СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА ПОД ДАВЛЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 1995 года по МПК F25J3/08 F17D1/07 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно: к установкам разделения воздуха и других газовых смесей и может быть использовано в газовой, химической и др. отраслях промышленности, использующих продукты разделения газовых смесей под давлением.

Известен способ и устройство для получения и выдачи криогенных продуктов (авт. св. СССР N 1244448, кл. F 25 J 3/04, 1984). В известном техническом решении для получения газообразных продуктов под давлением используется метод вытеснения жидкости из емкости в испаритель с помощью обратных клапанов на линии подачи и выдачи жидкого продукта в емкость и из емкости. Устройство для осуществления способа предусматривает наличие турбодетандерного агрегата и автономного испарителя, последовательно соединенного с емкостью-сборником жидкого криопродукта, трехходового переключающегося клапана, обратного клапана на трубопроводе подачи и обратного клапана на трубопроводе выдачи жидкого продукта из емкости в испаритель.

Недостатком известного технического решения является периодическое заполнение и опорожнение одной емкости-накопителя, что отрицательно сказывается на работе теплообменной и ректификационной аппаратуры установки разделения воздуха и неравномерном обеспечении потребителя газообразным продуктом под заданным давлением. Кроме того, за счет наличия турбодетандерного агрегата и автономного испарителя усложняется изготовление устройства и увеличиваются капитальные затраты.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ и устройство для газификации сжиженных продуктов (Глизманенко Д.Л. Получение кислорода. 1972 г. с.213-214), предусматривающий подачу сжиженного газа в змеевик регенератора плунжерным насосом под давлением, испарение в змеевике за счет теплообмена встречным теплым потоком воздуха, идущим по межтрубному пространству регенератора и выдачей теплого газообразного продукта под давлением из установки разделения воздуха. Причем для подачи потребителю технологического газа необходимо дополнительное сжатие газа в компрессорах. Устройство включает регенератор блока разделения воздуха со змеевиками, плунжерный насос с электродвигателем, трубопроводы подвода сжиженного газа к насосу и от насоса к регенератору, средство создания повышенного давления технологического газа подаваемого потребителю в виде компрессорных установок. Недостатком известного технического решения является сложность аппаратурного выполнения за счет использования компрессоров для повышения давления технологического газа и плунжерного насоса и, как следствие, высокие капитальные затраты, а также высокие энергозатраты и сложность при обслуживании и эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и упрощение аппаратурного выполнения за счет исключения компрессорных установок и насоса при использовании имеющегося оборудования блока разделения воздуха.

Это достигается тем, что необходимое давление выдачи газообразного технологического продукта потребителю получают непосредственно с помощью регенератора блока разделения воздуха, для чего попеременно из двух накопительных емкостей производят самотеком подачу жидкого продукта в змеевик регенератора под избыточным давлением 1,0-1,2 ат. обеспечиваемым с помощью регулирующих клапанов, а газификацию технологического продукта осуществляют до давления 3-32 ат.

В устройстве для осуществления способа средство создания избыточного давления технологического газа выполнено в виде регенератора блока разделения воздуха, а средство подачи жидкого продукта в регенератор в виде двух накопительных емкостей, установленных в блоке разделения выше отметки регенератора, причем на трубопроводе подачи жидкого продукта в змеевики регенератора установлены регулирующие клапаны. При этом на трубопроводах подачи жидкого продукта в емкости установлены обратные автоматические клапаны, а на трубопроводах сброса давления из емкостей и подъема давления в емкостях установлены клапаны принудительного действия, связанные с командно-исполнительным механизмом (КИМ).

Способ и устройство позволяют равномерно выдавать технологический продукт под давлением 3-32 ат непосредственно с блока разделения воздуха с полной рекуперацией холода в регенераторе установки, снижая этим энергозатраты и упрощая конструкцию.

На чертеже схематично изображено устройство для осуществления способа получения газообразных продуктов разделения воздуха под давлением.

Устройство содержит сосуды-накопители 1 и 2 жидкого продукта регенератор-теплообменник (или группу регенераторов) 4 с встроенным змеевиком 3. На линии трубопровода 14 выдачи продукта в теплообменник из сосудов установлены регулирующие клапаны 5 и 6, поддерживающие расход жидкого продукта в теплообменнике в зависимости от заданного давления, на линии трубопровода 15 подачи жидкости в сосуды установлены обратные автоматические клапаны 7 и 8. На линии трубопровода 13 сброса давления газообразного продукта установлены принудительные клапаны 11 и 12, аналогичные клапанам 9 и 10, установленным на линии подъема давления в сосудах. Переключение принудительной арматуры 9,10,11,12 производится командно-исполнительным механизмом (КИМ) 16, циклически переключающим сосуды с режима заполнения, на режим выдачи жидкого продукта и обратно.

Устройство для получения газообразных продуктов разделения воздуха под давлением представляет из себя не отдельную установку сбора и газификации криогенных продуктов, а является составной частью установки разделения воздуха, использующей рекуперацию холода сжиженных газов в регенераторе установки. Сосуды-накопители располагаются в изоляции установки выше верхней части регенератора для обеспечения самотечного опорожнения сосудов под действием гидростатического давления жидкого продукта при одинаковом давлении газа в змеевике и в опорожняемом сосуде. Давление подачи жидкого продукта в змеевик генератора составляет 1,0-1,2 ат. Давление газообразных продуктов после теплообменника-регенератора 4 поддерживается количеством жидкого продукта, поступающего через регулирующие клапаны 5 и 6 на газификацию из сосуда в регенератор. Работающая по определенному циклу принудительная арматура 9,10,11,12 от командно-исполнительного механизма (КИМ) обеспечивает переключение сосудов-накопителей с режима наполнения на режим выдачи газообразного продукта под давлением и обратно через определенные интервалы времени. Последний зависит от объема емкости, производительности блока разделения, расхода газа на потребитель и других параметров, устанавливаемых опытным путем.

Способ осуществляется следующим образом.

Согласно изобретению, если сосуд 1 находится в режиме заполнения, то у него должен быть открыт принудительный клапан 11 сброса давления и обратный автоматический клапан 7 на линии подачи жидкости 15, принудительный клапан 9 и регулирующий клапан 5 закрыты, одновременно сосуд 2 находится в режиме выдачи жидкого продукта под действием гидростатического столба жидкости через регулирующий клапан 6, расположенный на линии подачи жидкости из сосуда в регенератор, давление в сосуде практически равняется давлению газа, идущего к потребителю через открытый принудительный клапан 10, принудительный клапан 12 и автоматический клапан 8 закрыты. По мере опорожнения сосуда 2 и заполнения сосуда 1 происходит их переключение, т.е. сосуд 1 начинает работать в режиме выдачи, а сосуд 2 начинает заполняться жидким продуктом, при этом положение клапанов меняется на противоположное.

Командно-исполнительный механизм выдает команду на переключение принудительной арматуры 9,10,11,12 в определенной последовательности, а срабатывание обратных автоматических клапанов 7 и 8 и регулирующих клапанов 5 и 6 происходит самопроизвольно в зависимости от переключения принудительных клапанов.

Жидкий продукт, попадая в змеевик 3 регенератора 4, газифицируется и под давлением выдается потребителю. Причем газификация технологического газа осуществления до давления 3-32 ат.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении за счет утилизации холода сжиженных газов (продуктов разделения воздуха) в регенераторе установки до 3-4^оС, по отношению к температуре входящего в регенератор воздуха, процесс более экономичен, а исключение компрессорных установок для создания необходимого давления технологического газа у потребителя и насоса для подачи жидкого продукта в регенератор значительно упрощает конструкцию устройства и снижает капитальные затраты. Наличие двух попеременно работающих сосудов обеспечивает непрерывную газификацию сжиженного продукта и его отбор из установки разделения воздуха.

Использование: в криогенной технике, а именно в установках разделения воздуха и может применяться в газовой, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: необходимое давление выдачи газообразного технологического продукта получают непосредственно с помощью регенератора блока разделения воздуха, для чего попеременно из двух накопительных емкостей производят самотеком подачу жидкого продукта в змеевик регенератора под избыточным давлением 1,0 1,2 атм. обеспечиваемым с помощью регулирующих клапанов, а газификацию технологического продукта осуществляют до давления 3 32 атм. Устройство дополнительно содержит две накопительные емкости, установленные в блоке выше отметки регенератора, средство для создания избыточного давления выполнено в виде регенератора блока разделения воздуха, а средство подачи продукта в регенератор выполнено в виде упомянутых емкостей и регулирующих клапанов, установленных на трубопроводе подачи жидкого продукта из емкостей в змеевики регенератора. На трубопроводах подачи жидкого продукта в емкости установлены обратные автоматические клапаны, на трубопроводах сброса давления из емкостей и подъема давления в емкостях установлены клапаны принудительного действия, связанные с командно-исполнительным механизмом. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения газообразных продуктов разделения воздуха под давлением, включающий подачу жидкого продукта разделения в змеевик регенератора блока разделения воздуха, газификацию за счет теплообмена с тепловым потоком воздуха в испарителе-регенераторе и выдачу газообразного продукта потребителю, отличающийся тем, что необходимое давление выдачи газообразного технологического продукта потребителю получают непосредственно с помощью регенаратора блока разделения воздуха, для чего попеременно из двух накопительных емкостей производят самотеком подачу жидкого продукта в змеевики регенератора под избыточным давлением 1,0 1,2 атм, обеспечиваемым с помощью регулирующих клапанов, а газификацию технологического продукта осуществляют до давления 3 32 атм. 2. Устройство для получения газообразных продуктов разделения воздуха под давлением, включающее регенератор блока разделения воздуха со встроенными змеевиками, средство для подачи жидкого продукта в регенератор с соответствующими трубопроводами, средство создания повышенного давления технологического продукта для подачи потребителю с соответствующими трубопроводами, отличающееся тем, что средство создания повышенного давления технологического продукта выполнено в виде регенератора блока разделения воздуха, а средство подачи жидкого продукта в регенератор выполнено в виде двух накопительных емкостей, установленных в блоке разделения выше отметки регенратора, причем на трубопроводе подачи жидкого продукта в змеевики регенератора установлены регулирующие клапаны, на трубопроводах подачи жидкого продукта в емкости установлены обратные автоматические клапаны, а на трубопроводах сброса давления из емкостей и подъема давления в емкостях установлены клапаны принудительного действия, связанные с командно - исполнительным механизмом.