Бельтюкова, Беликов, Зайцев - Установка для извлечения гелия из отработанной дыхательной смеси

Цель проекта: разработка технологии и конструкции установки для извлечения гелия из отработанной дыхательной смеси, очистки его от примесей непосредственно на корабле, с целью многократного использования дорогостоящего гелия для приготовления кислородно-гелиевых или кислородно-азотно-гелиевых смесей, применяемых при проведении глубоководных работ, подачи их в барокамеры и другие глубоководные аппараты.

Задачи проекта:

• Получение гелия с чистотой 99.999% для приготовления дыхательных смесей путем очистки газовой смеси от влаги, двуокиси углерода и вредных примесей, очистки гелия от азота и кислорода методами адсорбции и дефлегмации.
• Разработка уникальных компактных конструкций аппаратов установки для размещения установки на корабле в виде малогабаритного теплоизолированного шкафа, в стандартном 10-футовом контейнере вместе со вспомогательным оборудованием, с возможностью транспортировки контейнера с установкой на контейнеровозе.
• Осуществление непрерывного цикла регенерации любого количества дыхательной смеси при размещении установки и на корабле, и на берегу за счет автоматического переключения групп адсорберов с режима очистки на режим регенерации адсорбентов и обратно.

Продукт разработки: компактная, полностью автоматизированная установка для размещения ее на корабле, позволяющая получать из отработанной дыхательной смеси гелий с чистотой 99,999%.

Назначение разработки: представленный продукт позволяет обеспечить автономность при проведении глубоководных работ. Отработанная дыхательная смесь регенерируется в установке и многократно используется, что устраняет необходимость в поставках дыхательной смеси с берега. Установка может использоваться также для очистки покупного гелия низкого качества, а также для очистки неона.

Потенциальными клиентами могут являться государственные и коммерческие морские организации, проводящие работы и исследования, требующие глубоководных погружений. Областью применения установки может являться приготовление дыхательных смесей, применяемых при глубоководных исследованиях и спасательных работах в профессиональной водолазной практике для погружений на глубины от 40 до 300 метров на искусственных дыхательных смесях, в которых азот, из-за его токсического действия на организм человека, заменен гелием. Возможно применение в медицинских учреждениях – с целью очистки гелиевого воздуха для его повторного использования при лечении заболеваний дыхания.

В основу технологии регенерации гелия положена существующая разработка (установка выделения гелия из газовых смесей, запатентованная Акуловым Л. А., Игнатовым Ю. Я., Мельниковым В. Э. [1, 2]. Данная установка регенерации дыхательной смеси, применительно к использованию на судах имеет ряд недостатков: большие габариты и масса, высокую стоимость. Существенно повысить эффективность и сократить стоимость можно только путем повышения эффективности процесса адсорбции.

Командой участников данного проекта были проведены работы в этом направлении. Выполнены теоретические расчеты процесса извлечения гелия из дыхательной смеси: расчет процессов адсорбции и дефлегмации, выбор адсорбентов, расчёт масс адсорбентов, расчет расхода жидкого азота на охлаждение, расчет энергопотребления, расчет экономической целесообразности производства установки. Проведены конструктивные расчеты: определение конструктивных размеров теплообменников, адсорберов, системы подачи жидкого азота и выдачи продукта, изготовление чертежей. Полученная установка регенерации гелия обладает значительными преимуществами по сравнению с прототипом по материалоемкости, потребляемой мощности, массогабаритным характеристикам и расходу жидкого азота.

На настоящий момент компактные судовые установки для регенерации гелиевых дыхательных смесей на рынке РФ и стран СНГ не представлены. Существующие системы очистки гелия имеют большие габариты, массу и стоимость и предназначены только для работы на берегу. Таким образом, предлагаемая разработка является уникальной и не имеет аналогов.