Установка для очистки аргона от кислорода и азота Советский патент 1983 года по МПК F25J3/04 

4 СО 4ih 4 СО Изобретение относится к хопооильной технике, а более конкретно к раэаелению воэаухв -низкотемпературной ректнфикацией, и мохет быть использовано при проектировании новых и моае(жизации действукшдих воздухрраспре целительных установок с .получением аргона. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности, является установ. ка, состоящая из воздухоразаелительног блока для получения сьгрого аргона, конденсатора - ожижителя сырого , устройства для гидростатического сжигания.жидкого сырого аргона до давления 0,30-0,35 МПа, испарителя сжа-« того сырого аргона, контактного annafaта с теплообменником-подогревателем и осушителем аргона, колонны очистки арн гОна от азота с- верхним конденсатором и испарителем С 3 Недостатками установки являются по те|ри аргона и водорода с отдувочными газами и низкое качество очистки аргона от азота и кислорода. Шль изрбретения -уменьшение поте|М9 , повьцяение качества его очисткии снижение затрат электроэнер гии. Эта цель достигается тем, что в установку для очистки от кисло- : рода и азота, ссщержа1 ю взаимосвязан- : нью между собой воздухоразделительный бясж для получения сырого aprcaia, контактный аппарат с теплорбменникомпоаогревателю) и осушителем аргона, KotMKOy очистки -аргона от азота с верхHiiM хоягсенсатором для улавливания а| и водорода из отдувочных газов, . снабж;ают посл до« тельно соединенными К(ждеисатором-обогатителем и устройством для сжатия ббогашвн}1ых водородом riaaoB, установленными между веркним ковденсатором колонны очистки aprofia От азота и кштактным аппара/том. : - ;-.. V , того, конденсатор-обогатитедь соедннен. трубопроводом возврата жидкой «Ёъргои-азо ноЙ смеси с воздухоразделительяым агрегатом. Сущность и1зобретения заключается в .том, что в кшденсаторе-испарителе отдувочные газы разделяют на жидКую азот аргонную смесь и обогащенный остаток. С азот -аргонной смесью из колонны чистого аргона выводится азот, который в смеси с аргоном сливается в верхнюю колспну воздухоразцелительного блока, в котором аргон улавливается, а азот удаляется в атмос- ; 43 феру. Вывод азрта из колонны чистого аргона является непременным условием возв(ата обогащенной водородом смеси в контактный аппарат. Лля этой цели служит устройство для сжатия, например компрессор и (или) эжектор чистого водорода. При использовании предлагае-, мой установки исключается загрязнение сырого аргона водородом, благодаря чему становится возможным обеспечить конденсацию сырого аргона и сжатие его гидростатическим мeтoдoмV исклк чив из схемы установки для очистки сырого аргона газодувки или компрессорял для сжатия сырого аргона. Благодаря, тому, что в компрессоре предлагаемой установки (в отличие от известной) количество сжимаемых отдувочных газов в 10-20 раз.меньще, чем количество сжимаемого сырого аргона, и в 2-4 раза меныие степень сжатия, то габариты компрессора предложенной установки -и потребляемая им энергия будут в 20-100 раз меньшими, чем в известной установке. . Если же компрессор установить после конденсатора-обогатителя, то расход и степень сжатия отдувочных газов снизятся еще в 2-3 раза, а расход энергии - в 6-10 раз. И наконец, при замене компрессора эжектором, работающим на свежем водороде, электроэнергия расходе ваться не будет. На чертеже изоб. принципиальная схема предложенной установки. Установка состоит из последовательно соединенных трубопроводами воздухоразделительного блока 1 для получения сырого аргона, трубопровода-2, испарителя 3 сырого аргона, устройства 4. для сжатия, вентиля 5, теплообменникаподогревателя 6, ксжтактного аппарата 7, холодильника 3, адсорбера 9, колонны 1Q очистки аргона, верхнего конденсатора 11, конденсатора-обогатителя 12, устройства 13 для сжатия, трубопровода 14, газоанализатора 15. Устройство 4 для сжатия установлено на потоке свежего водорода, поступающего в установку-, и преднаг|рачено для повышения давления обогащенной водородом смеси, перемещаемой из конденсатора-обогатителя 12 в теплообменнйкпоцргреватель б. Конденсатор-обогатитель 12 предназначен для удаления азо та из отдудочных газов путем конденсации из смеси азота и аргона и дросселирования полученной жидкости в верхнюю срлонну воздухораспределительного блока. Он установлен-нао верхним конценсатором .колонны очистки аргона и соецинен патрубком выхоаа .обогашенной воаоро дом смеси с устройстБом 13 для сжатия либо с устройством 4 (если устройство 13 для сжатия в установке отсутуствует, либо если оно-установлено между верхним конденсатором и конденсатором-обогатителем). Пример 1 . В воздухоразде- лительном блоке 1 методом низкотемпературной ректификации воздух разделяют на азот, кислород и жидкий ctipou. ар гон, который сжимают в напорном трубопроводе 2 до 0,3-О,35 МПа, а затем испа:ряют под этим давлением и нагревают до полсйкительных температур в ис парителе 3 сырого аргона. Полученный сырой аргон смешивают с водородом, поступающим из ycTpojtcTBa 4 для сжатия, расход которого регулируют вентилем 5, и нагревают в теплообменнике- . подогревателе 6 до 500.-550 К, а зате в контактном аппарате 7 очищают от Кислорода гидрированием его водородом на катализаторе. В теплообменнике 6 и холодильнике S очищенный от кислорода аргон охлаждают, а пары воды конденсируют и выводят, после чего газ осушают в адсорберах 9. Очищенный от кислорода и ос} енный, технический аргон (1-10% N J 2-3% Hg и 87-97% Дг) охлаждают и большей частью ожижают в испарителе 3 сырого аргона и подают в колонну 10 очистки аргона, где получ ют и выдают потребителю чистъ1й жидкий арпж. Под .К|и 1шкой верхнего конденсатора 11 сс ирают плохо конденсируемую врдородосоое жашую смесь (3O-50ON2 2О.-ЗО% Hg и 20-ЗО% Лг), которую частично ксжденсир ют в конденсатореобогатителе 12 за счет испарения в межтрубном пространстве азота под давлением 0,11-0,13 МПа, Полученную в ксжденсаторе-обогатителе 12 жидкую аргон-азртаую смеЬь направляют в верхнюю колонну эоздухоразделительного блока 1 например в 10 3 трубопровод слива аргонной фракции, из колонны сырого аргона в верхнюю колсшну, где азот переводят в отбросной газ, а аргон улавливают. Оставшийся в , газообразном состоянии водород в смеси с азотом и сжимают в устройствах 13 и 4 для сжатия и возвращают в контактный аппарат 7 для гидрирования кислорода. Пример 2 . Отличается от примера 1 тем, что устройство 13 для сжатия 13 устанавливают между верхним конденсатором 11 и конденсатором-обогатителем 12, В этся случае перед кон- денсадией азота и аргона из водород- содержащей смеси ее сжимают до давления 0,4-0,6 МПа, после чего частично конденсируют, а несконденсированный остаток возвращают в контактный аппарат 7. Устройство 4 для сжатия в этом случае из схемы установки исключают. Пример 3 . Отличается от при, мера 1 тем, что из схемы исключают усч ройство 13 для сжатия, а подачу нескон- денсированного в котоенсаторе-обогат теле газа в контактный аппарат 7 осу- ществляет устройство 4 для сжатия. Такое решение возможно благодаря тому, что давление свежего водорода составляет 0,6-О,В МПа (0,5 кГс/см). ПоЪачу в систему свежего водорода производят автоматически через вентиль 5, работающий от газоанализатора 15. С по-. мощью этих устройств поддерживают избыток водорода в техническом аргоне, равнэ1й 2-3%, что обеспечивает высокую степень очистки aproia от кислорода. Изобретение будет использовано на воздухораспределительных установках, на которых вырабатывается сжатый сырой аргон и модернизация которых позволит применять несложные Малогабаритные машины. При использовании изобретения на этих установках будут исключены потери водорода и уменьшены потери . Кроме того, повысится качество очист- ки аргона от кислорода и азота.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ АРГОНА ОТ КИСЛОРОДА ,И АЗОТА, соаержашая взаимосвязанные межоу со- , возцухоразаёлительный блок оля получения сырого аргхжа, контактный аппарат с теплоообменником-поаогреватепем и осушителем аргона, колонну очистки аргона от азота с верхним конденсатором ОЛЯ улавливания аргона и воаороаа из отаувочных газов, отличающаяся тем, что, с целью уменыиения потерь аргона, повыиения качества его очиспси в снижения затрат электроэнергии, установка снабжена последовательно соединенными конденсаторомобогатителем и устройством для сжатия обогащенных водородом газов, установленными между верхним конденсатором колонны очистки аргона от азота и контактным аппаратом. . 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что конденсатор обогатитель соединен трубопрсеодом возврата жидкой аргон-азотной смеси с воздухоразделительным блоком.