DE4100933A1

DE4100933A1 - Anlage zur reinigung von heliumgas

Info

Publication number: DE4100933A1
Application number: DE19914100933
Authority: DE
Inventors: Bonne A Rook; Axel Dipl Ing Barten
Original assignee: ACHENBACH CRYOTECHNIK GmbH
Current assignee: ACHENBACH CRYOTECHNIK GmbH
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1992-07-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung von Heliumgas zum Einsatz bei der Gewinnung von Heliumgas aus Erdgas und bei der Wiederaufbereitung von Heliumgas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Helium wird im kontinuierlichen Betrieb und im Wechsel zwischen flüssiger und dampfförmiger Phase in Technik und Forschung bevorzugt als Kühlmittel eingesetzt. Mit flüssigem Helium, das unter vermindertem Druck siedet, erreicht man eine Temperatur von T ≈ 1° K (-272°C).

Bei den gattungsgemäßen, auf dem Markt befindlichen Anlagen zur Reinigung von Heliumgas wird in den Adsorbern des Tieftemperaturreinigers Aktivkohle als Adsorptionsmaterial eingesetzt. Bei der Adsorption der Restluftanteile aus dem unter hohem Druck stehenden Heliumgas durch die in den Adsorbern enthaltene Aktivkohle besteht die Gefahr, daß diese mit dem dem Heliumgas entzogenen Restsauerstoff ein explosives Gemisch bildet, das durch das Aufheizen der Adsorber beim Regenerieren zur Explosion gebracht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit der gattungsgemäßen Anlage durch die Beseitigung der Explosionsgefahr zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Adsorbern des Tieftemperaturreinigers Kieselgur vorzugsweise in Kugelform zum Einsatz kommt.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, die gestellte Aufgabe auf einfache und zweckmäßige Weise zu lösen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Schemas einer Anlage zur Reinigung von Heliumgas näher erläutert.

Die Hauptbestandteile der Anlage sind ein als Gasballon ausgebildeter flexibler Gasbehälter 1, in dem verunreinigtes Heliumgas, das z. B. zu Kühlzwecken verwendet wurde, gesammelt wird, ein mehrstufiger Kompressor 2 zum Absaugen des Heliumgases aus dem Gasbehälter 1 und Verdichten des Gases auf hohen Druck, ein dem Kompressor 2 nachgeordneter Trockner 3, ein oder mehrere an den Trockner 3 angeschlossene Gasbehälter 4 zur Zwischenspeicherung des Hochdruck-Heliumgases, ein Tieftemperaturreiniger 5 und ein diesem nachgeschalteter Gasspeicher mit einem oder mehreren Gasbehältern 6.

Jede Stufe des mehrstufigen Kompressors 2 ist mit einer Kondensatabscheidevorrichtung, in der hauptsächlich Wasserdampf und Öl aus dem Heliumgas ausgeschieden werden, ausgestattet, und die Kondensatabscheidevorrichtungen sind mit einer Phasentrennvorrichtung verbunden.

Der an den Kompressor 2 angeschlossene Trockner 3 enthält Verbundfilter zur Abscheidung von Wasser- und Ölnebeln aus dem in den Kondensatabscheidevorrichtungen der einzelnen Kompressorstufen und im Nachkühler des Kompressors 2 auf Raumtemperatur abgekühlten Hochdruck-Heliumgas sowie einen den Verbundfiltern nachgeordneten, mit Molekularsiebstoffen gefüllten Adsorptionsfilter zum Abscheiden von Wasser- und Öldampfresten sowie Kohlendioxidanteilen der in dem Heliumgas enthaltenen Luft.

Der an den bzw. die Gasbehälter 4 zur Zwischenspeicherung des Hochdruck-Heliumgases angeschlossene Tieftemperaturreiniger 5 ist mit einem Kühlbehälter 8 mit einem auf Tieftemperatur gehaltenen Stickstoffbad 9 ausgestattet. In den Kühlbehälter 8 sind ein Kondensator 10, ein diesem nachgeschalteter Sammelbehälter 11 mit einem Auslaß 12 sowie in Reihe angeordnete Adsorber 13 eingebaut, die an den Sammelbehälter 11 angeschlossen sind. Die Adsorber 13 des Tieftemperaturreinigers 5 enthalten Kieselgur in Kugelform als Adsorptionsmaterial 14. Kondensator 10, Sammelbehälter 11 und die Adsorber 13 sind von dem flüssigen Stickstoff des Stickstoffbades 9 überflutet. An den Tieftemperaturreiniger 5 ist ein Gegenstrom-Wärmetauscher 15 angeschlossen, dessen Primärrohrschlange 15a in die Eintrittsleitung 16 für das zu reinigende Hochdruck-Heliumgas zum Reiniger 5 und dessen Sekundärrohrschlange 15b in die Austrittsleitung 17 des Reinigers 5 für das gereinigte Hochdruck-Heliumgas eingebaut ist.

Der für die tiefe Verdampfungstemperatur des Stickstoffbades 9 erforderliche Unterdruck wird durch eine an den Kühlbehälter 8 des Tieftemperaturreinigers 5 angeschlossene Vakuumpumpe 18 erzeugt.

Durch in die Eintritts- 16 und die Austrittsleitung 17 des Tieftemperaturreinigers 5 eingebaute Druckregler 19 wird im Reiniger ein konstanter hoher Druck des Heliumgases aufrechterhalten.

Die Anlage enthält den Trockner 3 und die in Reihe geschalteten Adsorber 13 des Tieftemperaturreinigers 5 in doppelter Ausführung zur Durchführung eines kontinuierlichen Gasreinigungsprozesses.

Das durch die Eintrittsleitung 16 in den Tieftemperaturreiniger 5 strömende, verunreinigte Hochdruck- Heliumgas wird in dem Gegenstrom-Wärmetauscher 15 durch das den Reiniger 5 über die Austrittsleitung 17 verlassende, in die Hochdruck-Gasbehälter 6 strömende, gereinigte Heliumgas und durch das sich im oberen Bereich des Kühlbehälters 8 ansammelnde, aus dem Stickstoffbad 9 verdampfte Stickstoffgas gekühlt. Das Heliumgas wird anschließend in dem Kondensator 10 auf die Tieftemperatur des siedenden Stickstoffbades 9 abgekühlt, wobei Luftbestandteile wie Argon, Sauerstoff und Stickstoff, die die Sättigungskonzentration bei der Siedetemperatur des Stickstoffbades 9 übersteigen, kontinuierlich kondensiert, in dem Sammelbehälter 11 aufgefangen und über dessen Auslaß 12 aus dem Tieftemperaturreiniger 5 entleert werden. Die Restluftanteile des Hochdruck-Heliumgases werden von der in den Adsorbern 13 enthaltenen, auf die Temperatur des Stickstoffbades 9 abgekühlten Kieselgur adsorbiert. Das den Tieftemperaturreiniger 5 über die Austrittsleitung 17 verlassende, gereinigte Hochdruck-Heliumgas wird in dem Gegenstrom-Wärmetauscher 15 durch das in den Reiniger 5 eintretende Heliumgas erwärmt und in die Hochdruck-Gasbehälter 6 geleitet.

Die in den Adsorbern 13 des Tieftemperaturreinigers 5 enthaltene Kieselgur ist chemisch neutral gegenüber Sauerstoff und wirkt nicht als Katalysator bei irgendeiner chemischen Reaktion unter den Betriebsbedingungen der Anlage.

Die beiden Adsorbersätze des Tieftemperaturreinigers werden im Wechsel durch Aufwärmen und Reinigen regeneriert, anschließend abgekühlt und durch in einem gesonderten Gasbehälter gespeichertes, reines Hochdruck-Heliumgas auf Hochdruck gebracht.

Claims

1. Anlage zur Reinigung von Heliumgas zum Einsatz bei der Gewinnung von Heliumgas aus Erdgas und bei der Wiederaufbereitung von Heliumgas, mit einem flexiblen oder festen Gasbehälter (1) zur Aufnahme des zu reinigenden Heliumgases, einem mehrstufigen Kompressor (2) zum Absaugen des Heliumgases aus dem Gasbehälter (1) und Verdichten des Gases auf hohen Druck, wobei jede Kompressorstufe mit einer Kondensatabscheidevorrichtung ausgestattet ist und die Kondensatabscheidevorrichtungen mit einer Phasentrenneinrichtung verbunden sind, einem Trockner (3) mit Verbundfiltern zur Abscheidung von Wasser- und Ölnebeln aus dem auf Raumtemperatur abgekühlten Hochdruck- Heliumgas und mit einem den Verbundfiltern nachgeordneten, mit Molekularsiebstoffen gefüllten Adsorptionsfilter zum Abscheiden von Wasser- und Öldampfresten sowie Kohlendioxidanteilen der in dem Heliumgas enthaltenen Luft, einem oder mehreren Gasbehältern (4) zur Zwischenspeicherung des Hochdruck-Heliumgases, mit einem Tieftemperaturreiniger (5) und einem diesem nachgeschalteten Gasspeicher mit einem oder mehreren Gasbehältern (4) für das gereinigte Hochdruck-Heliumgas, wobei der Tieftemperaturreiniger (5) einen von dem Hochdruck- Heliumgas durchströmten Kondensator (10), einen diesem nachgeschalteten Sammelbehälter (11) mit einem Auslaß (12) für die in flüssiger Phase anfallenden Verunreinigungen der Luft und an den Sammelbehälter (11) angeschlossene, in Reihe angeordnete Adsorber (13) zur Entfernung der Restanteile der Luft und einen Kühlbehälter (8) mit einem auf Tieftemperatur gehaltenen Stickstoffbad (9) zur Aufnahme des Kondensators (10), des Sammelbehälters (11) und der Adsorber (13) aufweist, sowie mit einem Gegenstrom-Wärmetauscher (15), dessen Primärrohrschlange (15a) in der Eintrittsleitung (16) für das zu reinigende Hochdruck-Heliumgas zum Tieftemperaturreiniger (5) und dessen Sekundärrohrschlange (15b) in der Austrittsleitung (17) des Reinigers (5) für das gereinigte Hochdruck-Heliumgas angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorber (13) des Tieftemperaturreinigers (5) Kieselgur als Adsorptionsmaterial (14) enthalten.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kieselgur in Kugelform als Adsorptionsmaterial (14).

3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage den Trockner (3) und die in Reihe geschalteten Adsorber (13) des Tieftemperaturreinigers (5) in doppelter Ausführung zur Durchführung eines kontinuierlichen Gasreinigungsprozesses enthält.