УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 1995 года по МПК F25J3/04 

Изобретение относится к низкотемпературному разделению воздуха и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известна установка разделения воздуха АКт-16-2, содержащая колонну предварительного разделения, колонну окончательного разделения, основные конденсаторы, соединенные между собой трубопроводами [1]
Недостатком данного устройства является низкий коэффициент извлечения неона и гелия из перерабатываемого воздуха.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для разделения воздуха, содержащее колонны предварительного и окончательного разделения, основные конденсаторы, узел конденсации, состоящий из соединенных между собой трубопроводами нижнего конденсатора колонны чистого аргона, конденсатора криптоновой колонны и концентратора, и трубопровод газообразного азота, соединяющий основные конденсаторы с узлом конденсации [2]
Недостатком устройства является то, что коэффициент извлечения неона и гелия не превышает 0,4 от перерабатываемого воздуха.

На существующем устройстве можно достичь увеличения коэффициента извлечения неона и гелия, если жидкий азот из конденсаторов криптоновой колонны и колонны чистого аргона подавать непосредственно на верхнюю тарелку нижней колонны. Однако при существующем взаимном расположении аппаратов (конденсатор криптоновой колонны значительно ниже верха нижней колонны) такое решение требует введение парлифта или центробежного насоса, что значительно усложняет устройство.

Введение в нижнюю колонну существующего устройства специальных отпарных тарелок с отбором флегмы в верхнюю колонну с промежуточной тарелки также увеличивает коэффициент извлечения неона и гелия из перерабатываемого воздуха. Однако реализация такого решения приведет к усложнению конструкции колонны, увеличению высоты нижней колонны, а следовательно, потребует перекомпоновки блока ректификации с нежелательным увеличением общей высоты блока, примерно на 1 м.

Решение задачи увеличения извлечения неоногелиевой смеси может быть осуществлено за счет отмывки неона и гелия из жидкого азота в отпарной колонне и обогащения газообразного азота, выходящего из отпарной колонны, неоном и гелием.

Для этого установка разделения воздуха, содержащая колонны предварительного и окончательного разделения, основные конденсаторы, узел конденсации, состоящий из соединенных между собой трубопроводами нижнего конденсатора колонны чистого аргона, конденсатора криптоновой колонны и концентратора, и трубопровод газообразного азота, соединяющий основные конденсаторы с узлом конденсации, снабжена отпарной колонной, установленной на трубопроводе газообразного азота, причем средняя часть отпарной колонны расположена ниже точек вывода жидкого азота из конденсатора криптоновой колонны, нижнего конденсатора колонны чистого аргона и концентратора.

Сравнение предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применяемости.

На чертеже схематично показана установка, где колонна предварительного разделения 1 посредством трубопроводов соединена с основным конденсатором 2, который трубопроводами соединен с колонной окончательного разделения 3 и отпарной колонной 4. Отпарная колонна 4 посредством трубопроводов соединена с нижним конденсатором 5 колонны чистого аргона и конденсатором 6 криптоновой колонны.

Конденсатор 6 криптоновой колонны трубопроводами соединен с концентратором 7, который соединен с теплообменником 8.

Нижний конденсатор 5 колонны чистого аргона, конденсатор 6 криптоновой колонны, концентратор 7 составляют узел конденсации.

Работает установка следующим образом.

Воздух, очищенный от примесей и охлажденный до температуры насыщения, подают в колонну предварительного разделения 1, где воздух, проходя по тарелкам, обогащается азотом и поступает в основной конденсатор 2, где азот обогащается неоногелиевой смесью. Из основного конденсатора 2 жидкий азот подают в качестве азотной флегмы в колонну окончательного разделения 3 и в колонну предварительного разделения 1. Несконденсированную часть азота, обогащенного неоном и гелием, из основного конденсатора 2 направляют в отпарную колонну 4, где происходит дальнейшее обогащение газообразного азота неоном и гелием за счет отмывки неона и гелия из потоков жидкого азота, стекающих из нижнего конденсатора 5 колонны чистого аргона, конденсатора 6 криптоновой колонны, концентратора 7, составляющих узел конденсации. Газообразный азот, обогащенный неоном и гелием, из отпарной колонны 4 подают в нижний конденсатор 5 колонны чистого аргона и конденсатор 6 криптоновой колонны, где происходит дальнейшее обогащение газообразного азота неоном и гелием. Несконденсированную азотонеоногелиевую смесь из нижнего конденсатора 5 колонны чистого аргона и конденсатора 6 криптоновой колонны направляют в концентратор 7, где происходит дальнейшее обогащение неоном и гелием.

В концентраторе 7 часть азота конденсируют за счет испарения азота, подаваемого в межтрубное пространство, и направляют в отпарную колонну 4. Газообразную неоногелиевую смесь из концентратора 7 подают в теплообменник 8, где ее подогревают в теплообмене с паром до 20^оС и направляют потребителю.

Отпаривание неоногелиевой смеси из жидкого азота неоном и гелием в отпарной колонне с последующим обогащением позволяет увеличить коэффициент извлечения неоногелиевой смеси с 0,4 (у прототипа) до 0,93.

Использование: криогенная техника, в частности разделение воздуха методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения: установка снабжена отпарной колонной 4, установленной на трубопроводе газообразного азота, причем средняя часть этой колонны расположена ниже точек выхода жидкого азота из конденсатора 6 криптоновой колонны, нижнего конденсатора 5 колонны чистого аргона и концентратора 7, что позволяет отпаривать жидкий азот из узла конденсации от неоногелиевой смеси в отпарной колонне 4. 1 ил.

УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА, содержащая колонны предварительного и окончательного разделения, основные конденсаторы, узел конденсации, состоящий из соединенных между собой трубопроводами нижнего конденсатора колонны чистого аргона, конденсатора криптоновой колонны и концентратора, и трубопровод газообразного азота, соединяющий основные конденсаторы с узлом конденсации, отличающаяся тем, что установка снабжена отпарной колонной, установленной на трубопроводе газообразного азота, причем средняя часть отпарной колонны расположена ниже точек вывода жидкого азота из конденсатора криптоновой колонны, нижнего конденсатора колонны чистого аргона и концентратора.