Вспомогательное оборудование криогенных установок
Грачев А.Б., Боярский М.Ю., Савинова Н.М.
§ 3. Системы очистки с твердыми поглотителями
Основными сопутствующими компонентами при получении водорода, аргона, криптона, неона являются такие примеси как кислород, азот и водород. Современная техника нуждается в сравнительно больших количествах газов высокой концентрации, с остаточным содержанием не более 1·10-4 ÷ 4·10-5об.% О2, 5·10-4об.% N2 и 5·10-4об.% H2. Такая высокая степень очистки газов достигается применением различных твердых поглотителей - титана, окиси меди и кальция и т.д. [3], образующими при высоких температурах прочные соединения с химически активными примесями.
Рассмотрим характеристики поглотителей и оптимальные условия проведения процесса очистки.
1. Палладированный активный глинозем с содержанием палладия 2 %.
Применяется в качестве катализатора реакции взаимодействия водорода и кислорода. Объемная скорость водорода в контактном аппарате принимается 360 ÷ 720 ч-1.
Оптимальная температура очистки 165 ÷ 175°С. Содержание кислорода в очищенном водороде не превышает 3·10-5 ÷ 4·10-5об.%.
2. Губчатый титан (Ti) применяется для очистки инертного газа от кислорода и азота
(2-7)
Практически необходимое количество поглотителя должно быть взято с 30% запасом по отношению к количеству титана, рассчитанному по реакции. Необходимая степень очистки инертного газа от азота (<5·10-4 об.%) и кислорода (<1·10-4 об.%) достигается при температуре в реакторе 850 ÷ 900°С. Оптимальный интервал объемных скоростей 500 ÷ 1000 ч-1.
3. Кальций (Са) применяется для очистки инертного газа от примесей азота и кислорода. Поглотительная способность кальция (в виде стружки) по азоту соответствует реакции
(2-8)
Температура в слое 450° ÷ 550°С, объемная скорость до 200 ч-1.
Остаточное содержание азота (2 ÷ 5)·10-4 об.%.
4. Активная медь, полученная восстановлением гранулированной окиси меди водородом при нагреве до 400° ÷ 450°С. Медь применяют для очистки от кислорода по реакции
 (2-9)
Объемная скорость очищаемого газа от 125 до 425 ч-1. Оптимальная температура очистки
400 ÷ 500°С. Степень очистки не выше 5·10-4 об.%. Медь целесообразно использовать для предварительной очистки газа от кислорода.
5. Окись меди используется для очистки инертного газа от водорода. Поглотительная способность соответствует реакции
 (2-10)
Практически расход окиси меди должен быть увеличен на 40%. Объемная скорость очищаемого газа от 400 ч-1 до 4000 ч-1. Оптимальный интервал температур 340 ÷ 350°С. Для восстановления поглотительной способности CuO достаточно провести ее вакуумирование в течение 6-8 час при 350 ÷ 450°С. На основе исследований [5] для тонкой очистки небольших количеств инертного газа от активных примесей (N2, О2, Н2) рекомендована технологическая схема, включающая последовательно расположенные патроны: с титановой губкой для очистки от кислорода и азота; с окисью меди - для очистки от водорода.
Расчет аппаратов установки очистки при получении газов высокой концентрации сводится к определению размеров соответствующих патронов с поглотителями в зависимости от производительности установки и заданного времени работы поглотителя.
Например, объем активной меди в патроне можно определить по уравнению
(2-11)
где V – количество очищаемого газа,
x - содержание кислорода в очищаемом газе, % об.,
t - время работы поглотительной массы, ч,
ηCu - коэффициент использования активной меди. Обычно ηCu = 0,5.
Расчет объема поглотительной массы уточняется по рекомендуемым объемным скоростям газа.
Следующая страница: 3.1. Физические методы очистки паров и газов. Адсорбция
| 