Изобретение относитс к очистительной технике и может найти применение во многих отрасл х нароцного хоз йства науки и техники. При известных способах адсорбции примесей из газовых смесей на непоовиж ной однослойной и многоспойной шихте (особенно при глубокой очистке) испогаь . зуют не полную емкость адсорбента, а динамическую емкость, обусловленную конечной скоростью адсорбции этом Часть адсорбционного объема остае с неиспользованной.В компактных ад сорберах при малых значени х коэффициента массопередачи часть спо остаетс неиспользованной, из-за чего необходимо часто чередовать циклы адсорбци десорбций . Это сказываетс на экономической эффективности процесса в целом. В частности, при адсорбции кислорода из потока аргона при температуре 9О К на цеолите типаМаАвысота неиспользованного сло адсорбента может достигать в некоторых случа х 205о обшей высоты сло адсорбента, при этом цикл адсорбции продолжаетс 20-30 час, полна емкость цеолита используетс лишь на 708О% . Известны также предложени , направ- пенные на усовершенствование процесса адсорбции примесей из газов и потоков, в которых предлагаетс способ использовани адсорбера дл очистки газа с умены-. шаюшейс во времени концентрацией погпощаемых примесей, например, дл поглощени компонентов воздуха из гели , циркулирующего в замкнутой системе гелиевой рефрижераторной установки 2. Погпотитепьный адсорбер разбит по высоте на пве или большее число зон. Очищаемый газ подаетс в адсорбер сверху, а очищенный отводитс снизу. Зону, в которой происходит поглощение примесей, можно байпасировать и подавать очищаемый газ на последующие по ходу газа слои адсорбента . На первом этапе очистки наиболее загр зненный газ пропускают через первый по ходу газа спой адсорбента. Так как погпощеиие примесей в динамических услови х НОСИТ зонный характер, то адсорбент в первой по ходу газа зоне насыщаетс значительно больше, чем в поспедующих , в пределе насьпцени в первой зоне равновесно исходной высокой Концентрации примесей в очищаемом газе После нескольких проходов газа через адсорбер концентраци примесей в очищаемом газе (гелии) понижаетс и газ начинает десорбировать их из адсорбента в первой по ходу газа зоне и переносить их в последующие зоны, что приводит к снижению общей емкости сло в адсорбере по поглощаемым компонентам. Дл предз/преждеци процесса десорбции поглощенных примесей в процессе очистки при насыщении первой зоны адсорбента очищаемый газ по байпасу направл ют в последукицие зоны. Байпасированиё лучше всего начать в тот момент, когда концен раци примесей в адсорбенте, на границе , между зонами, равновесна концентрации их в очищаемом газе. При этом перва по ходу газа зона (как и при очистке по обычной схем-э) исключаетс из процесса, но так, что в ней оказьтаетс замороженным повышенное количество примесей , В результате обща емкость системы по поглощаемым компонентам увеличивает с . Однако при таком способе последовательное использование каждой зоны адсорбе ра не приводит к увеличению степени ис- пользовани адсорбента поскольку при бай пасировании очищаемого газа в последу щую зону процесс качественно не мен ет с . Высота каждого сло адсорбента не определена, кроме этого, зонный характер процесса,адсорбции предполагает использование лишь части общей высоты сло адсорбента. иепью изобретени вл етс повьш1е ние степени использовани адсорбента. Это достигаетс тем, что при насьпае НИИ адсорбента часть очищенного газового потока возвращают и смешивают с очи щаемым потоком газа, причем часть очищенного газового потока возвращают на нижний спой адсорбента. На чертеже изображена установка дл реализации предложенного способа адсорб ции примесей из газового потока. Она содержит адсорбер 1, трубопровод По предлагаемому способу очищаемый аз (например гепий), сопер}} :ащий от . ЮЗоб. допей гфимесей и ниже, по-. ступает в адсорбер .1 с неподвижным слоем адсорбента, очищаетс и выводитс снизу к потребителю. В качестве адсорбентов используютс минеральные, угперодные или любые другие адсорбенты, селективно поглощающие удал емые примеси. Средний размер.гранул адсорбента 0,454 ,5 мм. Рабочее павпение адсорбции от 1,0гкс/см доРц рпоглощаемого компонента , температура адсорбции от Т,рПо Т поглощаемого компонента, скорость очищаемого газа в рабочих усповн х 0,1 м/мин. При этих услови х процесс протекает при лимитирующей внешне аиф фузиокной кинетике, характеризующейс уменьшением высоты рабочего сло при снижении исходной концентрации примеси в очищаемом газе. Кинетика процесса динамического поглощени примесей из потока очищаемого газа лимитируетс внешней или внутренней диффузией. При внешне диффузионной кинетике процесс адсорбции примесей определ етс главным образом скоростью очии аемого газа и услови ми адсорбции, а внугреннее сопротивление адсорбента (внутренн диффузи ) не лимитирует процесс. Высота неподвижного сло адсорбента зависит от времени работы адсорбера, исходного содержани примесей в очищаемом газе, рабочих условий адсорбции и мен етс в широких пределах. Высота рабочего сло определ етс экспериментально или рас- .считьтаетс по одному из известных выражений , например по формуле ТрейбоппаМайкельса . нас- - нс«с-- прПри насыщении адсорбента и повышении содержани примесей в очищаемом газе часть его направл ют в адсорбер, смешивают с очищаемым газом и вновь подвергают очистке. При этом концентраци примесей в очищаемом газе уменьшаетс , а скорость потока повышаетс . Оба эти фактора привод т к повышению коэффициента массопередачи, т. е. к уменьшению высоты работающего сло и, следовательно , к увеличению степени использовани адсорбента. Очищенный газ подаетс в адсорбер на границе между отработанным и работающим сло ми. Дол работающего сло составл ет 1-ЗШо всей длины адсорбента. Степень разэавленн пр мого потока очищенным газом пропорционапьна уменьшению длины работающег спо и степени испопьзовани адсорбента Соотношение потоков очищаемого и очищенного газов мен етс от 1:1 поЮОО: Процесс десорбции испопьзуемого адсорбента производитс пюбым из известных способов. Таким образом, предложение сводитс к искусственному понижению концентрации примесей в очищаемом газе путем смешивани очищаемого и части очищенного газа, что приводит к сокращению вы соты работающего сло и увеличению степени использовани полной емкости сорбе та. Потоки смешиваютс в момент насыщени неподвижного сло и повышени со держани примесей в очищенном газе. Пример 1. Очищаемый гелий, со держащий 5 об. долей кислорода, по ступает в адсорбер, заполненный активны углем типа СКТ-4, со скоростью в рабо- чих услови х О,1 м/мин,очищаетс и выводитс снизу к потребителю. Рабочее дав пение смеси 30 гкс/см, температура адсорбции . Высота спо адсорбента 1ОО мм, средний размер грануп адсорбента 0,65 мм. Поспе использовани динамической емкости угл СКТ-4 90% очищенной смеси вновь направл етс в адсорбер, где смешиваетс с потоком очищаемого газа, при этом содержание примесей в очищаемом газе снижаетс в 1,9 раза. Это приводит к уменьшению цпины зоны массопередачи на 20So и к увеличению степени использовани равновесной емкости сорбента на 16%, т. е. высота работакнцего сло уменьшипась с 20 до 16 мм. Соотношение потоков очи щаемого и очищенного газов составл ет 19:1. Степень очистки 1 10 об. допей примесей киспорода в гелии. П р и м е р 2. Очищаемый гепий, содержащий 1 10 об. допей азота, поступает в адсорбер, запопненный синтетическим цеолитом типа СаА, со скоростью в рабочих -услови х 1,5 м/мин, очищаетс и вьтодитс к потреби те пю. Рабочее давпе ние смеси 33,5 кгс/см , температура адсорбции ТТК. Высота спо адсорбента 75 мм, средний размер грануп цеолита 0,45 мм. Поспе испопьзовани динамической емкости це опита 99% очищенной смеси вновь направп етс в адсорбер, где смешиваетс с потоком очищаемого га передачи ка 23% и к увеличению степе- ни испопьзовани равновесной емкости сорбента на 14%, т. е. высота работающего спо уменьшипась с 16 ао 12 мм. Соотношение потоков 200:1. Степень очистки 5 1О об. допей примесей азота и гепии, П р и м е р 3. Очищаемый аргон, содержащий 5-10 об. допей киспорода, поступает в адсорбер, запогшенный синтети- ческим цеолитом типа NaAco скоростью в рабочих услови х 1,0 м/мин, очищаетс и вьгоопитс к потребителю. Рабочее- цав пение смеси 1,3 гкс/см температура адсорбции 95°К. Высота спо адсорбента 2000 мм, средний размер грануп цеолита 4,5 мм. После использовани цннамичео кой емкости цеолита 99,8% очищенной смеси вновь нагфавл етс в адсорбер, содержание примесей в очищаемом газе сни жаетс в два раза. При этом длина зоны массопереиачи уменьшаетс ка 20%, а степень использовани СЛОЕ восрасгает на 21%, т. е. высота работающего спо уменьшипась с 380 до 270 мм. Соотношение потоков 1ООО:1, Степень очистки 1-1О об. допей примесей киспорода в аргоне. П р и м е р 4. Очищаемый водород, . содержащий 1 10 об. допей азота, поступает в адсорбер, запоп1 еннь Й активным угпем типа БНУ, со скоростью в рабочих услови х 0,5 м/мин, очищаетс ивьгеодит с к потребителю. Рабочее давление сме си 20 гкс/см , температура адсорбции . Высота спо адсорбента 250 мм, средний размер грануп активного угп 1 мм. После испопьзовани динамической емкости активного угп 99,5% очищенной смеси вновь направп етс в адсорбер, содержание примесей в очищаемом газе снижаетс в два раза. При этом длийа зоны массопередачи уменьшаетс на 9%, а степень испопьзовани спо возрастает на 7%, т. е. высота работающего спо уменьшилась с 55 до 50 мм. Соотноше ние потоков 40О:1. Степень очистки 3-10 об. допей примесей азота в водаФормула изобретени 1. Способ адсорбции примесей из га зового потока путем пропускани через многослойный адсорбент селективно погиосышении поспепнего часть очищенного газового потока возвращают и смешивают с очтцаемым потоком гааа.
2. Способ по п. 1, о т п и ч а и и с тем, что часть очищенного газового потока возвращают на нижний свой аосорбента.
Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе
1.Гоповко Г. А. Установки ап произ. воиства инертных газов. Л., Машиностроение , 1974, с. 229,336.
2.Патент Англии N91138202, кп. 55 (2) О, 1968.
J