Изобретение относится к криогенной технике, в частности к способу разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации.
Целью изобретения является обеспече- ние стабилизации процесса разделения при нирком давлении и переменной нагрузке.
| Поставленная цель в способе достигается тем, что он включает в себя сжатие воздуха его предварительное охлаждение, очистку, окончательное охлаждение и разделение на два потока, один из которых подают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота, подаваемые на ректификацию при
низком давлении, а второй адиабатически расширяют и подают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород, рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь, отбирают также часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении.
00 CJ 00 х| СА) Ю
С
Поставленная цель в установке достигается тем, что она содержит компрессор, блок предварительного охлаждения и очистки, колонну двухкратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя, трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод, соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздуха, .установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода, причем трубопровод подачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер - к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, размещенный на трубопроводе отвода азота из колонны низкого давления и трубопроводе, соединяющим куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие устройства, установка снабжена также дополнительным резервуаром, размещенным на трубопроводе, соединяющим куб колонны высокого давления, с колонной низкого давления между кубом и дополнительным теплообменником. Установка снабжена ар- гонной ректификаационной колонной, соединенной с колонной низкого давления, а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне. Резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления. Резервуар для азота снабжен дополнительным трубопроводом, соединенным с трубопроводом для отвода азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника. Трубопровод, соединяющий резервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления, проходит через дополнительный теплообменник. Резервуар для кислорода снабжен трубопроводом, подключенным перед теплообменником окончательного охлаждения к трубопроводу для отвода газообразного кислорода из колонны низкого давления.
На чертеже представлена схема установки, в которой реализуется предложенный способ низкотемпературного разделения воздуха.
Установка низкотемпературного разделения воздуха содержит компрессор 1, блок 2 предварительного охлаждения и очистки, колонну 3 двухкратной ректификации, состоящую из колонны 4 высокого давления, колонны 5 низкого давления, трубопроводы 6,7 отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления. Куб колонны высокого давления соединен с колонной
0 низкого давления трубопроводом 8. Установка имеет резервуар 9 для азота, соединенный трубопроводом 10с верхней частью колонны низкого давления,трубопроводом 11с верхней частью колонны высокого дав5 ления и трубопроводом 12 с трубопроводом 7 отвода газообразного азота, резервуар 13 для кислорода, соединенный трубопроводами 14 и 15 с кубом колонны низкого давления и с колонной низкого давления. На
0 трубопроводе 14 установлен насос 16. Установка снабжена также резервуаром 17 для сжиженного воздуха, установленного на трубопроводе 8, основным теплообменником 18, установленным на трубопроводе 19
5 подачи воздуха в установку и трубопроводах 6 и 7 отвода газообразного кислорода и азота, дополнительным теплообменником 20,установленного на трубопроводах 7, 8 и 10, и аргонной колонной 21, котораятрубоп0 роводом 22 и 23 соединена с колонной низкого давления, а трубопроводом 24 с трубопроводом 8. На трубопроводе 25, соединяющим трубопровод 19с колонной низкого давления, установлен турбодетандер
5 26. Резервуар 17 для сжиженного воздуха соединен трубопроводом 27 с колонной низкого давления, а резервуар 13 для кислорода трубопроводом 28 - с трубопроводом 6 газообразного кислорода, На установке
0 установлены клапаны 29-35, уровнемеры 36,37, расходомеры 38-41 и измерительные приспособления 42-46.
Способ разделения воздуха осуществляется следующим образом. Воздух всасы5 вается компрессором 1 и через блок 2 предварительного охлаждения и очистки и трубопровод 19 подается в основной теплообменник 18, где его охлаждают подаваемыми противотоком газообразными
0 кислородом и азотом. 70-95% воздуха подают до холодного конца основного теплообменника 18 и по трубопроводу 19 в колонну 4 высокого давления. Остальную часть воздуха отводят из основного теплообменника
5 18 по трубопроводу 25 в турбодетандер 26, где его расширяют и подают в колонну 5 низкого давления.
В колонне 4 высокого давления воздух разделяют на жидкий азот и обогащенную кислородом кубовую жидкость. Жидкий
азот дросселируют через клапан 29 и подают в резервуар 9 для жидкого азота, откуда его направляют по трубопроводу 10 через дополнительный теплообменник 20 в колонну 5 низкого давления. Кубовую жидкость дросселируют через клапан 30 и по трубопроводу 8 направляют в резервуар 17 для сжиженного воздуха, затем через трубопровод 8 отбирают жидкость, охлаждают в теплообменнике 20 и направляют в колонну низкого давления, где ее дальше разделя- ют. В случае повышенной потребности в кислороде в резервуаре 17 для сжиженного воздуха хранят 1-15% кубовой жидкости.
В качестве главного целевого продукта из колонны 5 через трубопровод б отводят газообразный кислород, который в основном теплообменнике 18 нагревают почти до температуры окружающей среды и подают потребителю. Получаемый в качестве побочного целевого продукта азот отводят через трубопровод 7, нагревают в дополнительном теплообменнике 20 жидкими фракциями из колонны 4 высокого давления и из резервуаров 9 и 17, затем нагревают в основном теплообменнике 18 и направляют потребителю.
Через трубопровод 14с помощью насоса 16 отводят жидкий кислород из колонны низкого давления и вводят в резервуар 13 для кислорода. Жидкий кислород из резервуара 13 подают через трубопровод 15 в колонну 5 низкого давления.
Из колонны 5 низкого давления через трубопровод 22 отводят богатую аргоном фракцию кислорода, которую подают на ректификацию в аргонную колонну 21, где ее разделяют на сырой аргон и жидкую остаточную фракцию, рециркулируемую в колонну 5 низкого давления, Аргонная колонна 21 охлаждается с помощью кубовой жидкости из колонны 4 высокого давления и из резервуара 17 для сжиженного воздуха. Для этого служит трубопровод 24, который соединен с верхней частью колонны 21. Испаряющийся в аргонной колонне 21 обогащается кислородом воздух возвращают по трубопроводу 36 на ректификацию в колонну 5 низкого давления.
Если хотят повысить количество отводимого через трубопровод 6 кислорода, на компрессоре 1 устанавливают повышенный расход воздуха, который регулируется с помощью измерительного приспособления 42, связанного с компрессором 1. Количество подаваемого через трубопровод 25 и турбодетандер 26 в колонну 5 низкого давления воздуха в основном держат на постоянном уровне с помощью измерительного приспособления 43.
Следовательно, дополнительно всасываемый компрессором 1 воздух почти полностью подается в колонну 4 высокого давления, что приводит к получению повышенных количеств фракций з этой колонне. Возникает необходимость отводить больше жидкости через трубопроводы 11 и 8. Этот процесс упраеляется при помощи расходомера 38 и уровнемером 36 в сочетании с
0 клапанами 29 и 30. Количество подаваемой через трубопроводы 10 и 8 жидкости держат на постоянном уровне с помощью расходомеров 39, 40. Избыточную жидкость из колонны 4 высокого давления хранят в
5 резервуаре 9 для азота и в резервуаре 17 для ожиженного воздуха.
Повышенный расход в колонне 4 высокого давления приводит к повышенному поступлению теплоты в куб колонны 5 низкого
0 давления. Дополнительно испаряющийся кислород можно отводить через трубопровод 6 потребителю. Этот процесс управляется расходомером 41 и клапаном 31. Для поддержания режима ректификации в ко5 лонне 5 низкого давления используют соответствующее количеству дополнительно отводимого газообразного кислорода количество кислорода, отбираемого из резервуара 13 для кислорода. Подача
0 дополнительного жидкого кислорода управляется уровнемером 37 на кубе колонны низкого давления, а также с помощью клапана 32,
В случае пониженной потребности в
5 кислороде снижают количество подаваемого в колонну 4 высокого давления воздуха, в колонну 5 низкого давления дополнительно подают жидкость из резервуара 9 для азота и из резервуара 17 для сжиженного возду0 ха, и кислород в жидком виде отводят из куба колонны 5 низкого давления в резервуар 13 для кислорода.
Давление в резервуарах 9, 13 и 17 контролируется с помощью измерительных
5 приспособлений 45, 44, 46. В случае необходимости путем открытия клапанов 34, 33, 35 выпускают газ соответственно из резервуаров 9, 13, 17, причем из резервуара 9 для азота через трубопровод 12 в трубопровод
0 7, из резервуара 13 для кислорода через трубопровод 28 в трубопровод 6, а из резервуара 17 для сжиженного воздуха через трубопроводы 27 и 23 в колонну 5 низкого давления,
5Форм, у ла изобретения
1. Способ низкотемпературного разделения воздуха, включающий сжатие, предварительное охлаждение, очистку, окончательное охлаждение и разделение воздуха на два потока, один из которых подают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота, подаваемые на ректификацию при низком давлении, а второй адиабатически рас- ширяют иподают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород, рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потреб- ности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь, о т л и ч a rout и и с я тем, что, с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, отбирают часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной по- требности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении.
2. Установка для низкотемпературного разделения воздуха, содержащая компрес- сор, блок предварительного охлаждения и очистки,, колонну двукратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, колонны низкого давления и расположенного между ними конденсата- pa-испарителя, трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод, соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздуха, установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода, причем трубопровод подачи воздуха на ректифика- цию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер - к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, размещенный на трубопроводе отвода азота из колонны низкого давления и трубопроводе, соединяющем куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие устройства, отличающая с- я тем,, что, с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, установка снабжена дополнительным резервуаром, размещенным на трубопроводе, соединяющем куб колонны высокого давления с колонной низкого давления между кубом и дополнительным теплообменником.
3. Установка по п. 2, о т л и ч а ю ща я - с я тем, что она снабжена аргонной ректификационной колонной, соединенной с колонной низкого давления, а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне.
4. Установка поп. 2, отличающая- с я тем, что резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления.
5. Установка поп. 4, отличающая- с я тем, что резервуар для азота снабжен дополнительным трубопроводом, соединенным с трубопроводом для отвода азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника..
6. Установка по п. 2, о тличающая- с я тем, что трубопровод, соединяющий резервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления, проходит через дополнительный теплообменник.
7. Установка по п. 2, отличающая- с я тем, что резервуар для кислорода снабжен трубопроводом, подключенным перед теплообменником окончательного охлаждения к трубопроводу для отвода газообразного кислорода и колонны низкого давления.
Использование: криогенная техника, в частности способы разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения: воздух разделяют в колонне двухкратной ректификации, причем в колонне высокого давления его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, и фракцию азота, а в колонне низкого давления воздух разделяют на азот и газообразный и жидкий кислород. В случае пониженной потребности в кислороде жидкий кислород отводят из колонны низкого давления в резервуар, из которого в случае повышенной потребности в кислороде вновь отбирается подаваемый в колонну низкого давления кислород. Обогащенную кислородом жидкую фракцию подают в резервуар для сжиженного воздуха, причем в случае повышенной потребности в кислороде хранят, по меньшей мере, часть этой фракции, а при пониженной потребности в кислороде часть этой фракции вновь отбирают и подают в колонну низкого давления. 2 с.п. и 5 з.п.ф-лы 1 ил. (Л С
| В.Роде | |||
| Luftzerlegungsanlage mit Wechselspeicherung fur variable Sauerstofflleferung, Linde-Berichte aus; Ttechnik und Wissenschaft, № 54,1984, c.1820. |
