УСТАНОВКА РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 1999 года по МПК F25J3/04 

Предложение относится к установкам разделения воздуха (ВРУ), в частности может быть использовано для разделения воздуха с извлечением аргона.

Известна установка разделения воздуха, содержащая нижнюю и верхнюю колонны двукратной ректификации с патрубками, узел очистки аргона от кислорода и узел очистки аргона от азота. (см.Головко Г. Л. Установка для производства инертных газов, Л., Машиностроение, 1974, с.243).

Недостатком известной установки является то, что нижняя и верхняя колонны двукратной ректификации с колонной сырого аргона выполнены тарельчатыми колоннами, которые имеют большие габариты, что приводит к большим габаритам в высоту самой установки.

Кроме того, разделительная способность тарельчатой колонны сырого аргона не обеспечивает очистку аргона от кислорода до его содержания менее 0,0005% O₂, что приводит к вводу дополнительного оборудования очистки аргона от кислорода (цеолитовый блок очистки аргона), что в сою очередь приводит к потерям аргона, к дополнительным капитальным затратам и энергозатратам.

Техническим результатом использования данного предложения является уменьшение габаритов установки, снижение металлоемкости, трудоемкости, энергозатрат и потерь аргона, кроме того, повышение качества продуктов разделения воздуха.

Технический результат достигается тем, что установка разделения воздуха, содержит нижнюю и верхнюю колонны двукратной ректификации с патрубками, узел очистки аргона от кислорода и узел очистки аргона от азота, узел очистки аргона от кислорода выполнен в виде колонны с патрубками, заполненной магнитной насадкой, узел очистки аргона от азота выполнен в виде насадочной колонны с патрубками и конденсатором-испарителем с патрубками, размещенными в нижней части последней и дефлегматором с патрубками, при этом в нижней и верхней колоннах двукратной ректификации размещены соответствующая магнитная насадка, причем патрубок выхода жидкого технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода сообщен с патрубком ввода жидкого технического аргона насадочной колонны, патрубок выхода газообразного технического аргона насадочной колонны сообщен с патрубком газообразного технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода, патрубок выхода жидкого азота из конденсатора сообщен с патрубком ввода жидкого азота дефлегматора, патрубок выхода жидкого азота которого сообщен с патрубком входа жидкого азота верхней колонны двукратной ректификации, патрубок выхода газообразного азота дефлегматора сообщен с патрубком выхода газообразного азота верхней колонны двукратной ректификации.

На фиг.1 изображена установка разделения воздуха с получением аргона.

На фиг.2 - магнитная насадка колонны.

На фиг.3 - ячейка магнитной насадки.

Установка содержит нижнюю 1 и верхнюю 2 колонны двукратной ректификации, узел очистки аргона от кислорода, выполненный в виде колонны 3, заполненной магнитной насадкой 4, узел очистки аргона от азота, выполненный в виде насадочной колонны 5, конденсатор-испаритель 6 и дефлегматор 7.

Нижняя 1 и верхняя 2 колонны двукратной ректификации заполнены магнитной насадкой 8. Патрубок 9 выхода жидкого технического аргона колонны 3 сообщен с патрубком 10 ввода жидкого технического аргона колонны 5, патрубок 11 выхода газообразного технического аргона колонны 5 сообщен с патрубком 12 газообразного технического аргона колонны 3, патрубок 13 выхода жидкого азота из конденсатора 6 сообщен с патрубком 14 ввода жидкого азота дефлегматора 7, патрубок 15 выхода жидкого азота которого сообщен с патрубком 16 входа жидкого азота верхней колонны 2, патрубок 17 газообразного азота дефлегматора 7 сообщен с патрубком 18 выхода газообразного азота колонны 2. Магнитная насадка 4 и 8 может быть выполнена в виде кассет 19 с призмами 20. Магнитная насадка может быть выполнена насыпной.

Поток воздуха В подают в нижнюю 1 колонну двукратной ректификации, а из верхней 2 колонны получают азот N₂, кислород O₂ и аргонную фракцию A^фrг, которую подают в насадочную колонну 3, где благодаря свойствам магнитной насадки 4 достигается полная очистка аргона от кислорода до содержания менее 0,0005% O₂, не прибегая к дополнительному оборудованию. Технический жидкий аргон A^тrж выводят из колонны 3 и подают в верхнюю часть колонны 5, где аргон очищают от азота. Газообразный технический аргон A^тrг из колонны 5 возвращают в колонну 3, жидкую аргонную фракцию A^фrж возвращают из колонны 3 в верхнюю колонну 2 двукратной ректификации.

Отдувочный поток Отд. из колонны 3 технического аргона выводят в дефлегматор 7, где происходит отмывка аргона от отдувочного потока Отд. в каналах конденсации дефлегматора 7, которые заполнены металлической мелкой насадкой. Флегму Ф с техническим жидким аргоном возвращают в колонну 3, а поток отвала Отв. с содержанием аргона в нем не менее 1% Ar выводят в атмосферу.

Жидкий азот N₂ж из конденсатора 6 колонны 5 подают в полость кипения дефлегматора 7, из которого газообразный азот Ngr выводят и подают в коллектор продукционного азота N₂, а жидкий азот N₂ж, который выводят из дефлегматора 7, подают в верхнюю колонну 2 двукратной ректификации. Количеством этого потока поддерживают заданный уровень кипящей жидкости в дефлегматоре 7.

Верхняя 1 и нижняя 2 колонны двукратной ректификации и колонна 3 заполнены магнитной насадкой. Насадка может быть выполнена из кассет 19. Кассета состоит из призм 20, грани которой представляют собой постоянные магниты. Газовый поток подается снизу на контактную часть насадки. Под воздействием поля магнитных узлов между противоположными магнитными полюсами кассет 19 и полюсов- граней парамагнитной компонент в газе устремляется к этим узлам, конденсируется в флегму L и дополнительно обогащает ее параллельно с обогащением, которое происходит по высоте насадки в процессе ректификации.

Флегма подается сверху на контактную часть насадки. Под воздействием поля магнитных узлов между противоположными магнитными полюсами кассет 19 и полюсов-граней парамагнитный компонент ориентируется в магнитном поле в флегме и увеличивается напряженность в данных узлах, и в области повышенной напряженности усиливается магнитный захват парамагнитного компонента из газа G в флегму.

Магнитный захват парамагнитного компонента из газа G в флегму в узлах магнитной напряженности увеличивает разделительную способность на данной насадке, что позволяет сократить высоту контактной части ректификационной колонны, т. е. приведет к снижению металлоемкости. Уменьшение поверхности ректификационных колонн в ВРУ приведет к снижению холодопотерь или к сокращению энергозатрат при получении продуктов разделения воздуха. Высокая эффективность данной насадки позволяет очистить аргон от кислорода с содержанием менее 0,0005% O₂.

В установке разделения воздуха узел очистки аргона от кислорода выполнен в виде колонны, заполненной магнитной насадкой а узел очистки аргона от азота выполнен в виде насадочной колонны с конденсатором-испарителем, размещенным в ее нижней части. В нижней и верхней колонках двухкратной ректификации размещена магнитная насадка. Использование изобретения позволит уменьшить габариты установки, снизить энергозатраты и потери аргона, повысить качество продуктов разделения воздуха. 3 ил.

Установка разделения воздуха, содержащая нижнюю и верхнюю колонны двукратной ректификации с патрубками, узел очистки аргона от кислорода и узел очистки аргона от азота, отличающаяся тем, что установка снабжена дефлегматором с патрубками, а колонна ректификации снабжена магнитной насадкой, узел очистки аргона от кислорода выполнен в виде колонны с патрубками, заполненной магнитной насадкой, узел очистки аргона от азота выполнен в виде насадочной колонны с патрубками с конденсатором-испарителем с патрубками, размещенным в нижней части колонны, причем патрубок выхода жидкого технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода сообщен с патрубком ввода жидкого технического аргона насадочной колонны, патрубок выхода газообразного технического аргона насадочной колонны сообщен с патрубком газообразного технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода, патрубок выхода жидкого азота из конденсатора сообщен с патрубком ввода жидкого азота дефлегматора, патрубок выхода жидкого азота которого сообщен с патрубком входа жидкого азота верхней колонны двукратной ректификации, патрубок выхода газообразного азота дефлегматора сообщен с патрубком выхода газообразного азота дефлегматора сообщен с патрубком выхода газообразного азота верхней колонны двукратной ректификации.