УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ГАЗОВ Советский патент 1970 года по МПК F25J3/04 

Изобретение относится к установкам для сжижения газов с применением компрессора, теплообменника-сжижителя и детандера.

Для снижения затрат анергии на сжижение газов в установке применен насос, предназначенный для повышения давления части сжиженного газа и подачи ее в теплообменник-сжижитель для испарения, нагрева и последующего расширения в детандере.

Для получения жидкого кислорода из атмосферного воздуха установка может быть снабжена аппаратом двойной ректификации, в нижнею колонку которого поступает воздух после детандера.

Для вымораживания влаги установка может быть снабжена предварительным теплообменником и для переохлаждения жидкого воздуха перед дросселированием - дополнительным теплообменником.

На фиг. 1 приведена схема описываемой установки; на фиг. 2 - то же, для получения жидкого кислорода.

С целью минимальных энергетических затрат и максимальной разности температур между прямым и обратным воздушными потоками, связанными с минимальной поверхностью теплообмена, сжижение газа необходимо вести при давлении, несколько превышающем критическое. В связи с этим 1 кг воздуха а сжимается компрессором 1 до давления в 50-100 ата и проходит противоточный теплообменник 2, превращаясь в жидкое состояние б. Затем жидкий воздух в количестве х кг отводится как конечный продукт в резервуар 3, а другая часть - (1-х) кг сжимается насосом 4 до 200-300 ата и выше до состояния в. В жидком виде он направляется в теплообменник 2, где из жидкости превращается в газ. Газ нагревается до температуры, близкой к температуре поступающего воздуха а.

Сжатый в насосе и нагретый таким образом воздух высокого давления в состоянии г поступает в расширительную машину - детандер 5, где, расширяясь, производит работу и понижает температуру до близкой к состоянию насыщения воздуха, оставаясь при этом или в несколько перегретом или во влажном состоянии при атмосферном давлении. В таком виде воздух в состоянии д, как и в состоянии в, поступает в противоток сжатому воздуху в компрессоре.

Таким образом, за счет частичного сжатия воздуха в компрессоре и основного сжатия в насосе получается жидкий воздух в количестве х кг в состоянии в, а (1-х) кг является циркулирующей частью.

В частном случае применения жидкостного цикла для получения жидкого кислорода (см. фиг. 2) сжатие воздуха производится в компрессоре I до подкритического давления 80-100 ата в состояние а. Под давлением 80-100 ата воздух проходит предварительный теплообменник 2 в состоянии б, где охлаждается до 15-30°С азотом, отходящим из разделительного аппарата 6 в состоянии е.

Назначение предварительного теплообменника 2 состоит в том, чтобы произвести вымораживание находящихся в воздухе водяных паров. Воздух проходит через теплообменник-сжижитель 7, где превращается в жидкое состояние в. В жидком виде воздух делится на части, одна из которых посредством насоса 4 сжимается до давления 200-300 ата и в состоянии г направляется в теплообменник 7 в противоток газообразному воздуху.

В теплообменнике-сжижителе 7 сжатый насосом воздух снова превращается в газ и при температуре 250-240° К в состоянии д поступает в расширительную машину - детандер 5. Из расширительной машины в состоянии ж, близком к насыщению, при давлении 5,5 ата воздух поступает в нижнюю колонну разделительного аппарата 6.

Другая часть жидкого воздуха из того же состояния в направляется на азотный переохладитель 8, где переохлаждается до состояния ж и в таком виде поступает в разделительный аппарат 6.

В результате разделения воздуха получается жидкий кислород и газообразный азот, который, высвобождаясь, в состоянии е проходит переохладитель 8, сжижитель 7, предварительный теплообменник 2 и выбрасывается в атмосферу.

1. Установка для сжижения газов с применением компрессора, теплообменника-сжижителя и детандера, отличающаяся применением насоса, предназначенного для повышения давления части сжиженного газа и подачи ее в теплообменник-сжижитель для испарения, нагрева и последующего расширения в детандере.

2. Форма выполнения установки по п. 1 для получения жидкого кислорода из атмосферного воздуха, отличающаяся тем, что воздух после детандера поступает в нижнюю колонку аппарата 6 двойной ректификации.

3. В установке по п. 2 применение предварительного теплообменника 2 для вымораживания влаги и теплообменника 8 для переохлаждения жидкого воздуха перед дросселированием.