RU2670635C1 - Xenon concentration block and method of its operation - Google Patents

Xenon concentration block and method of its operation Download PDF

Info

Publication number
RU2670635C1
RU2670635C1 RU2018105779A RU2018105779A RU2670635C1 RU 2670635 C1 RU2670635 C1 RU 2670635C1 RU 2018105779 A RU2018105779 A RU 2018105779A RU 2018105779 A RU2018105779 A RU 2018105779A RU 2670635 C1 RU2670635 C1 RU 2670635C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
xenon
gas
outlet
concentration unit
xenon concentration
Prior art date
Application number
RU2018105779A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2670635C9 (en
Inventor
Владимир Николаевич Потапов
Сергей Владимирович Потапов
Андрей Вячеславович Школин
Александр Владимирович Потапов
Original Assignee
ООО "КсеМед"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "КсеМед" filed Critical ООО "КсеМед"
Priority to RU2018105779A priority Critical patent/RU2670635C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2670635C1 publication Critical patent/RU2670635C1/en
Publication of RU2670635C9 publication Critical patent/RU2670635C9/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B37/00Absorbers; Adsorbers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medicine and can be used to concentrate spent medical xenon. Xenon concentrating unit contains vertical cylindrical body (1), upper housing cover (2), inlet (3) and outlet (4) nozzle. Inlet and outlet nozzles are located on the housing cover so that the inlet pipe is connected to tubular gas communication (5), which directs the flow of the incoming gas mixture to the bottom of the housing and distributes it evenly over the base. Outlet branch allows to exit the cleaned gas mixture through the housing cover. Internal volume of the shell is filled with granular and / or block-molded nanoporous carbon adsorbent by at least 80 % of the internal volume of xenon concentration block (6), with an average effective pore width from 0.6 nm to 1.2 nm, a nanopore volume of more than 0.4 cm/g. Method of operation is that a safety valve is opened at the outlet pipe that is open during the gas discharge and closed during the idling time of the xenon concentration unit, spent breathing mixture containing not less than 10 % xenon is supplied to the xenon concentration unit. Gas line between the inhalation device and the xenon concentrating unit for gas discharge is made of materials that do not contain silicone, and comprises a non-reversible valve located near the outlet of the inhalation device for guiding the gas flow in the xenon concentration unit.EFFECT: increase the efficiency of extraction of xenon from the spent respiratory mixture and simplify operation.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для концентрирования отработанного медицинского ксенона, использованного в газонаркотических смесях, применяемых в наркозных и ингаляционных терапевтических аппаратах, и выбрасываемого в атмосферу после использования.The invention relates to medicine and can be used for the concentration of spent medical xenon used in gas-drug mixtures used in anesthetic and inhalation therapeutic devices, and emitted into the atmosphere after use.

Развитие криогенных и мембранных технологий получения инертных газов и в частности ксенона во многом определили возможность применения этого благородного газа в качестве анестетика и терапевтического средства. Ксеноновая терапия может применяться для лечения боли и болевых синдромов, терапии стресса, лечения депрессий, терапии расстройств сна, лечения зависимостей (наркотической, алкогольной), реабилитации и восстановление организма после болезни, реабилитации и восстановления после изнурительных умственных и физических нагрузок, для повышения работоспособности.The development of cryogenic and membrane technologies for producing inert gases, and in particular xenon, largely determined the possibility of using this noble gas as an anesthetic and therapeutic agent. Xenon therapy can be used to treat pain and pain syndromes, stress therapy, depression treatment, sleep disorder therapy, addiction treatment (narcotic, alcoholic), rehabilitation and recovery of the body after illness, rehabilitation and recovery after exhausting mental and physical exertion, to improve efficiency.

Ксенон обладает выраженным ноотропным (улучшение умственной деятельности), анксиолитическим (противотревожным), антигипоксическим, антидепрессивным и антиоксидантным действиями, его используют при лечении синдрома хронической усталости, стрессов и депрессий, неврозов, легких когнитивных расстройств; в составе комплексной терапии у пациентов с выраженной сердечно-сосудистой патологией (ишемическая и гипертоническая болезни, постинфарктное состояние и так далее), с неврологической патологией (расстройствами церебрального кровообращения атеросклеротического или ишемического характера); в интенсивной терапии; в комплексной терапии различных вариантов синдрома отмены и постабстинентных состояний у наркологических больных; в восстановительной медицине для реабилитации после перенесенных оперативных вмешательств, травматических повреждений. 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 наиболее существенным на сегодняшний день ограничением для использования ксенона в медицине являются небольшие объемы его производства, что определяется особенностями его производства. Все это диктует необходимость поиска новых источников сырья для производства медицинского ксенона, а также поиска путей его рекуперации для последующего использования. Одним из наиболее эффективных методов повышения эффективности использования ксенона в медицине является его концентрирование из отработанной газонаркотической смеси в специальных адсорберах для переработки, очистки и повторного использования. Такой метод получил название рециклинг медицинского ксенона.Xenon has a pronounced nootropic (improvement of mental activity), anxiolytic (anti-anxiety), antihypoxic, antidepressant and antioxidant actions, it is used in the treatment of chronic fatigue syndrome, stress and depression, neurosis, mild cognitive disorders; as part of complex therapy in patients with severe cardiovascular pathology (ischemic and hypertensive diseases, post-infarction condition, etc.), with neurological pathology (cerebral blood circulation disorders of atherosclerotic or ischemic nature); in intensive care; in the treatment of various types of withdrawal syndrome and post-abstinent conditions in narcological patients; in rehabilitation medicine for rehabilitation after surgery, traumatic injuries. However, xenon is non-toxic, devoid of side effects, does not cause carcinogenic, allergic and cardiodepressive effects, has no effect on the composition and blood coagulation system, immunity, environmentally friendly and safe for the patient and the surrounding personnel. At the same time, the most significant limitation today for the use of xenon in medicine is the small volume of its production, which is determined by the characteristics of its production. All this dictates the need to search for new sources of raw materials for the production of medical xenon, as well as search for ways to recover it for later use. One of the most effective methods of increasing the efficiency of using xenon in medicine is its concentration from spent gas-narcotic mixture in special adsorbers for processing, purification and reuse. This method is called medical xenon recycling.

В этой области используются несколько подходов. Один из подходов связан с очисткой ксенона «на месте», то есть в медицинских учреждениях, и его повторное использование.There are several approaches in this area. One approach is associated with the cleaning of xenon "on site", that is, in medical institutions, and its reuse.

Например, известен патент РФ 2049487, в котором использованную газонаркотическую смесь помещают в предварительно охлажденные и вакуумированные адсорберы. Затем удаляют примеси путем повторного вакуумирования адсорберов с одновременным отогревом до температуры переконденсации ксенона. Чистый ксенон подают в предварительно охлажденный резервуар. Для осуществления способа используют устройство, включающее линию регенерации с трубчатыми коммуникациями, датчиком давления, средством изменения давления, а также емкость для отработанной смеси, по меньшей мере два адсорбера и резервуар для хранения. Причем последние подключены параллельно к линии регенерации посредством запорных элементов, выполненных в виде вакуумных вентилей. При этом резервуар для хранения выполнен в виде баллона высокого давления.For example, the known patent of the Russian Federation 2049487, in which the used gas-narcotic mixture is placed in pre-cooled and evacuated adsorbers. Then the impurities are removed by re-evacuating the adsorbers with simultaneous warming up to the xenon recondensation temperature. Pure xenon is fed to a pre-cooled tank. For implementing the method, a device is used that includes a regeneration line with tubular communications, a pressure sensor, a means of changing pressure, as well as a tank for the spent mixture, at least two adsorbers and a storage tank. Moreover, the latter are connected in parallel to the regeneration line by means of locking elements made in the form of vacuum valves. In this case, the storage tank is made in the form of a high-pressure cylinder.

Также известен патент РФ 2149033, в котором предполагается из собранной отработанной газонаркотической смеси наркозных аппаратов адсорбировать ксенон, далее проводить его десорбцию и заполнять баллон. Адсорбцию ксенона осуществляют при температуре от «плюс» 25 до «минус» 80°C, а десорбцию проводят при 180°C и более, причем после нее ведут обеззараживание регенерируемого ксенона. В установку, содержащую емкость для отработанной газовой смеси, введены десорбер и устройство для обеззараживания, адсорберы установлены с возможностью переключения подачи к ним отработанной газовой смеси, десорбер соединен с устройством для обеззараживания и баллоном через крионасос, а адсорберы и десорбер выполнены в виде теплоизолированных корпусов с внутренними сменными патронами, заполненными сорбентом. Способ позволяет получить чистый ксенон для многократного использования, обеспечивает более мягкие условия течения сорбционных процессов, а также возможность использования десорбционного оборудования для обслуживания нескольких клиник.Also known is the patent of the Russian Federation 2149033, in which it is supposed to adsorb xenon from the collected waste gas-narcotic mixture of anesthetic devices, then to desorb it and fill the balloon. The adsorption of xenon is carried out at a temperature from “plus” 25 to “minus” 80 ° C, and desorption is carried out at 180 ° C and more, and after it disinfection of regenerated xenon is carried out. A desorber and a device for disinfection were inserted into the installation containing a container for the waste gas mixture, the adsorbers were installed with the possibility of switching the waste gas mixture to them, the desorber was connected to the device for disinfection and a balloon through a cryopump, and the adsorbers and desorber were made in the form of heat-insulated housings internal replaceable cartridges filled with sorbent. The method allows to obtain pure xenon for reuse, provides a milder conditions for the sorption processes, as well as the possibility of using desorption equipment to serve several clinics.

Основным недостатком таких подходов является сложность таких систем в эксплуатации и обслуживании, с чем не сможет справиться рядовой медицинский персонал, необходимостью специального размещения, так как подобные системы, насыщенные по количеству блоков, входящих в состав устройства должны иметь относительно большие габариты, а системы охлаждения адсорбера и нагрева десорбера должны быть снабжены специализированными криостатами и термостатами, выделяющими большое количество тепла, что делает невозможным их применение в операционных или терапевтических кабинетах.The main disadvantage of such approaches is the complexity of such systems in operation and maintenance, which ordinary medical personnel cannot cope with, the need for special placement, since such systems, saturated in the number of blocks that make up the device, should have relatively large dimensions, and the adsorber cooling systems and heating desorber should be equipped with specialized cryostats and thermostats that emit a large amount of heat, which makes it impossible to use them in the operating room x or therapeutic rooms.

В связи с этим наибольшее распространение получили компактные адсорберы, которые могут быть расположены как в непосредственной близости от наркозно-дыхательного или терапевтического оборудования, так и в составе терапевтических ксеноновых комплексов. Такие адсорберы содержат в герметичном корпусе специальный адсорбент, через который пропускают отработанную газовую смесь, содержащую ксенон. После насыщения адсорбера, его заменяют на новый, а насыщенный ксеноном адсорбер отправляют на специализированное производство ксенона, где производится его выделение и очистка. Описание такого адсорбера представлено, например, в патенте РФ 174585.In this connection, compact adsorbers, which can be located both in the immediate vicinity of anesthetic and respiratory or therapeutic equipment, and as part of therapeutic xenon complexes, are the most common. Such adsorbers contain in a hermetic enclosure a special adsorbent through which the spent gas mixture containing xenon is passed. After the adsorber is saturated, it is replaced with a new one, and the xenon-saturated adsorber is sent to a specialized xenon production, where it is isolated and purified. The description of such an adsorber is presented, for example, in the patent of the Russian Federation 174585.

Наиболее близким по сути и достигаемому результату является патент РФ 2153638, в котором адсорбер содержит цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки и гильзу, установленную коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса. Гильза снабжена вертикальной перегородкой, разделяющей внутреннюю полость гильзы на две камеры. Использование в конструкции адсорбера последовательно расположенных по потоку газа и заполненных адсорбентом различного вида трех секций (кольцевого пространства, первой камеры и второй камеры) позволяет обеспечить избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси с высокой эффективностью. Выполнение перегородки наклонной позволяет равномерно распределить поток газа по поперечному сечению камер, что повышает эффективность работы адсорбера. Для повышения поглотительной способности применяемых адсорбентов предусмотрена установка системы охлаждения адсорбера. Кроме того, для повышения эффективности кольцевое пространство может быть заполнено силикагелем, первая камера - цеолитом марки NaX, а вторая камера - цеолитом марки CaA или CaEX.The closest in essence and the achieved result is the RF patent 2153638, in which the adsorber contains a cylindrical body, inlet and outlet nozzles and a sleeve installed coaxially in the internal cavity of the housing with the formation of the annular space between the cylindrical walls of the sleeve and the housing. The sleeve is provided with a vertical partition dividing the internal cavity of the sleeve into two chambers. The use of three types of sections of various types (annular space, first chamber and second chamber) successively located along the gas flow in the adsorber design allows selective absorption in relation to various components of the gas mixture with high efficiency. The implementation of an inclined partition makes it possible to evenly distribute the gas flow over the cross section of the chambers, which increases the efficiency of the adsorber. To increase the absorptive capacity of the used adsorbents, installation of an adsorber cooling system is provided. In addition, to improve the efficiency, the annular space can be filled with silica gel, the first chamber with a zeolite of the brand NaX, and the second chamber with a zeolite of the brand CaA or CaEX.

Основным недостатком данного изобретения является сложность изготовления данного адсорбера, его относительно высокая масса, что определяется наличием не только корпуса, но и внутренней двухкамерной гильзы, и низкая эффективность использования внутреннего объема адсорбера, так как из-за наличия большого количества коммуникаций и перегородок снижается объем, доступный для засыпки адсорбента.The main disadvantage of this invention is the complexity of manufacturing this adsorber, its relatively high mass, which is determined by the presence of not only the housing, but also the internal two-chamber sleeve, and the low efficiency of the use of the internal volume of the adsorber, because due to the large number of communications and partitions the volume decreases Available for backfilling of the adsorbent.

Отдельно следует отметить использование материалов для улавливания ксенона. Как правило, авторы не указывают каких-либо специфичных свойств адсорбентов, отмечая лишь то, что они должны обладать повышенной эффективностью по сорбции ксенона. Однако такой подход является не совсем корректным.Separately, it should be noted the use of materials for trapping xenon. As a rule, the authors do not indicate any specific properties of the adsorbents, noting only that they must have an increased xenon sorption efficiency. However, this approach is not entirely correct.

В адсорбере через нанопористый адсорбер проходит, как правило, гипероксическая смесь газов, выдыхаемых пациентом. Поэтому в составе выдыхаемой смеси, кроме ксенона, азота и кислорода, содержатся незначительное количество CO2, не поглощенного адсорбером углекислого газа, и значительный объем паров воды H2O, выделяемых пациентом и в узле сбора двуокиси углерода CO2. Наличие значительного объема примесей, естественно, снижает адсорбцию ксенона, что в целом, снижает эффективность аккумулятора. Поэтому важно, чтобы применяемый адсорбент был гидрофобен, а также не содержал специфических адсорбционных центров, которые в первую очередь будут обладать повышенной селективностью по двуокиси углерода, азоту и кислороду, за счет электростатических взаимодействий. Ксенон в отличие от двуокиси углерода, азоту и кислороду не обладает дипольным или квадрупольным моментом, вносящими дополнительный вклад в адсорбционное взаимодействие. Поэтому использование, например, цеолитов NaX, CaA или CaEX, будет малоэффективным, так как данные адсорбенты обладают свойство гидрофильности, а также имеют специфичные адсорбционные центры, на которые преимущественно будет адсорбироваться двуокись углерода, а не ксенон. Кроме того, за счет своей структуры данные адсорбенты обладают значительной сорбцией кислорода, и, несмотря на то что сорбционные характеристики по ксенону существенно выше, за счет концентрационных эффектов, кислород будет «вымывать» ксенон из пористой структуры этих адсорбентов, ввиду чего перестает быть целесообразным их использование в терапевтических аппаратах, где, как правило, концентрирование ксенона производится из газонаркотической смеси с кислородом XeO2 в концентрациях 15 к 85 % объемных.In the adsorber, as a rule, a hyper-toxic mixture of gases exhaled by the patient passes through the nanoporous adsorber. Therefore, the composition of the exhaled mixture, in addition to xenon, nitrogen and oxygen, contains an insignificant amount of CO 2 not absorbed by the carbon dioxide adsorber, and a significant volume of H 2 O water vapor emitted by the patient and in the carbon dioxide collection unit CO 2 . The presence of a significant amount of impurities, naturally, reduces the adsorption of xenon, which in general, reduces the efficiency of the battery. Therefore, it is important that the adsorbent used is hydrophobic, and also does not contain specific adsorption centers, which in the first place will have increased selectivity for carbon dioxide, nitrogen and oxygen, due to electrostatic interactions. Xenon, in contrast to carbon dioxide, nitrogen and oxygen does not have a dipole or quadrupole moment, which makes an additional contribution to the adsorption interaction. Therefore, the use of, for example, NaX, CaA or CaEX zeolites will be ineffective, since these adsorbents have the property of hydrophilicity, and also have specific adsorption centers, to which carbon dioxide rather than xenon will be adsorbed. In addition, due to its structure, these adsorbents have significant oxygen sorption, and, despite the fact that xenon sorption characteristics are significantly higher, due to concentration effects, oxygen will “flush” xenon from the porous structure of these adsorbents, due to which it is no longer reasonable use in therapeutic devices, where, as a rule, the concentration of xenon is produced from a gas-narcotic mixture with oxygen XeO 2 in concentrations of 15 to 85% by volume.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности работы адсорбера для концентрирования ксенона.The problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the adsorber for concentrating xenon.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности извлечения ксенона из отработанной дыхательной смеси, в том числе и из смесей с высоким содержанием кислорода до 90% после проведения терапевтических процедур, а также повышение простоты эксплуатации.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of extraction of xenon from the spent breathing mixture, including mixtures with high oxygen content up to 90% after therapeutic procedures, as well as increased ease of operation.

Для решения поставленных задач в настоящей полезной модели применяется блок концентрирования ксенона, содержащий вертикальный цилиндрический корпус (1), верхнюю крышку корпуса (2), входной (3) и выходной (4) патрубки, при этом входной и выходной патрубки расположены на крышке корпуса таким образом, что входной патрубок соединен с трубчатой газовой коммуникацией (5), направляющей поток поступающей газовой смеси ко дну корпуса и распределяющей его равномерно по основанию, выходной патрубок позволяет выходить очищенной газовой смеси через крышку корпуса, а объем корпуса не менее чем на 80% заполнен гранулированным и/или формованным в блоки нанопористым углеродным адсорбентом (6) со средней эффективной шириной пор от 0.6 нм до 1.2 нм, объемом нанопор более 0.4 см3/г. Адсорбент удерживается стопорными кольцами, содержащими отверстия для распределения газового потока по фронту адсорбента.To solve the problems in this utility model, a xenon concentration unit is used, which contains a vertical cylindrical body (1), an upper case cover (2), an inlet (3) and an outlet (4) nozzles, while the inlet and outlet nozzles are located on the housing cover so that the inlet is connected to a tubular gas communication (5), which directs the flow of the incoming gas mixture to the bottom of the housing and distributes it evenly over the base, the outlet pipe allows the purified gas mixture to exit through the roofs casing, and the casing volume is not less than 80% filled with granular and / or molded into blocks nanoporous carbon adsorbent (6) with an average effective pore width of 0.6 nm to 1.2 nm, nanopores more than 0.4 cm 3 / g. The adsorbent is held by retaining rings containing holes for distribution of the gas flow along the front of the adsorbent.

На фиг. 1 изображен блок концентрирования ксенона. 1 – корпус; 2 – верхняя крышка; 3 – входной патрубок; 4 – выходной патрубок; 5 – трубчатая газовая коммуникация; 6 – адсорбент; 7 – стопорные кольца, удерживающие адсорбент с отверстиями для распределения потока.FIG. 1 shows a xenon concentration unit. 1 - case; 2 - top cover; 3 - inlet; 4 - outlet; 5 - tubular gas communication; 6 - adsorbent; 7 - retaining rings holding the adsorbent with holes for flow distribution.

Такая конструкция адсорбера обладает достаточной простотой в изготовлении и эксплуатации, а кроме того позволяет с максимальной пользой использовать внутренний объем адсорбера, практически полностью используя его для засыпки адсорбентом. This design of the adsorber has sufficient simplicity in the manufacture and operation, and in addition allows using the internal volume of the adsorber with maximum benefit, almost completely using it for filling with the adsorbent.

Выбор в качестве адсорбента для улавливания ксенона нанопористого углеродного адсорбента обусловлен, с одной стороны, их гидрофобностью, что позволяет избежать вытеснения ксенона адсорбированными парами воды, а с другой стороны, отсутствием специфичных адсорбционных центров, что делает сорбцию ксенона в нанопорах существенно более энергетически выгодной по сравнению с сорбцией азота, кислорода и двуокиси углерода, что и определяет повышенную селективность такого адсорбента по ксенону. При этом немаловажным являются параметры пористой структуры адсорбента для улавливания ксенона. В адсорбентах со средней эффективной шириной пор от 0.6 нм до 1.2 нм ксенон будет сорбироваться наиболее эффективно. Использование адсорбентов с более широкими порами не выгодно, так как энергия адсорбции ксенона в них становится достаточно малой, чтобы ксенон начал интенсивно вытесняться, например, кислородом из нанопор адсорбента. Особенно это будет заметно при использовании блока концентрирования ксенона в терапевтических ингаляционных аппаратах, где концентрация кислорода в газовой смеси значительно выше концентрации ксенона. С другой стороны, при использовании адсорбентов с более узкими порами, меньше 0.6 нм, адсорбция ксенона будет затруднена из-за размерных факторов (диаметр молекулы становится сопоставим по размеру с шириной поры, а адсорбция азота и кислорода становится наиболее энергетически выгодной для адсорбента.The choice as an adsorbent for trapping xenon nanoporous carbon adsorbent due, on the one hand, their hydrophobicity, which avoids the displacement of xenon by adsorbed water vapor, and on the other hand, the lack of specific adsorption centers, which makes sorption of xenon in nanopores significantly more energy efficient compared to with the sorption of nitrogen, oxygen and carbon dioxide, which determines the increased selectivity of such an adsorbent on xenon. At the same time, the parameters of the adsorbent porous structure for trapping xenon are important. In adsorbents with an average effective pore width of 0.6 nm to 1.2 nm, xenon will be absorbed most efficiently. The use of adsorbents with wider pores is not beneficial, since the adsorption energy of xenon in them becomes small enough that xenon begins to be intensely displaced, for example, with oxygen from the adsorbent nanopores. This will be especially noticeable when using a xenon concentration unit in therapeutic inhalation devices, where the oxygen concentration in the gas mixture is significantly higher than the xenon concentration. On the other hand, when using adsorbents with narrower pores, less than 0.6 nm, the adsorption of xenon will be difficult due to size factors (the diameter of the molecule becomes comparable in size with the pore width, and the adsorption of nitrogen and oxygen becomes the most energetically favorable for the adsorbent.

Также важным параметром является объем нанопор адсорбента. При объеме нанопор меньше 0.4 см3/г количество концентрированного ксенона будет относительно малым, поэтому необходимо использование адсорбентов с большим объемом. При этом чем больше объем нанопор, тем выше эффективность ксенона. Ограничение по максимальному объему пор определяется лишь физическим процессом образования пористой структуры при синтезе адсорбента. Так как ширина пор, получаемая при синтезе адсорбента, как правило, обратно пропорциональна объему нанопор адсорбента. В связи с этим, при выборе адсорбента для блока необходимо подбирать адсорбент с оптимальными параметрами эффективной ширины и объема нанопор.Also an important parameter is the volume of the adsorbent nanopores. When the volume of nanopores is less than 0.4 cm 3 / g, the amount of concentrated xenon will be relatively small, therefore it is necessary to use adsorbents with a large volume. Moreover, the larger the volume of nanopores, the higher the efficiency of xenon. The limitation on the maximum pore volume is determined only by the physical process of formation of the porous structure during the synthesis of the adsorbent. Since the pore width obtained during the synthesis of the adsorbent, as a rule, is inversely proportional to the volume of the nanopores of the adsorbent. In this regard, when choosing an adsorbent for a block, it is necessary to select an adsorbent with optimal parameters of effective width and volume of nanopores.

Адсорбент, применяемый в блоке улавливания ксенона, должен быть гранулированным и/или формованным в блоки, и обладать достаточно высокой устойчивостью к истиранию, то есть пониженным пылеобразованием. Использование порошкообразных или не жестких гранулированных адсорбентов может приводить к образованию пыли в блоке улавливания, что при взаимодействии с кислородом из поступающей газовой смеси может привести к нежелательному процессу окисления адсорбента, что внешне может проявляться дополнительным разогревом блока улавливания или, в предельном случае, его возгоранием.The adsorbent used in the xenon trapping unit must be granular and / or molded into blocks, and possess sufficiently high resistance to abrasion, that is, reduced dust generation. The use of powdered or non-rigid granular adsorbents can lead to the formation of dust in the capture unit, which, when interacting with oxygen from the incoming gas mixture, can lead to an undesirable oxidation process of the adsorbent, which may be externally manifested by additional heating of the capture unit or, in the limiting case, by its combustion.

Допускается использовать адсорбент в виде формованных моноблоков, например, цилиндрической формы диаметром, равным диаметру корпуса блока, расположенных слоями по высоте корпуса. Такая форма гранул адсорбента позволяет существенно снизить процесс трения смежных моноблоков и тем самым понизить пылеобразование. При этом, для снижения эффекта повышенного гидравлического сопротивления такой системы, необходимо обеспечить наличие в каждом из блоков хаотично расположенных сквозных отверстий диаметром 0.5 мм и менее. При этом укладка блоков не должна допускать образование сквозных каналов по высоте корпуса.It is allowed to use the adsorbent in the form of molded monoblocks, for example, of a cylindrical shape with a diameter equal to the diameter of the case of the block, arranged in layers along the height of the case. This form of adsorbent granules can significantly reduce the friction process of adjacent monoblocks and thereby reduce dust formation. At the same time, in order to reduce the effect of increased hydraulic resistance of such a system, it is necessary to ensure that there are randomly located through holes with a diameter of 0.5 mm or less in each of the blocks. At the same time stacking blocks should not allow the formation of through channels along the height of the body.

Для повышения эффективности аккумулирования ксенона между нанопористым углеродным адсорбентом и выходным патрубком блока концентрирования ксенона может быть расположен слой селективного материала, представляющего собой газовую мембрану или молекулярное сито, как правило, углеродный адсорбент, металлорганическая каркасная структура или цеолит, которые за счет эффекта молекулярно-ситового разделения, пропускают молекулы азота и кислорода и задерживают молекулы ксенона.To increase the efficiency of xenon accumulation between the nanoporous carbon adsorbent and the outlet nozzle of the xenon concentration unit, a layer of selective material can be placed, which is a gas membrane or molecular sieve, usually a carbon adsorbent, an organometallic skeleton structure or a zeolite, due to the effect of molecular sieve separation , nitrogen and oxygen molecules are passed through and retain xenon molecules.

Так как блок улавливания ксенона может использоваться и в составе ингаляционных терапевтических аппаратов, то его форма может являться определяющей при компоновке элементов таких ингаляционных аппаратов. Так как основным технологическим требованием к блокам улавливания является их герметичность, и при этом отсутствует необходимость выдерживать высокие давления, то допускается выполнять этот блок в любой удобной форме, при соблюдении герметичности блока, например, в виде параллелепипеда.Since the xenon trapping unit can also be used as part of inhalation therapeutic devices, its shape may be decisive when assembling the elements of such inhalation devices. Since the main technological requirement for the trapping units is their tightness, and there is no need to withstand high pressures, it is allowed to perform this unit in any convenient form, while respecting the tightness of the unit, for example, in the form of a parallelepiped.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Блок улавливания ксенона гидравлическим объемом 10 л снаряжен на 80% нанопористым углеродным адсорбентом из кокосового угля, представляющим собой гранулы неправильной формы средним линейным размером около 1 мм, со средней эффективной шириной пор 1.2 нм и объемом нанопор 0.61 см3/г. Блок улавливания применяется для улавливания ксенона из наркозного аппарата, при этом средняя концентрация ксенона составляла 65 % об., кислорода 25 % об., азота 10 % об. В этом случае количество концентрированного ксенона после полной отработки блока, что фиксировалось датчиком проскока ксенона, установленным в газовых коммуникациях, подключенных к выходному патрубку блока, составило 161.5 л (16 л Xe/л адсорбента).The xenon trapping unit with a hydraulic volume of 10 l is filled with 80% nanoporous carbon adsorbent from coconut coal, which are irregularly shaped granules with an average linear size of about 1 mm, with an average effective pore width of 1.2 nm and a nanopore size of 0.61 cm 3 / g. The trapping unit is used to trap xenon from the anesthesia apparatus, while the average concentration of xenon was 65% vol., Oxygen 25% vol., Nitrogen 10% vol. In this case, the amount of concentrated xenon after the unit was completely refined, which was recorded by a xenon leakage sensor installed in gas communications connected to the unit outlet, was 161.5 l (16 l Xe / l adsorbent).

Пример 2Example 2

Отличается от примера 1 тем, что блок улавливания ксенона снаряжен на 90% углеродным адсорбентом, полученным термохимическим синтезом разложения полимера. Адсорбент имеет следующие структурно-энергетические характеристики: среднюю эффективную ширину нанопор 0.6 нм и объемом нанопор 0.4 см3/г. Блок улавливания применяется для улавливания ксенона из терапевтического ингаляционного аппарата, при этом средняя концентрация ксенона составляла 10 % об., кислорода 45 % об., азота 40 % об, с незначительным содержанием в 5% влаги и двуокиси углерода. Количество концентрированного ксенона составило 97 л (9.7 л Xe/л адсорбента).It differs from example 1 in that the xenon trapping unit is filled with 90% carbon adsorbent obtained by thermochemical synthesis of polymer decomposition. The adsorbent has the following structural and energy characteristics: the average effective width of nanopores is 0.6 nm and the volume of nanopores is 0.4 cm 3 / g. The trapping unit is used to trap xenon from the therapeutic inhalation apparatus, with an average xenon concentration of 10% by volume, oxygen 45% by volume, nitrogen 40% by volume, with an insignificant content of 5% moisture and carbon dioxide. The amount of concentrated xenon was 97 L (9.7 L Xe / L adsorbent).

Пример 3Example 3

Отличается от примера 1 тем, что блок улавливания ксенона между нанопористым углеродным адсорбентом и выходным патрубком блока содержит слой углеродного молекулярного сита. Количество концентрированного ксенона составило 186 л (18.6 л Xe/л адсорбента).It differs from Example 1 in that the xenon trapping unit between the nanoporous carbon adsorbent and the outlet of the block contains a layer of carbon molecular sieve. The amount of concentrated xenon was 186 L (18.6 L Xe / L adsorbent).

Эксплуатация блоков улавливания ксенона в заявляемых примерах осуществлялась следующим способом. Входной патрубок соединен со сбросным патрубком наркозного или терапевтического ингаляционного аппарата, выходной патрубок содержит предохранительный клапан открытый во время сброса газа и закрытый во время простоя блока концентрирования ксенона, отличающийся тем, что в блок концентрирования ксенона подается отработанная дыхательная смесь с содержанием не менее чем 10 % ксенона, газовая магистраль между наркозным или терапевтическим ингаляционным аппаратом и блоком концентрирования ксенона для сброса газа выполнена из материалов не содержащих силикон, и содержит нереверсивный клапан, расположенный вблизи выходного патрубка наркозного и терапевтического ингаляционного аппарата.The operation of xenon trapping units in the claimed examples was carried out as follows. The inlet is connected to a waste pipe of an anesthetic or therapeutic inhalation apparatus, the outlet contains a safety valve open during gas release and closed during the idle of the xenon concentration unit, characterized in that the exhausted breathing mixture with a content of not less than 10% is supplied to the xenon concentration unit xenon, the gas line between the anesthetic or therapeutic inhalation apparatus and the xenon concentration unit for the discharge of gas is made of materials containing silicone, and contains non-reversing valve is disposed near the outlet an inhalation anesthetic and the therapeutic apparatus.

Нереверсивный клапан обеспечивает направление газовых потоков во время работы блока концентрирования ксенона, и препятствует попаданию влаги и двуокиси углерода из атмосферного воздуха в блок концентрирования ксенона, а также препятствует десорбции ксенона из адсорбента.The non-reversing valve provides the direction of the gas flow during the operation of the xenon concentration unit, and prevents the ingress of moisture and carbon dioxide from atmospheric air into the xenon concentration unit, and also prevents the desorption of xenon from the adsorbent.

Отсутствие в газовой магистрали между наркозным или терапевтическим ингаляционным аппаратом и блоком концентрирования ксенона материалов, содержащих силикон, позволяет существенно снизить потери ксенона, связанные с диффузией ксенона через стенки трубок и переходников газовой магистрали.The absence in the gas line between the anesthetic or therapeutic inhalation apparatus and the xenon concentration unit of materials containing silicone can significantly reduce the loss of xenon associated with xenon diffusion through the walls of the tubes and gas line adapters.

В отдельных случаях использования блока улавливания ксенона в терапевтических ингаляционных аппаратах, выходной патрубок блока улавливания может содержать регулируемый предохранительный клапан, способный обеспечить поднятие давления в блоке на величину до 60 мм вод.ст., что, с одной стороны, не будет препятствовать сбросу газа из аппарата, а с другой стороны, повысит селективность адсорбции ксенона по сравнению с другими компонентами газовой смеси (кислородом и азотом).In some cases, the use of xenon trapping unit in therapeutic inhalation devices, the output nipple of the trapping unit may contain an adjustable safety valve capable of raising the pressure in the unit by up to 60 mm water column, which, on the one hand, will not prevent the discharge of gas from apparatus, on the other hand, will increase the selectivity of adsorption of xenon compared with other components of the gas mixture (oxygen and nitrogen).

Claims (3)

1. Блок концентрирования ксенона из газонаркотической смеси наркозных и терапевтических ингаляционных аппаратов, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки расположены на крышке корпуса таким образом, что входной патрубок соединен с трубчатой газовой коммуникацией, направляющей поток поступающей газовой смеси ко дну корпуса и распределяющей его равномерно по основанию, выходной патрубок позволяет выходить очищенной газовой смеси через крышку корпуса, а внутренний объем корпуса заполнен гранулированным и/или формованным в блоки нанопористым углеродным адсорбентом со средней эффективной шириной пор от 0.6 нм до 1.2 нм, объемом нанопор более 0.4 см3/г, при этом внутренний объем блока концентрирования ксенона заполнен нанопористым адсорбентом не менее чем на 80%.1. A xenon concentration unit from a gas-narcotic mixture of anesthetic and therapeutic inhalation devices, comprising a vertical cylindrical body, an upper case cover and an inlet and outlet pipes, characterized in that the inlet and outlet pipes are located on the housing cover in such a way that the inlet pipe is connected to a tubular gas communication, directing the flow of the incoming gas mixture to the bottom of the housing and distributing it evenly over the base, the outlet allows you to exit the purified gas cm you are through the lid of the case, and the internal volume of the case is filled with granulated and / or molded into blocks with nanoporous carbon adsorbent with an average effective width of 0.6 nm to 1.2 nm, nanopores more than 0.4 cm 3 / g, while the internal volume of the xenon concentration unit is filled with nanoporous adsorbent not less than 80%. 2. Блок по п.1, отличающийся тем, что между нанопористым углеродным адсорбентом и выходным патрубком блока концентрирования ксенона расположен слой селективного материала, представляющего собой газовую мембрану или молекулярное сито, пропускающее молекулы азота и кислорода и задерживающее молекулы ксенона.2. The unit according to claim 1, characterized in that between the nanoporous carbon adsorbent and the outlet nozzle of the xenon concentration unit is a layer of selective material, which is a gas membrane or molecular sieve that passes through nitrogen and oxygen molecules and inhibits xenon molecules. 3. Способ эксплуатации блока концентрирования ксенона, в котором входной патрубок соединен со сбросным патрубком наркозного и терапевтического ингаляционного аппарата, выходной патрубок содержит предохранительный клапан, открытый во время сброса газа и закрытый во время простоя блока концентрирования ксенона, отличающийся тем, что в блок концентрирования ксенона подается отработанная дыхательная смесь с содержанием не менее чем 10 % ксенона, газовая магистраль между наркозным или терапевтическим ингаляционным аппаратом и блоком концентрирования ксенона для сброса газа выполнена из материалов, не содержащих силикон, и содержит нереверсивный клапан, расположенный вблизи выходного патрубка наркозного и терапевтического ингаляционного аппарата.3. A method of operating a xenon concentration unit, in which the inlet is connected to a waste branch of anesthetic and therapeutic inhalation apparatus, the outlet contains a safety valve that is open during the gas discharge and closed during xenon concentration unit, wherein the xenon concentration unit the exhausted breathing mixture is supplied with a content of not less than 10% xenon, the gas line between the anesthetic or therapeutic inhalation apparatus and the end unit The xenon vent gas vent is made of non-silicone materials and contains a non-reversible valve located near the outlet port of the anesthetic and therapeutic inhalation apparatus.
RU2018105779A 2018-02-15 2018-02-15 Xenon concentration block and method of its operation RU2670635C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105779A RU2670635C9 (en) 2018-02-15 2018-02-15 Xenon concentration block and method of its operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105779A RU2670635C9 (en) 2018-02-15 2018-02-15 Xenon concentration block and method of its operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2670635C1 true RU2670635C1 (en) 2018-10-24
RU2670635C9 RU2670635C9 (en) 2018-12-04

Family

ID=63923558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105779A RU2670635C9 (en) 2018-02-15 2018-02-15 Xenon concentration block and method of its operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2670635C9 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153638C1 (en) * 1999-07-09 2000-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Акела-Н" Adsorber (versions)
RU2228739C1 (en) * 2003-06-05 2004-05-20 Закрытое акционерное общество "АТОМ-МЕД ЦЕНТР" Preparation for adaptogenic therapy (variants) and method for its preparing
US8221532B2 (en) * 2006-01-30 2012-07-17 Carruthers J Donald Nanoporous articles and methods of making same
RU174585U1 (en) * 2016-11-28 2017-10-23 Общество с ограниченной ответственностью "КсеМед" Xenon therapy device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153638C1 (en) * 1999-07-09 2000-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Акела-Н" Adsorber (versions)
RU2228739C1 (en) * 2003-06-05 2004-05-20 Закрытое акционерное общество "АТОМ-МЕД ЦЕНТР" Preparation for adaptogenic therapy (variants) and method for its preparing
US8221532B2 (en) * 2006-01-30 2012-07-17 Carruthers J Donald Nanoporous articles and methods of making same
EP2792406A1 (en) * 2006-01-30 2014-10-22 Advanced Technology Materials, Inc. A fluid storage and dispensing apparatus
RU174585U1 (en) * 2016-11-28 2017-10-23 Общество с ограниченной ответственностью "КсеМед" Xenon therapy device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2670635C9 (en) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11465123B2 (en) Systems and methods for gas treatment
US8246721B2 (en) Method for removing N2O from a gaseous flow
RU2670635C1 (en) Xenon concentration block and method of its operation
JP4450944B2 (en) Perfluorocarbon recovery method and decomposition method
JPWO2014051158A1 (en) Oxygen concentrator
CN208809736U (en) Higher boiling can coagulate the adsorptive reactor of component in a kind of separation mixed gas
CN113660992A (en) Two-step recovery of halogenated hydrocarbons
JP5275671B2 (en) Oxygen concentrator
KR100377838B1 (en) Absorbtion apparatus of pressure circulation
JP2788164B2 (en) Separation method of high purity oxygen gas
JP7418770B2 (en) Ethylene oxide gas removal system
JP2012130861A (en) Life support gas clarifying apparatus
CN216472239U (en) Medical oxygen generation molecular sieve integrated equipment
JP2005006731A (en) Oxygen concentrator
JP2004344735A (en) Oxygen concentration device
JPH11139806A (en) Adsorption type oxygen enrichment device for medical treatment
RU2149033C1 (en) Method and device for regenerating xenon from narcotic gas mixture used in anesthesia apparatus
RU2238113C1 (en) Method and device for recovering xenon from exhaust narcotic gas mixture
JPS5462175A (en) Gas treating apparatus
Moreau et al. Method for removing N 2 O from a gaseous flow
CN116139645A (en) Rotary oxygen generation device and method for dispersion oxygen supply mode
RU81893U1 (en) DEVICE FOR THE COLLECTION AND STORAGE OF INERT GASES
JPS58143819A (en) Regeneration of adsorbent

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification