УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИПТОНОКСЕНОНОВОЙ СМЕСИ ИЗ ПЕРВИЧНОГО КОНЦЕНТРАТА

Полезная модель относится к технологическим процессам получения инертных газов и может быть использована для получения криптоноксеноновой смеси из потока кислорода, отбираемого из воздухоразделительных установок (ВРУ) с содержанием в нем криптона и ксенона в объеме 0,05…0,5%.
Известны устройства для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата.
Одно из известных устройств включает в себя газгольдер для сбора первичного концентрата из ВРУ, поршневой компрессор давлением до 6 бар, узел первичного выжигания углеводородов, состоящий из двух параллельно расположенных печей с катализатором внутри, теплообменник, водяной холодильник, узел адсорбционной очистки, состоящий из двух попеременно работающих адсорберов с цеолитом внутри, узел вторичного концентрирования, состоящий из ректификационной колонны и азотного теплообменника, узел вторичного выжигания углеводородов, состоящий из одного патрона с окисью меди, малый адсорбер для очистки от продуктов вторичного выжигания, жесткий газгольдер для сбора криптоноксеноновой смеси, газификатор и наполнительная рампа с баллонами с продукционной криптоноксеноновой смесью [Каталог "Криогенное оборудование", часть вторая, Цинтихимнефтемаш, М., 1976 г., стр.75].
Недостатком этого устройства являются относительно высокие энергозатраты на получение продукта из-за присутствия в схеме поршневого компрессора, низкая степень выжигания углеводородов из-за использования в печах выжигания первой ступени неэффективного катализатора, а также то обстоятельство, что оно не обеспечивает низкий радиационный фактор в выходном полезном продукте, вызванный относительно высоким присутствием в нем радона.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной установке для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата является техническое решение, содержащее линию первичного концентрата с расположенными на ней блоком предварительной очистки, концевым холодильником и адсорбционным узлом очистки, связанную с линией первичного концентрата линию очищенного концентрата с расположенным на ней основным теплообменником, входную линию жидкого азота, линию входного потока воздуха, линию греющего потока воздуха, входом соединенную с линией входного потока воздуха, ректификационную колонну, включающую конденсатор ректификационной колонны, контактную часть ректификационной колонны и испаритель ректификационной колонны, связанные с ректификационной колонной линию подачи разделяемого потока, линию отдувочного кислорода и линию продукционной смеси, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения и входной линией жидкого азота линию первого потока жидкого хладоагента, связанную с конденсатором ректификационной колонны, со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента, линию потока обратного азота, линию потока обратного кислорода и линию обратного потока воздуха, последовательно соединенными столбовым конденсатором, столбовой линией, приемной линией ступени повышения давления, устройством формирования промежуточного двухфазного потока, тяговой линией, пароотделителем высокого потенциала ступени повышения давления, напорной линией ступени повышения давления с выходным вентилем ступени повышения давления, линией высокого напора ступени повышения давления, линией жидкого концентрата высокого напора с размещенным на ней испарителем-конденсатором, причем, столбовой конденсатор со стороны конденсации связан с линией очищенного концентрата после основного теплообменника, а линия жидкого концентрата высокого напора связана с линией подачи разделяемого потока после испарителя-конденсатора, при этом, пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления дополнительно связан через отводную линию с размещенным на ней отводным регулирующим вентилем с линией очищенного концентрата перед столбовым конденсатором, а также дополнительно связан с приемной линией ступени повышения давления перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока посредством двух параллельных линий - жидкостной переливной линии и регулирующей линии с установленными на последней регулирующим вентилем и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления [RU 2149676, C1, B01D 53/00, F25J 3/02, 27.05.2000].
Кроме того, наиболее близкое устройство дополнительно снабжено последовательно размещенными линией потока воздуха-хладоагента с установленным на ней дополнительным теплообменником, линией потока жидкого воздуха с размещенными на ней воздушным пароотделителем и жидкостным воздушным вентилем и соединенной с линией потока воздуха-хладоагента через испаритель-конденсатор, линией второго потока жидкого хладоагента, соединяющей линию потока жидкого воздуха со столбовым конденсатором со стороны кипения и дополнительно соединенной со входной линией жидкого азота посредством линии подачи столбового потока жидкого азота с размещенным на ней столбовым азотным вентилем, линией второго потока газообразного хладоагента, соединяющей столбовой конденсатор со стороны кипения через основной теплообменник и концевой холодильник с линией обратного потока воздуха, при этом линия второго потока газообразного хладоагента дополнительно соединена с выходом линии греющего потока воздуха перед концевым холодильником, а линия потока воздуха-хладоагента своим входом соединена с линией входного потока воздуха, линия первого потока газообразного хладоагента соединена с линией потока обратного азота через дополнительный теплообменник и концевой холодильник, а линия отдувочного кислорода связана с линией потока обратного кислорода через дополнительный теплообменник и концевой холодильник. Оно дополнительно может быть снабжено эжекторной линией, входом соединенной с линией второго потока газообразного хладоагента после основного теплообменника, столбовым эжектором и продувочной линией, причем вход столбового эжектора соединен с эжекторной линией через эжекторный вентиль, выход столбового эжектора соединен с продувочной линией, а инжекционный патрубок столбового эжектора соединен со столбовым конденсатором со стороны конденсации посредством инжекционной линии с размещенным на ней инжекционным вентилем, а также дополнительно снабжено радоновым адсорбером, размещенным на линии подачи разделяемого потока.
Недостатком наиболее близкого устройства для получения криптоноксеноновой смеси являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно, несмотря на значительное усложнение схемы, связанное с использованием узла повышения давления с помощью гидравлического столба жидкости, не позволяет перерабатывать первичный концентрат со значительным содержанием в нем азота, а также недостаточно эффективно производит очистку продукта от радона с помощью установленного адсорбера, поскольку он установлен в неоптимальном месте.
Кроме того, устройство не может быть использовано для получения криптоноксеноновой смеси, когда первичный концентрат находится в жидком состоянии. Это сужает возможности использования устройства для переработки жидкого первичного концентрата со значительным содержанием в нем азота.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения возможности его использования для переработки жидкого первичного концентрата со значительным содержанием в нем азота.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в установку, содержащую ресивер, блок выжигания углеводородов, водяной теплообменник-охладитель, блок адсорбционной очисти от продуктов выжигания, теплообменник основной, рекуперативный теплообменник отходящих потоков, сепаратор азотный, сепаратор кислородный, ректификационную колонну и радоновый адсорбер, соединенных линиями с запорной, регулирующей и предохранительной арматурой, введено хранилище жидкого первичного концентрата, соединенное через паровой теплообменник с ресивером, причем, радоновый адсорбер установлен на выходе ректификационной колонны, а в качестве хладагента используется жидкий азот.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, хранилище жидкого первичного концентрата выполнено в виде четырех резервуаров, соединенных через соответствующий вентиль с входом парового теплообменника.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в технологическую схему установки включен эжектор, с помощью которого можно повысить давление газообразного потока первичного криптонового концентрата до требуемого значения, и таким образом, перерабатывать первичный концентрат не только в жидком, но и в газообразном состоянии.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве радонозадерживающего сорбента в радоновом адсорбере использован активированный уголь или силикагель или оксид алюминия или цеолит NaX.
На чертеже представлена функциональная схема установки для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата.
Установка для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата содержит хранилище 1 жидкого первичного концентрата, включающее в себя четыре резервуара, обвязанных системой трубопроводов с арматурой таким образом, чтобы они могли работать независимо друг от друга при приеме жидкого первичного криптонового концентрата из воздухоразделительных установок (ВРУ) или из других внешних источников и его дальнейшего использования в устройстве.
Хранилище 1 жидкого первичного концентрата имеет соответствующую низкотемпературную изоляцию и снабжено соответствующими приборами контроля и автоматики.
Кроме того, установка для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата содержит паровой теплообменник 2 ресивер 3, блок выжигания углеводородов 4, водяной теплообменник-охладитель 5, блок адсорбционной очисти от продуктов выжигания 6, теплообменник основной 7, рекуперативный теплообменник отходящих потоков 8, сепаратор азотный 9, сепаратор кислородный 10, ректификационную колонну 11 с конденсатором 12 и испарителем 13, радоновый адсорбер 14, систему газификации и наполнения баллонов 15, а также вентили 16…26 с первого по одиннадцатый, соответственно, эжектор 27 и вентили 28…30 с двенадцатого по четырнадцатый, соответственно.
В установке для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата хранилище 1 соединено с паровым теплообменником 2, который соединен с помощью трубопроводов последовательно с ресивером 3, блоком выжигания углеводородов 4, змеевиком первичного концентрата водяного теплообменника-охладителя 5, блоком адсорбционной очистки от продуктов выжигания 6, межтрубным пространством теплообменника основного 7 и далее с вводом в ректификационную колонну 11. Верх ректификационной колонны соединен трубопроводами «вход-выход» с сепаратором кислорода 10, верхняя часть которого, в свою очередь, соединена трубопроводами последовательно с межтрубным пространством рекуперативного теплообменника отходящих потоков 8 и с линией возврата кислорода из устройства.
Дополнительно к указанному трубопровод между выходом из парового теплообменника 2 входом в ресивер 3 соединен через четырнадцатый вентиль 30 к эжектору 27, в который через двенадцатый вентиль 28 подается газообразный первичный концентрат, а через тринадцатый вентиль 29 подается сжатый кислород.
Кроме того, нижняя часть испарителя 13 ректификационной колонны по трубопроводу через десятый вентиль 25, радоновый адсорбер 14 и одиннадцатый вентиль 26 соединена с системой газификации и наполнения баллонов криптоноксеноновой смесью 15, хранилище 1 соединено с паровым теплообменником 2 с помощью первого вентиля 16, нижняя часть испарителя 13 ректификационной колонны 11 подключена к радоновому адсорберу 14 через десятый вентиль 25 и далее через одиннадцатый вентиль 26 - к системе газификации и наполнения баллонов криптоноксеноновой смесью 15, испаритель 13 имеет встроенный змеевик, который присоединен к линии подачи воздуха трубопроводом через восьмой вентиль 23, а выход - трубопроводом соединен с воздушным змеевиком водяного теплообменника-охладителя 5 и далее - с линией сброса воздуха в атмосферу, трубное пространство конденсатора 12 ректификационной колонны 11 через седьмой вентиль 22 соединено с линией сброса азота в атмосферу, а соответствующим трубопроводом - к линии, имеющей на одном конце пятый вентиль 20, а на другом конце - трубопровод, присоединенный к азотному змеевику теплообменника отходящих потоков 8 и далее через шестой вентиль 21 - к линии возврата газообразного азота, нижняя часть межтрубного пространства конденсатора 12 присоединена трубопроводом к линии выхода жидкого азота из сепаратора азота 9, средняя часть которого через третий вентиль 18 присоединена к линии подачи жидкого азота в устройство, а верхняя часть - через четвертый вентиль 19 присоединена к трубопроводу, имеющему на одном конце пятый вентиль 20, а другим концом присоединенному со входом в азотный змеевик водяного теплообменника-охладителя 5 и далее - к линии сброса азота в атмосферу, паровой теплообменник 2 соединен с помощью трубопроводов с ресивером 3 через второй вентиль 17, а девятый вентиль 24 - установлен в трубопроводе, соединяющим теплообменник основной 7 с линией возврата воздуха.
Установка для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата снабжена необходимыми контрольно-измерительными приборами, в т.ч. расходомерами, перепадомерами, указателями уровня, термометрами, манометрами и приборами контроля, а также системой автоматики (на чертеже не показаны).
Работает установка для получения криптоноксеноновой смеси из первичного концентрата следующим образом.
Поток жидкого кислорода с содержащимся в нем криптоном и ксеноном из внешнего воздухоразделительного устройства либо из транспортной емкости, направляется в резервуары хранилища 1, откуда в количестве, соответствующему производительности устройства, через первый вентиль 16 подается для газификации в паровой теплообменник 2, пройдя который, первичный концентрат уже в газообразном состоянии направляется через второй вентиль 17 в ресивер 3, где происходит его равномерное перемешивание по концентрациям и сглаживание пульсаций.
В случае необходимости к потоку первичного концентрата на выходе из теплообменника 2 через вентиль 30 подмешивается поток газообразного первичного концентрата из воздухоразделительных установок (ВРУ), который с помощью эжектора 27 сжимается до давления, равного давлению первичного концентрата, вышедшего из теплообменника 2.
Далее поток первичного концентрата направляется в блок выжигания углеводородов 4, где очищается от углеводородов на катализаторе при температуре 500°С. Затем газовая смесь подается в водяной теплообменник-охладитель 5, где происходит ее охлаждение до 5÷8°С за счет холода отходящих потоков воздуха через девятый вентиль 24 и азота. Охлажденный до оптимальной температуры первичный концентрат направляется в блок адсорбционной очистки 6, где происходит его полная очистка от продуктов выжигания - диоксида углерода и воды. Очищенный концентрат через межтрубную часть теплообменника основного 7, где происходит его охлаждение холодным потоком воздуха до рабочей температуры, подается на разделение в ректификационную колонну 11. В ректификационной колонне 11 происходит разделение первичного концентрата и выделение кислорода, который проходит через сепаратор кислорода 10, где освобождается от капельной жидкости, и далее, проходя межтрубное пространство рекуперативного теплообменника отходящих потоков 8, отдает свой холод прямому потоку воздуха, используемому при охлаждении концентрата в теплообменнике основном 7.
Выделяемая криптоноксеноновая смесь собирается в испарителе 13 ректификационной колонны 11. При достижении максимального заданного уровня начинается слив криптоноксеноновой смеси со скоростью, не допускающей понижения уровня ниже минимального заданного. Заданные пределы рабочего уровня жидкости позволяют контролировать количество образующихся в испарителе паров, необходимых для протекания ректификации. Пары образуются на поверхности затопленного змеевика. Внутри змеевика проходит теплый воздух, который на выходе отдает свой холод для охлаждения концентрата в водяном теплообменнике-охладителе 5. Сливаемая криптоноксеноновая смесь через радоновый адсорбер 14 и одиннадцатый вентиль 26 направляется в систему газификации и наполнения баллонов 15.
Выделяются также неконденсируемые примеси, большей частью азот, из верхней зоны трубной части конденсатора 12 ректификационной колонны 11, которые выводятся в атмосферу через седьмой вентиль 22.
В установке используется эжектор 27, который служит для подъема давления газообразного первичного концентрата. В качестве эжектируемой среды в него через двенадцатый вентиль 28 направляется первичный концентрат, а в качестве эжектирующей среды через тринадцатый вентиль 29 направляется поток сжатого чистого кислорода из цехового коллектора.
В установке применяется хладоноситель 1-го порядка, в качестве которого используется жидкий азот, подаваемый в сепаратор азота 9, где происходит отделение газовой фазы, которая через четвертый вентиль 19 направляется в водяной теплообменник-охладитель 5 для охлаждения первичного концентрата. Светлая часть жидкости из сепаратора азота 9 направляется в межтрубное пространство конденсатора 12 для конденсации кислорода в его трубной части и образования флегмы для режима ректификации в колонне 11. Газообразная часть азота, образующаяся при кипении жидкого азота в межтрубном пространстве конденсатора 12 от передаваемого через стенку трубок тепла конденсирующегося кислорода, отбирается из верхней части конденсатора 12 и разделяется на две части. Одна часть выводится через пятый вентиль 20, смешивается с газовой фазой сепаратора азота 9 и направляется в водяной теплообменник-охладитель 5, а вторая часть газообразного азота используется для охлаждения воздуха в теплообменнике 8 и выводится из установки через шестой вентиль 21.
Хладоносителем 2-го порядка является сухой воздух, который подается в установку через восьмой вентиль 23 и распределяется между змеевиком испарителя 13 и рекуперативным теплообменником отходящих потоков 8, в которых воздух забирает холод и передает его концентрату в теплообменнике основном 7 и теплообменнике-охладителе 5.
Таким образом, в предложенной установке достигается требуемый технический результат расширения функциональных возможностей, поскольку она может быть эффективно использована, когда первичный концентрат находится в жидком состоянии и обладает повышенным содержанием азота.