Способ низкотемпературной подготовки газа к разделению Советский патент 1991 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к криогенной технике и связано со способами охлаждения и очистки воздуха в регенераторах или в реверсивных пластинчато-ребристых теплообменниках криогенной установки, предназначенной для разделения воздуха.

Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения очистки регенераторовилиреверсивныхпластинчато-ребристых теплообменников от примесей при отношениях физических объемов обратного и прямого потоков, близких единице или меньше ее.

Обеспечение незабиваемости регенераторов или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников в отношении водяных паров и С02 зависит от отношения физических объемов обратного и прямого потоков. В связи с тем, что использование регенераторов тождественно использованию реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников, рассмотрение физической сущности процесса дано применительно к регенераторам.

На чертеже изображена принципиальная схема воздухоразделительной установки, реализующей предлагаемый способ.

Установка содержит воздушный турбокомпрессор 1, рекуперативный теплообменник 2, водяной холодильник 3,

О

со ю VJ со о

влагоотделитель 4, регенераторы 5-7 со встроенными змеевиками 8, линии 9 и 10 для подачи в регенераторы петлевого потока, линию 11 для подачи обратного потока, линию 12 для подачи воздуха в регенератр- ры непосредственно после турбокомпрессора, линию 13 для выдачи чистого продукта через дополнительные змеевики 14 регенераторов и блок 15 разделения.

Способ осуществляют следующим образом.

Воздух после сжатия в турбокомпрессоре 1 с температурой около 400 К охлаждается в теплообменнике 2 до температуры 360 К и далее в водяном холодильнике 3 до температуры, близкой к температуре окружающей среды.

Выпавшая при охлаждении сжатого воздуха капельная влага отделяется во вла- гоотделителе 4. Затем сжатый воздух подо- гревается в теплообменнике 2 до температуры 340-360 К и направляется в регенератор. После подогрева в теплообменнике 2 воздух становится ненасыщенным Н20 с относительной влажностью менее 10%.

Работа регенераторов 5-7, имеющих встроенные змеевики, осуществляется в три периода.

В первый период в регенератор 5 подается сжатый нагретый до 340-350 К воздух. Когда при его охлаждении температура снижается 2J до 300 К, он становится насыщенным парами НаО и при дальнейшем хлаждении из сжатого воздуха выпадает на насадку вначале капельная влага, а затем лед. При последующем понижении температуры воздуха из него начинает выпадать вердая С02. Этот процесс идет вплоть до олодного конца регенератора.

В этот же период в разные сечения по высоте регенератора 6 по линии 9 поступает подогретый в змеевиках 8 петлевой поток, который является частью обратного потока, отбираемого в змеевики по линии 10. Его температура на входе в регенератор 6 близка к температуре воздуха, поступающего в регенератор 5 после теплообменника 2. Этот поток попадает в сечения с относительно низкой температурой в зоне выпадения Н20 и СОа. При этом петтевой поток имеет значительно более высокую температуру, чем температура насадки в соответствующих сечениях аппарата.

С насадки сублимируют в поток твердые С02 и НаО, а в тех сечениях, где находится капельная влага, происходит ее испарение в поток. Однако, так как доля петлевого потока мала, то отдавая теплоту насадке, он довольно быстро охлаждается. Сублимация

примесей заканчивается, когда поток становится насыщенным. При дальнейшем движении вверх по регенератору температура потока продолжает понижаться и из него на

насадку происходит повторное выпадение примесей. Этот процесс идет до тех пор. пока температура потока не сравняется с температурой насадки. Таким образом происходит перебрасывание примесей с ниже0 лежащих на вышележащие участки регенератора. Далее температура петлевого потока повышается за счет подвода теплоты от насадки, он становится ненасыщенным примесью и с температу5 рой, близкой начальной, выходит из регенератора.

В этот период работы регенератора интегрально-петлевой поток не отдает насадке и не воспринимает от нее теплоты, так как

0 входит в регенератор и выходит из него при практически одинаковой температуре.

Таким образом, в конце этого периода в регенераторе 6 как С02, так и Н20 перемещаются петлевым потоком в зоны более вы5 соких температур чем те, при которых они выпадают на насадку в период теплого дутья.

В этот период через регенератор 7 по линии 11 проходит основное количество об0 ратного потока. Он встречается с примесями насадки регенератора в сечениях, где его температура выше температуры воздуха, чем в сечениях, откуда переброшена примесь. Вследствие этого обратный поток при

5 физическом объеме меньшем, чем физический объем прямого потока, способен выне- , сти из регенератора все количество примесей, оставляемое на насадке прямым потоком. Наличие на теплом конце регене0 ратора зоны, где воздух не насыщен НгО, т. е. зоны, где Н20 из воздуха на насадку в период теплого дутья не выпадает, обеспечивает при данных условиях полный вынос обратным потоком всей влаги из регенера5 тора.

Во время всех периодов работы регенераторов в змеевики 14 по линии 13 из блока 15 разделения поступает чистый продукт, который подогревается в змеевиках, охлаждая насадку регенераторов.

0 Подача воздуха в регенераторы может производиться без прохождения через аппараты 2-4. В этом случае сжатый в турбокомпрессоре 1 воздух при температуре около 400 К становится ненасыщенным па5 рами Н20. В этом состоянии он по линии 12 поступает в регенератор 5. Направление движения остальных потоков и последовательность их прохождения через регенераторы такая же, как и в предыдущем случае.

Использование способа позволяет обеспечить незабиваемость регенераторов и реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников в отношении СОз и Н20. при физическом объеме обратного потока, уча- ствующего в выносе примесей, даже меньшем физического объема прямого потока. Это повышает энергетическую эффективность воздухоразделительной установки, использующей регенераторы или реверсив- ные пластинчато-ребристые теплообменники, так как предлагаемый способ обеспечивает увеличение количества сублимируемых примесей (прежде всего H2CJ,, что приводит к снижению холодопотерь в регенераторах или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменниках и в целом в установке.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить экономическую эффектив- ность воздухораспределительных установок низкого давления за счет возможности увеличения доли чистых продуктов разделения воздуха, проходящего через встроенные в регенераторы змеевики или непереключающиеся каналы реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников и

не участвующих в выносе примесей, выпавших на насадке.

Формула изобретения Способ низкотемпературной подготовки газа к разделе: ию, включающий сжатие прямого потока raja, его охлаждение и очистку в регенераторах или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменниках, разделение газа, подогрев чистых продуктов разделения, обратного и петлевого потоков .в регенераторах или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменниках, отличающийся тем, что, с целью повышения эффек ивности путем обеспечения очистки регенераторов или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников от примесей при отношениях физических объемов обратного и прямого потоков, близких единице или меньше ее, газ перед подачей в регенераторы или реверсивные пластинчато-ребристые теплообменники подогревают в рекуперативном теплообменнике, а подогретый петлевой поток направляют параллельно в различные по высоте сечения регенератора или пластинчатого теплообменника.

Изобретение относится к криогенной технике и связано со способами охлаждения и очистки воздуха в регенераторах или в реверсивных пластинчато-ребристых теплообменниках криогенной установки, предназначенной для разделения воздуха, и позволяет повысить эффективность путем обеспечения очистки регенераторов или пластинчатых теплообменников при значениях отношений физических объемов прямого и обратного потоков, проходящих через регенераторы или реверсивные пластинчато-ребристые теплообменники, близких к единице или меньших единицы. При использовании способа незабиваемость регенераторов, работающих по трехпериод- ной схеме, со змеевиками, встроенными в насадку для подогрева петлевого потока или реверсивных пластинчато-ребристых теплообменников, в которых петлевой поток подогревается в переключающихся каналах аппарата, в отношении Н20 и С02 обеспечивается подачей в регенераторы или пластинчато-ребристые теплообменники ьоздуха, не насыщенного парами Н20, и направлением в различные по высоте аппарата сечения подогретого петлевого потока после периода теплого дутья, который осуществляет переброс отложений НаО и С02 на вышележащие участки насадки. Вследствие этого в период холодного дутья обрат- ный поток насыщается примесями в сечениях, где его температура выше температуры воздуха, проходящего через эти се- ченич в период теплого дутья. 1 ил.

г Hr Hi

/3

Воздух

(, wcrmw npcfyxrn OfyairiHtiu поток

Обратный поток

Vucautu apofytm