СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Советский патент 1972 года по МПК F25J3/04 

Изобретение относится к технике низких температур, к способу разделения воздуха методом низкотемперат фной ректификации на кислород и другие компоненты с применением холодильного цикла низкого давления.

Известен способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации, с использованием колонны двойной ректификации, включающий расширение части газа в детандере.

При получении кислорода чистоты выше процесс разделения воздуха затрудняется тем, что в нижней части ректификационной колонны низкого давления происходит накопление аргона, в результате чего процесс разделения в этой части идет практически между кислородом и аргоном, имеющими малую разность температур кипения и, соответственно, малую разницу в летучести.

Для отделения кислорода от аргона в нижней части колонны низкого давления необходим такой паровой поток, который обеспечил бы переход в пар всего избыточного аргона.

Так, например, при получении кислорода чистоты 99,5% флегмовое отношение (отношение потока жидкости к потоку пара) в нижней части колонны низкого давления должно быть при бесконечном числе тарелок не более 1,5, а лри практически допустимом числе тарелок не более 1,43. На воздухоразделительных установках низкого давления потери холода в окружающую среду и потери в результате выдачи части продуктов под давлением определяют расход воздуха на производство холода (детандерный поток) обычно таким, который не позволяет подвести к испарителю кислорода достаточного количества тепла за счет конденсации воздуха, не расширяемого в турбодетандере. Это приводит к тому, что необходимое

флегмовое отношение достигают за счет уменьшения отбора продукционного кислорода.

При этом достигается неполное извлечение кислорода, соответственно, ухудшаются энергетические показатели установки разделения воздуха низкого давления при получении кислорода чистоты более 96-97% и получают аргон с низким коэффициентом его извлечения. Цель изобретения - интенсификация процесса разделения и снижение расхода энергии при получении кислорода чистоты выше 96- 97% и аргона (в случае его получения) путем увеличения потока пара в нижней части ректификационной колонны на участке разделения кислорода и аргона.

Для этого к испарителю кислорода кроме тепла конденсации воздуха подводят часть тепла перегрева детандерного потока после его расширения (под теплом перегрева подотдать детаидериый поток после его расширепня при охлаждении до температуры конденсации). Это тепло в совремеппых установках разделения воздуха, работающих с долей детаидерного потока порядка 6-15% от перерабатываемото воздуха, получается в результате работы детандера па наиболее высоком температурном уровпе, допускаемом тепловым балансом установки, и может достигать суптественпой величины.

При увеличении количества пара в нижней части колонны повышается эффективность процесса разделения, что позволяет при получении кислорода новыше} ной концентрации увеличить его выход, либо увеличить коицентрацию получаемого кислорода без сииження выхода, либо использовать возникший резерв ректификации для выдачи части нродуктов иод давлением. В конечном итоге во всех случаях энергетические показателп установки разделения воздуха улучшаются.

Иа фиг. 1 показана возможная схема узла ректификации установки разделения воздуха с иерегре ом паров кислорода за счет охлаждеЮШ детаидерного потока; на фиг. 2 - схе.ма узла ректификации установки с испарением дополнительного количества кислорода за счет охлаждения детандерного потока.

Воздух при давлении порядка 5-6 ата подают в колонну высокого давления / (см. фиг. 1), в которой он подвергается предварительному разд,елеиию. Из колонны высокого давления кубовая жидкость поступает в середину колонны низкого давления 2 через переохладитель кубовой жидкости 5 и дроссельный вентиль 4. у зотпую флегму, образующуюся в кондеисаторе-иснарителе 5 за счет кипения жидкого кислорода, поступающего из колонны низкого давления, направляют частично на орошение колонны высокого давления и частичио на орошение колонны низкого давления через переохладитель азотной флег.мы 6 и

дроссельный ве 1тнль 7. Переохлаждение кубовой жидкости и азотной флегмы производят за счет подогрева отходящего азота. Жидкий кислород из колонны низкого давления поступает в конденсатор-испаритель, где его испаряют н частично направляют в подогреватель 8, отбирая остальную часть в качестве продукционного кислорода. Перегретые в подогревателе пары кислорода направляют в колонну низкого давления, где они вызывают иснареиие дополнительного количества жидкости и увеличение парового потока, поднимающегося но колонне.

Перегрев наров кислорода в подогревателе 8 осуществляют за счет охлаждения детандерного потока. Благодаря этому обеспечивается перераспределение подводимого к колонне тепла, вследствие чего количество нара в нижней части колонны увеличивается. При этом достигается новышение эффективности процесса разделения воздуха и улучшепие энергетических показателей установки.

Тот же эффект можно получить за счет иснарения дополнительного количества кислорода в исиарителе 9 ири охлаждении в нем детандерного нотока, как это показано на фиг. 2.

Предмет изобретения

Способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации, с использованием колонны двойной ректификации, включающий расп:ирение частн газа в детандере до темнературы, превышающей температуру кипения кислорода при давлении в нижней части ректификационной колонны, отличающийся тем, что, с целью увеличеиия количества пара в нижней части ректификационной ко.тонны, часть кислорода, отводи1мого из нижней части ректификационной колонны, перегревают за счет теплообмена с расширеиным в детандере газом и пары возвращают в колонну.