всмоктування 22, основний теплообмінник 2, адсорбер 3, низькотемпературний теплообмінник 4, сепаратор 5, колону ректифікації 6 з випарником 7, що має з боку кипіння покриття з капілярнопористими властивостями, конденсатор-випарник 8, адсорбери, що переключаються, 9-1, 9-2, кожний з яких поміщений в охолоджувану сорочку 101, 10-2, забезпечену нагрівальним елементом 111, 11-2, водокільцевий вакуумний насос 12, механічний вакуумний насос 13. Низькотемпературне устаткування установки розміщено в кожусі 14 під розрядкою, створюваною вакуумним насосом 13. Патрубок на нагнітанні компресора 1 лінією 15 4 потоку неоно-гелієвої суміші з'єднаний через основний теплообмінник 2, адсорбер 3, низькотемпературний теплообмінник 4, конденсаторвипарник 8, випарник 7 з патрубком сепаратора 5, розташованого в середній частині. Патрубок, розташований в нижній частині сепаратора 5, з'єднаний лінією 16 потоку рідкої фракції, забезпеченої дросельним клапаном 17, з головою колони ректифікації 6, а патрубок, розташований у верхній частині сепаратора 5, з'єднаний лінією 18 потоку віддувочни х газів, забезпеченій дросельним клапаном 19, через низькотемпературний теплообмінник 4 і лініями 18-1, 18-2, забезпеченими клапанами, з патрубками входу газу адсорберів, що переключаються, 9-1, 9-2, патрубки виходу газу яких з'єднані лініями 20-1, 20-2, забезпечених клапанами, і лінією 20 з патрубком входу віддувочного газу в основний теплообмінник 2. Лінії 21-1, 21-2, забезпечені клапанами, і лінія 21 з'єднують патрубки входу газу адсорберів, що переключаються, 91, 9-2 з лінією 22 всмоктування компресора 1, а лінії 23-1, 23-2, забезпечені клапанами, і лінії 23 і 24 з'єднують патрубки виходу газу адсорберів, що переключаються, 9-1, 9-2 з патрубком виходу віддувочного газу з основного теплообмінника 2. Сорочки 11-1, 11-2 адсорберів, що переключаються, 9-1, 9-2, а також сорочка адсорбера 3 в нижній частині з'єднані лініями 26-1, 26-2, 26-3, забезпечених клапанами, з лінією 26 потоку рідкого азоту, а у верхній частині - лініями 27-1, 27-2, 27-3, забезпечених клапанами, з лінією 27 потоку пари азоту у водокільцевий вакуумний насос 12. Патрубок, розташований в нижній частині куба колони 6, з'єднаний лінією 25 потоку продукційного неону через конденсатор-випарник 8, низькотемпературний теплообмінник 4, основний теплообмінник 2 з виходом з установки. Патрубок, розташований зверху голови колони з'єднаний лінією 28 потоку газоподібної фракції через низькотемпературний теплообмінник 4 і основний теплообмінник 2 з лінією 22 всмоктування компресора 1. Спосіб розділення неоно-гелієвої суміші здійснюють таким чином. Спочатку здійснюють захолоджування апаратів рідким азотом. Для цього по лінії 26 потоку рідкого азоту і лініям 26-1, 26-2, 26-3 подають рідкий азот в сорочки 10-1, 10-2 адсорбентів 9-1 і 9-2 і адсорбер 3, пара азоту, що утворилася, відводять по лініям 27-1, 27-2, 27-3 і далі по лінії 27 потоку пари азоту через основний теплообмінник 2 в атмосферу. В кінці захолоджування включають водокільцевий вакуумний насос 12, підтримуючи тиск в сорочках адсорберів приблизно 0,015МПа, забезпечуючи термостатування адсорберів при роботі при температурі ~ 64К. Заздалегідь очищену від домішок азоту, кисню, водню неоно-гелієву суміш, що о тримується на повітророзділювальних установках, подають по лінії всмоктування 22 до компресора 1, де стискають до тиску, що перевищує критичний тиск для неону, переважно до тиску 11-15МПа. Стислу неоно-гелієву суміш направляють в лінію 15 потоку неоно-гелієвої суміші де послідовно охолоджують за рахунок зворотних потоків, що виводяться з установки, спочатку в основному теплообміннику 5 78867 2, потім в низькотемпературному теплообміннику 4, конденсаторі-випарнику 8. У випарнику 7 з поверхнею теплообміну з боку кипіння неону, що володіє капілярно-пористими властивостями, неоно-гелієву суміш охолоджують до температури 28 ¸ 29,5К з отриманням рідкої фази і подають в сепаратор 5, де розділяють з утворенням рідкої фракції і віддувочних газів. У адсорбері 3 поглинають з неоно-гелієвої суміші можливі мікродомішки. Рідку фракцію по лінії 16 потоку рідкої фракції після дроселювання в дросельному клапані 17 подають в голову колони 6 як флегму на зрошування. В результаті процесу ректифікації в кубі колони 6 концентрується продукційний неон високої чистоти, а в голові - газоподібна фракція, яку по лінії 28 потоку газоподібної фракції через низькотемпературний теплообмінник 4, основний теплообмінник 2, охолоджуючи прямий потік, направляють в лінію 22 всмоктування компресора 1. З куба колони ректифікації 6 продукційного неону по лінії 25 потоку продукційного неону подають послідовно в конденсатор-випарник 8, низькотемпературний теплообмінник 4, основний теплообмінник 2, в яких випаровують і нагрівають потоком неоно-гелієвої суміші, і виводять з установки. Віддувочні гази з верхньої частини сепаратора 5 подають в лінію 18 потоку віддувочних газів і після дроселювання в дросельному клапані 19 через низькотемпературний теплообмінник 4 направляють до одного з адсорберів, що переключаються, наприклад, по лінії 18-1 до адсорбера 91, де здійснюють поглинання неону. Виходить з адсорбера 9-1 потік продукційного гелію, який по лініям 20-1,20 направляють в основний теплообмінник 2 і по лінії 24 потоку продукційного гелію виводять з установки. Під час адсорбції неону з віддувочних газів в адсорбері 9-1 в іншому адсорбері 9-2 проводять десорбцію. Для цього клапанами на лініях 26-2 і 6 27-2 перекривають подачу рідкого азоту і відведення пари азоту з сорочки 10-2 нагрівальним елементом 11-2 підвищують температуру рідкого азоту до ~ 80К, здійснюючи нагрів адсорбера. При підвищенні температури адсорбера відбувається активне виділення неону, який по лініям 21-2, 21 направляють в лінію 22 всмоктування компресора. Для продування адсорбера 9-2 під час десорбції по лініям 23, 23-2 подають гелій. Використання у випарнику колони з боку кипіння неону поверхні, що володіє капілярнопористими властивостями, наприклад, алюмінієве капілярно-пористе покриття завтовшки 0,3 ¸ 0,6мм з відкритою пористістю не меншого 25-30% і середнім еквівалентним діаметром пір не більше 70мкм, дозволяє зменшити температурний натиск між теплообмінюваючимися середовищами на виході з апарату до ~ 0,5До і глибше охолодити неоно-гелієву суміш до температури 28 ¸ 29,5К. Стиснення неоно-гелієвої суміші до тиску, що перевищує критичний тиск для неону, і її глибоке охолоджування до температури 28 ¸ 29,5К дозволять зменшити вміст неону в потоці віддувочного газу на 5% об. і більш і зменшити габарити і масу адсорберів неону. При стисненні неоно-гелієвої суміші до тиску 12МПа і вище не потрібен додатковий холодильний цикл, що знижує металоємність пристрою в порівнянні з відомим рішенням. Запропонований спосіб і пристрій розділення неоно-гелієвої суміші дозволяє збільшити коефіцієнт видобування неону до 0,99995 при одночасному отриманні продукційного гелію з таким же коефіцієнтом видобування, що збільшує економічність пристрою в порівнянні з відомим рішенням. При цьому зменшується металоємність пристрою як за рахунок зменшення маси неонових адсорберів, так і за рахунок виключення додаткового холодильного циклу. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 78867 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601