SU1022725A1

SU1022725A1 - Method of adsorbent cooling stationary layer

Info

Publication number: SU1022725A1
Application number: SU802982884A
Authority: SU
Inventors: Юрий Яковлевич Игнатов; Георгий Анатольевич Головко; Виктор Дмитриевич Ковалев
Original assignee: Ленинградский технологический институт холодильной промышленности
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1983-06-15

Description

(О(ABOUT

СWITH

KD Ю 1C СЛKD Yu 1C SL

Изобретение относитс к способу охлаждени неподвижного сло адсорбента в процессе очистки инертных газов и может найти применение на предпри ти х , использующих особо чистые газы, получаемые в процессах селективного адсорбционного поглощени примесей при низких температурах.The invention relates to a method for cooling a fixed bed of an adsorbent in an inert gas purification process and can be used in plants using highly pure gases obtained in processes of selective adsorption absorption of impurities at low temperatures.

Известен способ охлаждени неподвижного адсорбента, селективно поглощающего примеси кислорода, окислов и т.п. из потока инертного газа при низких температурах до температуры , лежащей как можно ближе к рабочей температуре адсорбции, пропускани через слой потока очищаемого инертного газа. Адсорбент охлаждают таким образом, что температура каждой индивидуальной чейки молекул рного сита снижаетс от О до -1k()°C в течение kQ мин р.A known method of cooling a fixed adsorbent that selectively absorbs an impurity of oxygen, oxides, etc. from the flow of inert gas at low temperatures to a temperature lying as close as possible to the operating temperature of adsorption, passing a stream of purified inert gas through the bed. The adsorbent is cooled in such a way that the temperature of each individual molecular sieve cell decreases from 0 to -1k () ° C for kQ min p.

Недостатком такого способа охлаждени вл етс поглощение компонентов очии;аемой смеси, например аргона и кислорода даже при времени охлаждени , равном АО мин, что приводит к снижению адсорбционной емкости, молекул рного сита, и оказывает вли ние на степень очистки инертного газа.The disadvantage of this cooling method is absorption of the components of ocium, and the mixture of the mixture, such as argon and oxygen, even at a cooling time equal to AO min, which leads to a decrease in the adsorption capacity, molecular sieve, and affects the degree of purification of the inert gas.

Наиболее близким к изобретению пб ехнической .сущности и достигаемому результату вл етс способ очистки аргона от кислорода. Поглощение примеей кислорода осуществл ют при повыенных давлени х на цеолитах типа КА. NaA или АдКаА при температурах, . близких к насыщению. Десорбцию провод т в изотермических услови х«Охлаждение синтетического цеолита после процесса десорбции производ т в вакууме, использу в качестве хладагента жидкие азот, кислород, аргон или их смеси fiijThe closest to the invention of the pb of the technical essence and the achieved result is the method of purification of argon from oxygen. The uptake of oxygen by impurity is carried out at elevated pressures on zeolites of the type KA. NaA or AdKaA at temperatures,. close to saturation. Desorption is carried out under isothermal conditions. The cooling of a synthetic zeolite after the desorption process is carried out under vacuum, using liquid nitrogen, oxygen, argon or their mixtures fiij as a refrigerant.

В св зи с тем, что теплопроводность зернистого сло мала, ввиду низкой теплопроводности самого сло цеолита и осуществлени теплообмена в основном за счет контакта гранул адсорбента, врем охлаждени в крупных аппаратах может составить неколько дес тков часов, ;что приводит к снижению эффективности и экономичости процесса очистки в целом.Due to the low thermal conductivity of the granular layer, due to the low thermal conductivity of the zeolite layer itself and the heat exchange mainly due to the contact of the adsorbent granules, the cooling time in large apparatuses can be several tens of hours, which leads to a decrease in process efficiency and economy cleaning in general.

Целью изобретени вл етс интенификаци процесса охлаждени неповижного сло адсорбента.The aim of the invention is to intensify the process of cooling the still layer of the adsorbent.

Поставленна цель достигаетс тем, то согласно способу охлаждени неодвижного сло адсорбента, состо щему в том, что адсорбент сначала охлаждают с использованием внешнего источника холода в вакууме от температуры регенерации до верхнего температурного предела избирательного поглощени примесей, при достижении этого предела на слой адсорбента подают очищаемый газ, повышают его давление от вакуума до рабочего за врем , не превышающее 5 мин, и дальнейшее охлаждение до температуры адсорбции ведут в среде очищаемого газа.The goal is achieved according to the method of cooling the non-moving layer of the adsorbent, which consists in the fact that the adsorbent is first cooled using an external cold source in vacuum from the regeneration temperature to the upper temperature limit of selective absorption of impurities, upon reaching this limit, the cleaned gas is fed to the layer of adsorbent , increase its pressure from vacuum to working for a time not exceeding 5 minutes, and further cooling to the temperature of adsorption is carried out in the medium of the gas to be purified.

Отличительными признаками способа вл ютс подача очищаемого газа на 5 слой адсорбента при достижении указанного температурного предела, повышение его давлени от вакуума до рабочего за врем , не превышающее 5 мин, проведение дальнейшего охЛаж0 дени в среде очищаемого газа.Distinctive features of the method are the supply of the gas to be purified to the 5th layer of the adsorbent upon reaching the specified temperature limit, increasing its pressure from vacuum to working for a time not exceeding 5 minutes, conducting further cooling in the medium of the gas to be purified.

Технологи способа состоит в следующем .The technology of the method is as follows.

Охлаждение неподвижного сло адсорбента в процессе избирательногоThe cooling of the fixed bed of the adsorbent in the process of selective

5 адсорбционного поглощени примесей из потока очищаемого газа при криогенных температурах провод т в два этапа. Первый этап - охлаждение.адсорбента в вакууме с помощью внешнё0 го источника холода, например жидкого хладагента до верхнего температурного предела избирательного поглощени примесей. Эффективность охлаждени зависит от теплофизических5, the adsorption absorption of impurities from the stream of gas to be purified at cryogenic temperatures is carried out in two stages. The first stage is cooling of the adsorbent in vacuum using an external source of cold, for example, a liquid refrigerant to the upper temperature limit of selective absorption of impurities. The cooling efficiency depends on the thermophysical

5 свойств адсорбента (.теплопроводность, теплоемкость , формы, размеров и укладки гранул адсорбента в адсорбере. Врем охлаждени обычно не превышает несколько часов. Второй этап - повышение давлени очищаемого газа в адсорбереот вакуума до рабочего. Очищаемый газ не адсорбируетс , поглощаютс только примеси, например кислород . Теплопроводность системы адсорбент - очищаемый газ в межгранульном пространстве возрастает, что приводит к сокращению времени охлаждени адсорбента в адсорбере. Адсорбционна емкость адсорбента используетс только дл поглощени примесей. Давление газа в адсорбере увеличивают по линейному закону за врем ,не превышающее 5 мин. 5 properties of the adsorbent (heat conductivity, heat capacity, shape, size and placement of the adsorbent granules in the adsorber. The cooling time usually does not exceed several hours. The second stage is to increase the pressure of the gas to be purified in the adsorber from the vacuum to the working gas. The gas to be purified is not adsorbed, only impurities are absorbed, for example oxygen. The thermal conductivity of the adsorbent system — the gas to be purified in the intergranular space increases, which leads to a decrease in the cooling time of the adsorbent in the adsorber. The adsorption capacity of the adsorbent is used Only to absorb impurities. The gas pressure in the adsorber increases linearly for a time not exceeding 5 minutes.

j Увеличение времени повышени давлени снижает эффективность процесса охлаждени , и увеличивает врем достижени температуры адсорбции. Н таблице представлены данные, иллюстриру3 ющие процесс охлаждени цеолита в зависимости от темпа повышени Таким образом, если врем повышени давлени очищаемого газа менее 5 мин, врем охлаждени адсорбента, практически, остаетс посто нным вследствие инертности системы адсорбент-хладагент-очищенный газ. При увеличении времени повышени давлени очищаемого газа в адсорбере более 5 мин, врем охлаждени адсорбен та, т.е. достижени температуры адсорбции возрастает. Пример 1. Очистка аргона от кислорода на синтетическом цеолите типаНаА. Охлаждение цеолита производитс в адсорбере с внутренним диаметром 59 мм. Размер гранул цеолита 2,5 мм. В качестве хладагента используют жидкий кислород, кип щий под атм. давлением. Охлаждение цеоли та от температуры окружающей среды д 108 К производ т при начальном давле нии 20 Па. Врем достижени верхнего температурного предела избиратель ного поглощени примесей, равного 108 К, 2 ч 35 мин При повышении дав лени от 10 Па до 0,1 МПа в течение 3 мин за счет подачи в адсорбер очищаемой газовой смеси, адсорбент охла 1027.72 54 НаЛ лени . ДаБление во всех кспериментах повышают по линейному закону. дав- даетс от 108 К до рабочей температуры , равной 91 К, за врем 1 ч 40 мин. Суммарное врем охлаждени цеолита КаД ч 15 мин. Врем охлаждени Цеолита при давлении 10-20 Па от темпера туры окружающей среды до рабочей около 1 2 ч. Пример 2. Очистка аргона от кислорода на углеродном молекул рном сите типа tA. Охлаждение углеродного молекул рного сита производ т в адсорбере с внутренним диаметром 5 мм. Средний размер гранул адсорбента 1,5 мм. В качестве хладагента используют жидкий азот, кип щий под давлением 0,6 МПа. Охлаждение адсорбента от температуры окружающей среды до 112 К производ т при начальном давлении 20 Па. Врем достижени верхнего температурного предела избирательного поглощени примесей, равного 112 К, 1 ч 55 мин. При повышении давлени от 10 Па до 0,15 МПа в течение k мин за счет подачи в адсорбер очищаемой газовой смеси, адсорбент охлаждаетс от 112 К до рабочей температуры , равной 92 К, за врем 1 ч 15 мин. Суммарное врем охлаждени j An increase in pressure build-up time reduces the efficiency of the cooling process, and increases the time it takes for the adsorption temperature to reach. The table shows data illustrating the process of cooling the zeolite depending on the rate of increase. Thus, if the pressure increase time of the gas to be purified is less than 5 minutes, the adsorbent cooling time practically remains constant due to the inertness of the adsorbent-refrigerant-purified gas system. With an increase in the pressure increase time of the gas to be purified in the adsorber for more than 5 minutes, the cooling time of the adsorbent, i.e. reaching the adsorption temperature increases. Example 1. Purification of argon from oxygen on synthetic zeolite tipaa. The zeolite is cooled in an adsorber with an internal diameter of 59 mm. The size of the granules of zeolite 2.5 mm. Liquid oxygen boiling under atm is used as a refrigerant. pressure. Cooling of a zeolite from an ambient temperature of d 108 K is performed at an initial pressure of 20 Pa. The time to reach the upper temperature limit of the selective absorption of impurities is 108 K, 2 hours and 35 minutes. When the pressure increases from 10 Pa to 0.1 MPa for 3 minutes due to feeding the adsorber of the gas mixture being cleaned, the adsorbent cooled to 1027.72 54 Na laziness. Doubling in all experiments is increased linearly. pressure from 108 K to an operating temperature of 91 K, for 1 h 40 min. The total cooling time of the zeolite KAD h 15 min. The cooling time of the zeolite at a pressure of 10–20 Pa from ambient temperature to a working one is about 1–2 hours. Example 2. Purification of argon from oxygen on a carbon molecular sieve of the type tA. The carbon molecular sieve is cooled in an adsorber with an inner diameter of 5 mm. The average granule size of the adsorbent is 1.5 mm. Liquid nitrogen, boiling under a pressure of 0.6 MPa, is used as a refrigerant. The adsorbent is cooled from ambient temperature to 112 K at an initial pressure of 20 Pa. The time to reach the upper temperature limit of selective absorption of impurities is 112 K, 1 h 55 min. With an increase in pressure from 10 Pa to 0.15 MPa for k min by supplying the gas mixture being cleaned to the adsorber, the adsorbent is cooled from 112 K to an operating temperature of 92 K in 1 h 15 min. Total cooling time

углеродного молекул рного сита типа А 3 ч 10 мин. Врем охлаждени углеродного молекул рного сита типа АД при давлении 10-20 Па от температуры окружающей среды до рабочей около $ 10 ЧоType A carbon molecular sieve 3 h 10 min. The cooling time of a carbon molecular sieve of the AD type at a pressure of 10–20 Pa from ambient temperature to a working one is about $ 10 Cho

П р и м е р 3. Очистка азота от кислорода на углеродном молекул рном сите. Охлаждение углеродного молекул рного сита производ т в адсорбере с id внутренним диаметром 5 мм. Средний размер)/гранул адсорбента 1,6 мм. В качестве хладагента используют жидкий кислород, кип щий под атмосферным давлением о Охлаждение адсорбента от тем- ts пературы окружающей среды QO 128 К ПРОИЗВОДЯТ пои начальном давлении 20 Па. Врем достижени верхнего температурного предела избирательного поглощени примесей, равного 128 К, 20 1 ч 30 мин. При повышении давлени от 10 Па до 0,5 МПа в течение 5 мин за счет подачи в адсорбер очищаемой газовой смеси адсорбент охлаждаетс от 128 К до рабочей температуры, рав-25PRI me R 3. Purification of nitrogen from oxygen on a carbon molecular sieve. The carbon molecular sieve is cooled in an adsorber with an id of 5 mm in diameter. Average size) / adsorbent granules 1.6 mm. Liquid oxygen boiling under atmospheric pressure is used as a coolant. The cooling of the adsorbent from the temperature of the environment of the environment QO 128 K is produced at an initial pressure of 20 Pa. The time to reach the upper temperature limit of the selective absorption of impurities, equal to 128 K, 20 1 h 30 min. With an increase in pressure from 10 Pa to 0.5 MPa for 5 minutes, the adsorbent is cooled from 128 K to the working temperature, equal to -25, by supplying the gas mixture being cleaned to the adsorber.

ной 93 К за врем 1 ч 20 мин. Суммарное врем охлаждени углеродного молекул рного сита 2 ч 50 мин. Врем охлаждени углеродного молекул рного сита при давлении 10-20 Па от температуры окружающей среды до рабочей около 9 м о93 K for 1 h 20 min. The total cooling time of the carbon molecular sieve is 2 h 50 min. The cooling time of the carbon molecular sieve at a pressure of 10–20 Pa from ambient to working temperature is about 9 m.

Процесс очистки криогенных газов при низких температурах обычно организуют по схеме адсорбци -десорбцИ -рхлаждение в трех адсорберах. Стадии адсорбции и десорбции как правило лимитируютс стадией охлаждени . Сокращение времени охлаждени адсорбента приводит к уменьшению времени переключени адсорберов, т.е. к сокращению габаритов а.ппаратов или к уменьшению их числа (два вместо трех).The process of purification of cryogenic gases at low temperatures is usually organized according to the scheme of adsorption-desorption and storage in three adsorbers. The adsorption and desorption stages are generally limited by the cooling stage. Reducing the cooling time of the adsorbent reduces the switching time of the adsorbers, i.e. to reduce the size of a.paratov or to reduce their number (two instead of three).

При использовании предалагаемого способа врем охлаждени адсЬрбера со,кращаетс в 2-3 раза, что, в свою очередь , приводит к уменьшению габаритов адсорберов, т.е. снижению затрат на хладагент, уменьшению затрат электрорнергии на десорбцию.When using the proposed method, the cooling time of the AdBber co shortens by a factor of 2–3, which, in turn, leads to a decrease in the size of the adsorbers, i.e. reducing the cost of the refrigerant, reducing the cost of electrical desorption.

Claims

METHOD FOR COOLING A STABLE ADSORBENT LAYER during purification of inert gases from impurities using an external cold source in vacuum, which is similar to the fact that, in order to intensify the process, on the adsorbent layer when the temperature reaches the upper limit of selective adsorption feed the gas to be purified, increase its pressure from vacuum to working for a time not exceeding 5 minutes, and further cooling to the adsorption temperature is carried out in the medium of the gas to be purified.