Способ непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата, установка для его осуществления, сорбент этой установки, а также способ транспортировки сорбента в указанном способе непрерывного обогащения и установка для осуществления этого способа транспортировки

Способ непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата, установка для его осуществления, сорбент этой установки, а также способ транспортировки сорбента в указанном способе непрерывного обогащения и установка для осуществления этого способа транспортировки

Реферат

 

Может быть использовано в криогенном производстве инертных газов. Способ осуществляют в падающем слое сорбента. Сорбент перемещают через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого сорбента с концентратом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения. Под действием силы тяжести сорбент перемещают через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном. В качестве хладоагента для камеры охлаждения используют жидкий азот, подаваемый под избыточным давлением 0,25-1,5 МПа, а пары азота вдувают в верхнюю часть камеры нагрева. Установка для непрерывного обогащения криптоноксенонового концентрата содержит колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева. Она подключена магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабжена загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента. При этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата. В камере охлаждения установлена ванна, подключенная к источнику жидкого азота и снабженная магистралью вывода газообразного азота. Эта магистраль через блок регулирования давления жидкого азота подключена к основной линии подачи азота в колонну, образующей совместно с упомянутыми магистралями три канала рекуперативного теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны, загрузочным бункером и заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата. Сорбент содержит массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами. Гранулы объединены в группы, заключенные в газопроницаемые защитные оболочки сферической формы из износостойкого материала и частично заполненные углеволокном, причем диаметр оболочек D_об не менее чем в 5 раз превышает условный диаметр гранул D_г. Способ транспортировки продукта осуществляют путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой. Стенки винтового канала выполняют из эластичного материала и кинематически связывают их с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси винтового канала, при этом указанным образующим сообщают гармонические колебания в продольном направлении во времени. Установка для транспортировки продукта содержит корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод. Установка дополнительно включает вертикальные образующие, по крайней мере две из которых посредством направляющих установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса при допущении их согласованного осевого и радиального перемещения. Винтовой канал выполнен из эластичного материала, закреплен на вертикальных образующих между двумя наклонными к горизонтали и параллельными основаниями. Изобретение позволяет получить продукты, упрощающие технологию их дальнейшей переработки. 5 c. и 21 з.п. ф-лы, 20 ил.

Группа изобретений, характеризуемая единым изобретательским замыслом, относится к криогенному производству инертных газов, а более конкретно - к способам и устройствам получения ксенона на блоках разделения воздуха и к выполнению сорбента, необходимого для этой установки. Группа относится также к способам и установкам для транспортировки продукта (сорбента), применяемого в вышеназванной установке непрерывного обогащения концентрата.

Известен способ извлечения ксенона путем его вымораживания из потока смеси, состоящей преимущественно из воздуха, с последующим прекращением подачи смеси и отбором очищенного ксенона в жидком виде (см. труды МВТУ им. Н. Э. Баумана "Криогенная техника и кондиционирование", Москва-1988, стр. 54 - 60). Этот способ допускает выделение только ксенона, а криптон полностью теряется с примесями. Поэтому в известном способе не может быть получен технический результат, достигаемый предложенным способом.

Известен способ обогащения криптоно-ксенонового концентрата, основанный на адсорбции из смеси отдельных компонентов с последующим отогревом сорбента и улавливанием продукта (см. авт. свид. СССР N 1745313, кл. В 01 D, 53/02, 1992).

В этом способе, применяемом для "бедных" ксеноном концентратов, процесс накопления осуществляется циклически. Из-за периодического изменения режима работы, сопровождаемого поочередной коммутацией нескольких потоков, нарушается технологический режим и растут потери продуктов. Поэтому технический результат, получаемый предложенным способом, в известном способе не достигается.

Известен способ непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата на основе кислорода в падающем слое сорбента, перемещаемого через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого концентрата с сорбентом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения, и последующего перемещения насыщенного сорбента под действием силы тяжести через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном, причем сорбент после камеры нагрева транспортируют в зону загрузки (см. патент Великобритании N 927518, кл. В 01 D, 1963 г.).

При осуществлении известного способа в качестве хладоагента используется жидкий кислород. Это сужает область применения способа, так как предопределяет подачу концентрата, предварительно охлажденного, по крайней мере, до 110 -120 К.

Данный способ является наиболее близким аналогом.

Технический результат, получаемый в предложенном способе, в известном способе не достигается, так как частично обедненная смесь из нагреваемой зоны отводится и в обогащении не участвует. В составе отбираемых продуктов около 50% кислорода. Это затрудняет их дальнейшую переработку в случае относительно большого количества метана, всегда сопутствующего криптоно-ксеноновой фракции.

Задача данного изобретения - разработка технологии непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата в широком диапазоне его начальных температур.

Технический результат, достигаемый изобретением, - получение продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, а также расширение области применения вне зависимости от начальных параметров исходного концентрата.

Дополнительный технический результат - обеспечение блокадного вытеснения кислорода из обедненной смеси, окружающей насыщенный сорбент. Второй дополнительный результат - снижение расхода хладоагента.

Основной технический результат достигается тем, что в способе непрерывного обогащения криптоно- ксенонового концентрата на основе кислорода в падающем слое сорбента, перемещаемого через камеры охлаждения и нагрева путем контактирования этого концентрата с сорбентом, температуру которого предварительно понижают подачей хладоагента в камеру охлаждения, и последующего перемещения насыщенного сорбента под действием силы тяжести через камеру нагрева, в которой вначале отбирают концентрат, обогащенный криптоном, а затем - концентрат, обогащенный ксеноном, причем сорбент после камеры нагрева транспортируют в зону загрузки, в качестве хладоагента для камеры охлаждения используют жидкий азот, подаваемый под избыточным давлением от 0,25 до 1,5М Па.

Тот же технический результат, в частных случаях, достигается тем, что в способе непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, характеризуемом вышеперечисленными признаками, в камере нагрева осуществляют дополнительный отбор концентрата, обогащенного остаточными фракциями криптона и ксенона, и направляют этот обогащенный концентрат на рециркуляцию с помощью эжектирования парами азота.

Первый дополнительный технический результат достигается тем, что в верхнюю часть камеры нагрева вдувают пары азота.

Второй дополнительный технический результат достигается тем, что концентрат до контакта с сорбентом предварительно охлаждают до температуры 100 -120 К посредством рекуперативного теплообмена с потоками примесей и паров азота.

Известна установка (колонна) для противоточного контактирования жидкости с сорбентом, в которой происходит непрерывное обогащение смеси отдельными компонентами (см. авт. свид. СССР N 965452, кл. В 01 D 15/04, 1982). Данное устройство приспособлено для работы преимущественно в жидкой фазе. Колонна предназначена для выделения из смеси только одной фракции, поэтому технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, отсутствует.

Известна установка для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, содержащая колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева, подключенную магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабженную загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента, при этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата (см. Головко Г.А. Криогенное производство инертных газов. Л.: Машиностроение, 1983, с.296, рис.7.16).

Данная установка по количеству существенных признаков является наиболее близким аналогом.

Технический результат - получение продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, а также расширение области применения вне зависимости от параметров исходного концентрата в данной установке не достигается. В установке-прототипе часть обогащенной смеси из нагреваемой зоны вынужденно попадает в канал отвода примесей концентрата и покидает колонну. В составе отбираемых продуктов около 50% кислорода. Это затрудняет их дальнейшую переработку в случае относительно большого количества метана, всегда сопутствующего криптоно-ксеноновой фракции.

Задача данного изобретения - разработка конструкции установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата в широком диапазоне его начальных температур.

Технический результат, достигаемый этим изобретением, -получение безопасных продуктов, упрощающих технологию их дальнейшей переработки, снижение расхода хладоагента, а также расширение области применения вне зависимости от начальных параметров исходного концентрата.

Дополнительный технический результат - повышение экономичности.

Основной технический результат достигается тем, что в установке для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата, содержащей колонну с поярусно расположенными в ней камерами охлаждения и нагрева, подключенную магистралью к источнику исходной смеси в зоне сочленения камер и снабженную загрузочным бункером и разгрузочным дозатором для сорбента, при этом камера нагрева с интервалом по высоте снабжена двумя линиями отбора обогащенного концентрата, в камере охлаждения установлена ванна, подключенная к источнику жидкого азота и снабженная магистралью вывода газообразного азота, которая через блок регулирования давления жидкого азота подключена к основной линии подачи азота в колонну, образующей совместно с упомянутыми магистралями три канала рекуперативного теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны, загрузочным бункером и заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата.

Основной технический результат, в частных случаях, достигается тем, что линии отбора обогащенного концентрата в зоне соединения с колонной выполнены в виде гибких трубопроводов, установленных с возможностью осевого перемещения внутри камеры нагрева через уплотнительные втулки под углом 10 - 30^oC к оси колонны; конечный участок линии подачи паров азота выполнен телескопическим и соосным колонне; в линии подачи жидкого азота между источником и ванной установлен термонасос, выполненный в виде сосуда, снабженного нагревателем и связанного с атмосферой через параллельно расположенные калиброванное отверстие и редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления 0,3 - 0,4 МПа, при этом сосуд связан с азотной ванной и источником жидкого азота через обратные клапаны, первый из которых выполнен в виде поплавка, размещенного в полости сосуда; азотная ванна выполнена с развитой наружной поверхностью; камера охлаждения имеет канал отвода примесей, на выходе из которого размещен редукционный клапан, установленный с возможностью поддержания избыточного давления на уровне 500 -1000 Па, между разгрузочным дозатором и загрузочным бункером для сорбента размещена установка для его транспортировки; регулятор давления жидкого азота снабжен тремя последовательно расположенными редукционными клапанами, установленными с возможностью ступенчатого поддержания избыточного давления в пределах 0,05 - 0,25 МПа, причем первый клапан со вторым, а второй с третьим соединены перемычками, подключенными соответственно к дополнительной и основной линиям подачи азота.

Дополнительный технический результат достигается тем, что блок регулирования давления жидкого азота снабжен дополнительной линией подачи паров азота в камеру охлаждения с активным соплом эжектора на конце, а камера нагрева колонны дополнительна снабжено линией отбора обогащенного концентрата, причем первая линия расположена внутри второй с образованием участка пассивного потока в межтрубном пространстве, переходящего в камеру смешения эжектора в зоне вывода магистралей исходной смеси и газообразного азота.

Известен сорбент, состоящий из отдельных элементов, которым придается определенная геометрическая форма (см. авт. свид. СССР N 1022719, кл. В 01 D 15/04, 1983). Технический результат (повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами) данным устройством не достигаются.

Известен также сорбент, содержащий массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами (см. авт. свид. СССР N 816517, кл. В 01 D, 53/10, 1981).

Данный сорбент по количеству существенных признаков является наиболее близким аналогом.

Технический результат - (повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами) данным типом сорбента не достигается.

Задача данного изобретения - разработка конструкции элементов подвижного слоя сорбента, предназначенного для длительной работы в условиях криогенных температур.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, - повышение срока службы подвижного сорбента и уменьшение перетока газа между его гранулами.

Технический результат достигается тем, что в сорбенте, содержащем массу гранул равновеликого условного диаметра D_г, расположенных с возможностью свободного перемещения и выполненных из материала, обладающего адсорбционно-десорбционными свойствами, гранулы объединены в группы, заключенные в газопроницаемые защитные оболочки сферической формы из износостойкого материала и частично заполненные углеволокном, причем диаметр оболочек D_об не менее, чем в 5 раз превышает условный диаметр гранул D_г.

Тот же технический результат в частных случаях достигается тем, что сорбент, дополнительно содержит монолитные шарообразные элементы из износостойкого материала, диаметр которых D_эл=0,225D_об.

Известен способ транспортировки продукта путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой (см. патент Великобритании N 1427723, кл. F 04 D 31/00, 1976).

При осуществлении данного способа в качестве движущей силы используется разность гидростатических давлений в отдельных участках винтового канала.

Данный способ является наиболее близким аналогом.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе, в этом способе достигнут быть не может, так как при подъеме сыпучих продуктов давления выравняются из-за перетекания сопутствующей среды (воздуха) между гранулами.

Задача данного изобретения - разработка способа подъема разнообразных продуктов в замкнутом винтовом канале.

Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение ассортимента подаваемого продукта при достижении изоляции процесса от окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в способе транспортировки продукта путем подачи его в винтовой канал с заданным шагом навивки и последующего принудительного порционного перемещения продукта вдоль канала с заполнением интервалов между порциями сопутствующей средой стенки винтового канала выполняют из эластичного материала и кинематически связывают их с вертикальными образующими, которые располагают в точках пересечения винтовой линии и системы вертикальных плоскостей, веерообразно расходящихся от оси винтового канала, при этом указанным образующим сообщают гармонические колебания в продольном направлении во времени.

Тот же технический результат в частных случаях достигается тем, что гармонические колебания во времени сообщают по закону, характеризуемому формулой: Z_i=Acos[360^o(i/n+t/T)], где A-амплитуда; i=I, II, ...n - номер образующей; n - число образующих; Т - период колебаний; t - текущее время; образующие сочленяют с подвижным основанием, при перемещении продукта меняют расстояние между каждой образующей и вертикальной плоскостью, проходящей через линию поворота подвижного основания, по закону, характеризуемому формулой где A-амплитуда; i=I, II,...n - номер образующей; n - число образующих; Т - период колебаний; t - текущее время; R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси; амплитуду вертикальных перемещений образующих определяют из формулы: где A - амплитуда; h - шаг винтовой линии; R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси; - угол трения продукта в винтовом канале; амплитуду вертикальных перемещений выбирают, в частности, по формуле A = Rcos()+h/4 где A - амплитуда; h - шаг винтовой линии; R - максимальное расстояние от винтовой линии до оси; - угол трения продукта в винтовом канале.

Известны насосы-компрессоры для подачи веществ, рабочие органы которых выполнены в виде винтовых каналов (см. авт. свид. СССР N 1430611, кл. F 01 В 31/00, 1988). Данная установка предназначена для перемещения только жидких и газообразных продуктов. Поэтому технический результат, достигаемый насосом-компрессором, не обеспечивается.

Известны установки для транспортировки продукта, содержащие корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод (см. авт. свид. СССР N 1528969, кл. F 04 F 11/00, 1989).

По количеству существенных признаков данная установка является наиболее близким аналогом.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, в установке-аналоге не достигается. В нем в качестве движущей силы используется разность гидростатических давлений в отдельных участках винтового канала. При подъеме сыпучих продуктов давления выравняются из-за перетекания сопутствующей среды (воздуха) между гранулами.

Задача данного изобретения - создание устройства для подъема разнообразных продуктов в замкнутом винтовом канале.

Технический результат, достигаемый изобретением, - расширение ассортимента подаваемого продукта при достижении изоляции процесса от окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что установка для транспортировки продукта, содержащей корпус, рабочий орган в виде винтового канала, а также его привод, дополнительно включает вертикальные образующие, по крайней мере две из которых посредством направляющих установлены с возможностью предотвращения их вращения относительно корпуса при допущении их согласованного осевого и радиального перемещения, а винтовой канал выполнен из эластичного материала, закреплен на вертикальных образующих между двумя наклонными к горизонтали и параллельными основаниями, по крайней мере одно из наклонных оснований связано посредством подшипника с наклонной шайбой, установленной с возможностью вращения, и приводом рабочего органа, сочлененного с этой шайбой; оно же связано с системой толкателей, и привод рабочего органа сочленен с этой системой; шайба снабжена узлом изменения ее наклона к горизонтали; одна из образующих установлена неподвижно в вертикальном направлении, а ее ось совмещена с осью вращения наклонной шайбы, при этом приемный и напорный патрубки закреплены на этой образующей; винтовой канал размещен на одной оси с колонной установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Приводимые чертежи иллюстрируют предложенную группу изобретений.

На фиг. 1 показана схема движения потоков и распределение температур при осуществлении описываемого способа непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

На фиг. 2 схематично представлена в разрезе описываемая установка для обогащения криптоно- ксенонового концентрата.

На фиг. 3 показана описываемая установка для транспортировки продукта (сорбента).

На фиг. 4 дана фронтальная, а на фиг. 5 - горизонтальная проекции участка винтового канала с указанием положения образующих в начальный период времени t=0.

На фиг. 6 показана фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,25T.

На фиг. 7 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,25T.

На фиг. 8 - фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,5T.

На фиг. 9 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,5T.

На фиг. 10 - фронтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,75T.

На фиг. 11 - горизонтальная проекция участка винтового канала в период времени t=0,75T.

На фиг. 12 в фронтальной проекции изображен вариант осуществления способа транспортировки продукта в замкнутом винтовом канале, при котором образующие расположены на одинаковом расстоянии от оси винтового канала.

На фиг. 13 показан тот же вариант способа в горизонтальной проекции.

На фиг. 14 в фронтальной проекции дан вариант осуществления способа транспортировки, при котором расстояние между образующими и осью винтового канала изменяется.

На фиг. 15 этот же вариант в горизонтальной проекции.

На фиг. 16 в аксонометрии изображен элементарный объем, занимаемый сферическими оболочками с центрами в вершинах тетраэдра. Рисунок иллюстрирует графический прием определения диаметра монолитных шарообразных элементов.

На фиг. 17 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек сферической формы для гранул из полусфер перфорированного металлического листа и кольцевого бандажа.

На фиг. 18 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек сорбента из полусфер, соединенных пустотелой заклепкой.

На фиг. 19 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек из полусферических перфорированных термопластичных элементов, соединенных методом оплавления их кромок.

На фиг. 20 представлен вариант выполнения газопроницаемых защитных оболочек для гранул сорбента в виде капсул из металлических сеток с напылением ее участков пластмассой.

Конструкция установки для непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Установка содержит колонну 1 с поярусно расположенными в ней камерами 2, 3 охлаждения и нагрева. Колонна подключена к источнику 4 исходной смеси в зоне сочленения камер с помощью магистрали 5. Преимущественно, участок 6 подключения (условно точка 6 подключения, см. фиг. 1, 2) расположен в нижней части камеры 2 охлаждения. Колонна снабжена двумя линиями 7, 8 отбора обогащенного концентрата (условно в точках 9, 10 см. фиг. 1, 2). Первая из них предназначена для концентрата, обогащенного криптоном, вторая - ксеноном. Эти линии в зоне соединения с колонной выполнены в виде гибких трубопроводов 11, установленных с возможностью перемещения внутри камеры 3 нагрева через уплотнительные втулки 12, расположенные под углом 10-30 к оси колонны.

В камере 2 охлаждения, в нижней ее части установлена ванна 13 с развитой наружной поверхностью (ребрами 14), подключенная к источнику 15 жидкого азота (выполненного в виде сосуда Дьюара) посредством линии 16 (которая представляет собой частично теплоизолированный трубопровод). Ванна 13 снабжена магистралью 17 вывода газообразного азота, которая через блок 18 регулирования давления азота подключен к основной линии 19 подачи азота в колонну.

Линия 19, совместно с магистралями 5 и 17, образует три канала рекуперативного витого теплообменника, межтрубное пространство которого ограничено сбоку стенками колонны 1 в камере 3 нагрева, а сверху - загрузочным бункером 20 для подачи сорбента. Это пространство заполнено сорбентом и удаляемыми примесями концентрата, находящимися в противотоке к подаваемой исходной смеси.

Кроме загрузочного бункера колонна снабжена и разгрузочным дозатором 21 для сорбента, представляющего собой массу гранул 22. Соосный колонне 1 конечный участок линии 19 выполнен телескопическим с помощью патрубка 23.

В линии 16 подачи жидкого азота установлен термонасос, выполненный в виде сосуда 24. Он снабжен нагревателем 25 (преимущественно электрическим) и связан с атмосферой через параллельно расположенные калиброванное отверстие 26 и редукционный клапан 27.

Редукционный клапан установлен с возможностью поддержания избыточного давления 0,3 - 0,4 МПа. При этом сосуд 24 связан с азотной ванной и источником жидкого азота через обратные клапаны (первый из которых выполнен в виде поплавка 28, а второй клапан 29 представляет собой широко известную модификацию запорной арматуры. Камера 2 охлаждения имеет канал отвода примесей концентрата. В колонне этим каналом служит внутреннее пространство камеры 2 охлаждения, а вне колонны - магистраль с редукционным клапаном 30. Клапан 30 установлен с возможностью поддержания избыточного давления на уровне 500 - 1000 Па.

Блок 18 регулирования давления жидкого азота снабжен тремя последовательно расположенными редукционными клапанами 31, 32, 33, установленными с возможностью ступенчатого поддержания избыточного давления в пределах 0,05 - 0,25 МПа, причем канал 31 связан с клапаном 32 перемычкой 34, а клапаны 32 и 33- перемычкой 35. Перемычка 35 подключена к основной линии 19 подачи азота, а перемычка 34 - к дополнительной линии 36 подачи азота, которой снабжен блок 18 регулирования.

Дополнительная линия 36 имеет на конце активное сопло 37 эжектора 38, а камера 3 нагрева колонны дополнительно снабжена линией 39 отбора части обогащенного концентрата.

При этом дополнительная линия 36 размещена внутри линии 39 с образованием элемента 40 типа "труба в трубе". Межтрубное пространство этого элемента представляет собой участок 41 пассивного потока, переходящего в камеру 42 смешения эжектора (фиг. 1 ). На фиг. 2 показан вариант выполнения этого узла колонны, при котором линии 36 и 39 порознь подключены к эжектору. Основная линия 19 подачи азота может быть пропущена через азотную ванну 13. Через азотную ванну 13 проходит и магистраль 5. Основная линия 19 подачи азота в ванну введена внутрь колонны в верхней части камеры 3 нагрева (условно в точке 43 фиг. 1). В установке предусмотрено устройство 44 фланцевого типа, в котором смонтированы переходники 45, 46, 47, 48, 49 соответственно для магистрали вывода примесей, магистрали 5, линии 16, основной и дополнительной линий подачи газообразного азота.

Дозатор 21 выполнен управляемым посредством электромагнита 50 и реле 51 времени. Камера 3 нагрева имеет электронагреватель 52. Между дозатором 21 и бункером 20 размещена установка 53 для транспортировки сорбента (конструкция которой подробно раскрыта в соответствующей части описания).

Работа установки для непрерывного обогащения криптоно- ксенонового концентрата Концентрат из источника 4 вводится в колонну 1 через магистраль 5 подачи исходной смеси 5 (см. фиг.2). В рекуперативном теплообменнике его температура снижается до 100 -120 К за счет теплового контакта с отводимыми примесями в межтрубном пространстве и парами азота в магистрали 17. Далее поток поступает в азотную ванну 13, на выходе из которой его температура близка к 90 К. В нижней части камеры 2 охлаждения концентрат подается в слой движущегося сорбента 22, подаваемого из бункера 20. В процессе контакта с развитой наружной поверхностью 14 ванны 13 сорбент также приобретает температуру 90 К.

В процессе контактирования с исходной смесью в камере 2 охлаждения гранулы 22 насыщаются компонентами концентрата. Причем гранулы 22 сорбента поглощают криптон и ксенон в большей степени, чем другие компоненты. Перетекая в камеру 3 нагрева, они последовательно выделяют криптон и ксенон. Обогащенная этими продуктами смесь отводится по линиям 7 и 8, соответственно. Путем осевого перемещения участков 11 этих линий, выполненных в виде гибких трубопроводов и введенных в камеру 3 нагрева, устанавливают наибольшую концентрацию криптона и ксенона в отбираемых фракциях. В потоке обогащенной смеси ниже линий 7 и 8 может содержаться относительно большое количество ценных продуктов. Для возврата части обогащенного концентрата из камеры 3 нагрева на повторное разделение в камеру 2 охлаждения служит линия 39.

Расход циркулирующего сорбента устанавливается разгрузочным дозатором 21 посредством электромагнитного привода 50. Необходимую продолжительность периодов открытого и закрытого состояния дозатора обеспечивает реле времени 51. После дозатора 21 гранулы сорбента с помощью установки 53 поднимаются в бункер 20 в верхней части колонны 1. В процессе движения гранул через канал установки 53 в бункер 20 (вынужденно) проникает часть обогащенного концентрата из нижней части камеры нагрева 3. Здесь она смешивается с потоком отводящихся примесей и покидает колонну через редукционный клапан 30. Этот клапан создает небольшое избыточное давление, предотвращающее от проникновения в установку окружающего воздуха, и защищает колонну в случае аварийного повышения давления.

Подача азота в ванну 13 осуществляется термонасосом, работа которого (как и других элементов азотного контура) осуществляется следующим образом.

В источнике 15 жидкого азота всегда поддерживается избыточное давления 0,05 - 0,07 МПа. В начальный момент времени давление в полости термонасоса (сосуде 24) равно атмосферному. Под действием этой разности давлений жидкость поступает в предварительно охлажденный сосуд через поплавковый обратный клапан 28. При этом часть паров отводится через калиброванное отверстие 26 в атмосферу. Редукционный клапан 27 и обратный клапан 29 закрыты. При достижении максимального уровня азота в сосуде 24 поплавковый обратный клапан 28 всплывает и прижимается к седлу. Путем включения электронагревателя 25 или за счет естественных теплопритоков давление в полости термонасоса поднимается на 0,35 - 0,4 МПа выше уровня окружающей среды и стабилизируется редукционным клапаном 27. Когда давление в насосе превысит давление в азотной ванне 13, обратный клапан 29 автоматически открывается и жидкость начинает заполнять азотную ванну 13. Электронагреватель 25 выключают, и в дальнейшем давление поддерживается за счет естественных теплопритоков. Расход паров через калиброванное отверстие 26 во много раз меньше, чем объем образующихся паров. Пока в сосуде 24 имеется жидкость, этот поток на процесс работы влияния практически не оказывает.

При расходовании всего запаса жидкого азота в полости сосуда 24 давление в нем начинает падать. Обратный клапан 29 автоматически закрывается, и давление в ванне 13 остается на прежнем уровне. Под действием собственного веса поплавок клапана 28 отходит от седла, и начинается процесс заполнения сосуда 24 азотом из источника 15, что было описано выше.

Блок 18 регулирования давления азота в ванне 13 расположен в теплой зоне за пределами колонны 1. Это во многом упрощает его настройку и допускает использование в качестве редукционных клапанов 31, 32 и 33 распространенной арматуры. Эти клапаны служат для создания двух уровней промежуточного давления теплых паров азота. Избыточное давление 0,02 - 0,05 МПа поддерживают в перемычке 35 для питания линии 19, которая обеспечивает замещение азотом кислорода в верхней части камеры 3 нагрева. Глубина проникновения линии 19 подачи паров азота в камеру нагрева регулируется телескопическим участком 23.

Давление 0,2 МПа в перемычке 34 используется в дополнительной линии 36 для создания рециркуляции части обогащенного концентрата, не попавшего в линии 7 и 8. Дополнительная линия 36 имеет на конце активное сопло 37 эжектора 38, а камера 3 нагрева колонны дополнительно снабжена линией 39 отбора части обогащенного концентрата.

При расширении азота в сопле 37 и восстановлении скорости в камере 42 смешения эжектора давление в участке 41 пассивного потока, межтрубном пространстве элемента 40 типа "труба в трубе" и в линии 39 становится ниже, чем в камере 3 нагрева. Под действием разности давлений поток концентрата из нижней части камеры нагрева поступает на вторичное обогащение (см. фиг. 1, 2).

Для уменьшения тепловых потерь блок 18 регулирования связан с верхней частью камеры 3 нагрева и ванной 13 каналами рекуперативного теплообменника. Они образованы соответственно основной линией 19 подачи паров азота и магистралью 17. Третий канал теплообменника сформирован участком линии 5 подачи исходной смеси. Основной функцией рекуперативного теплообменника, как было показано выше, является понижение температуры исходной смеси концентрата.

Все основные узлы установки смонтированы на фланцевом устройстве 44 посредством подвески на переходниках 45, 46, 47, 48 и 49. Такая компоновка допускает легко извлекать внутренний блок колонны для профилактики, замены сорбента, настройки телескопического участка 23.

Осуществление способа непрерывного обогащения криптоно-ксенонового концентрата.

Исходная смесь состоит преимущественно из кислорода и содержит 0,1 - 0,2% криптона, столько же метана и 0,01 - 0,02% ксенона. Она подается в точке 6 с параметрами, близкими к температуре и давлению окружающей среды (фиг. 1). До температуры 100-120 К смесь охлаждается в рекуперетивном теплообменнике обратными потоками примесей, двигающимися вверх через слой сорбента, а также парами азота. Дальнейшее снижении температуры смеси происходит за счет ее теплового контакта с жидким азотом, кипящим в ванне 13 под избыточным давлением 0,25 МПа при температуре около 90 К. Дальнейшее понижение минимальной температуры охлаждения недопустимо из-за опасности сжижения кислорода в контакте с примесями метана.

С параметрами, соответствующими точке 6 (Т=90 К), смесь входит в слой подвижного сорбента. Он движется от загрузочного бункера 20 к дозатору 21 и в момент контакта с продуктом в точке 6 также имеет температуру около 90 К. Криптон и ксенон активно поглощаются на развитой поверхности сорбента, а оставшиеся примеси концентрата отводятся через клапан 30 на соответствующей магистрали. Предварительно они подогреваются до уровня, близкого к температуре окружающей среды, за счет охлаждения слоя сорбента и исходной смеси.

Вдоль камеры 3 нагрева с помощью электронагревателя 52 создается поле температур от 380 до 90 К. По мере движения слоев сорбента по нагреваемой зоне его температура повышается. Последовательно начинаются процессы десорбции азота, кислорода, криптона, а при более высоких уровнях нагрева - ксенона. Это обусловлено зависимостью коэффициентов адсорбции отдельных компонентов от температуры. Такое избирательное выделение составляющих смеси допускает отбор