Способ разделения воздуха Советский патент 1981 года по МПК F25J3/04 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

I

Изобретений относится к низкотемпературному разделению газовых смесей, а точнее - к разделению воздуха методом низкотемпературной ректификации, и наиболее эффективно может быть использовано при совместном производстве технологического (загрязненного) кислорода чистого азота на предприятиях черной металлургии.

Известен способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации при совместной выработке газообразного кислорода и чистого азота, который характеризуется охлаждением и очисткой перерабатываемого воздуха от вымерзающих примесей в процессе регенеративного тепломассообмена с нагреваемыми при этом загрязненным азотом и кислородом, совмещенным с рекуперативным нагревом чистого азота 1 .

Недостатком этого способа является его низкая энергетическая эффективность из-за потерь от недокуперации холода при совместном регенеративно-рекуперационном теплообмене, в 2 - 3 раза превыщающих такие потери при чистом регенеративном теплообмене. Для этого способа характерен также высокий уровень.капитальных затрат из-за

большой стоимости и повышенной трудоемкости изготовления теплообменных аппаратов с насыпной насадкой и встроенными змеевиками (регенераторов-рекуператоров) по сравнению с регенераторами с дисковой насадкой из гофрированной алюминиевой ленты, реализующей чисто регенеративный теплообмен.

Кроме того, нагрев загрязненного азота в процессе совмещенного регенеративнорекуперативного теплообмена с воздухом и чистым азотом вызывает дополнительные энергетические потери из-за повыщенного гидравлического сопротивления насыпной насадки регенераторов-рекуператоров потоку загрязненного азота по сравнению с сопротивлением дисковой насадки регенераторов.

Известен способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации с получением газообразного кислорода и азота, включающий предварительную очистку от примесей первой части перерабатываемого воздуха и последующее ее охлаждение в рекуперативном теплообмене с продукционным кислородом и частью продукционного азота, и охлаждение второй части перерабатываемого воздуха, совмещенное с очисткой от вымерзающих примесей в процессе регенеративного тепломассообмена с остальной,частью продукционного азота.

Этот способ позволяет несколько уменьшить потери от недорекуперации холода 2.

Однако в способе не исключаются потери, вызываемые большим гидравлическим сопротивлением потоку воздуха и азота рекуператоров по сравнению с регенераторами, и, кроме того, способ характеризуется дополнительными энергетическими и капитальными затратами, связанными с осуществлением предварительной очистки от вымерзающих примесей части перерабатываемого воздуха, направляемой для рекуперативного теплообмена с кислородом и частью продукционного азота.

Ц-ель изобретения - снижение энергетических затрат при совместном производстве кислорода, чистого и загрязненного азота.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации с получением газообразных продуктов - кислорода, чистого и загрязненного азота, включающем регенеративный нагрев кислорода и загрязненного азота и рекуперативный нагрев чистого азота при тепломассообмене с перерабатываемым воздухом, рекуперативный нагрев чистого азота ведут при регенеративном нагреве кислорода отдельно от регенеративного нагрева загрязненного азота.

В результате того, что регенеративный нагрев загрязненного азота при прочих равных условиях проходит с меньшим гидравлическим сопротивлением по.сравнению с его регенеративно-рекуперативным нагревом, достигается меньшая величина давления, под которым выходит из разделительного аппарата загрязненный азот, 4то, в свою очередь, определяет меньшие затраты всего процесса разделения. Повышенное гидравлическое сопротивление насадки регенераторов-рекуператоров не является препятствием для вывода из разделительного аппарата газообразного кислорода в связи с тем, что давление в месте вывода потока кислорода превышает давление в месте вывода потока загрязненного азота на величину гидравлического сопротивления, заключенного между ними участка колонны.

На чертеже показана схема установки разделения воздуха для реализации предлагаемого способа.

Сжатый воздух, поступаюший при температуре окружающей среды в воздухоразделительную установку, разделяется на два потока. Первый поток через клапан 1 принудительного действия поступает к регенератору-рекуператору 2, где проходит по насадке, охлаждаясь за счет теплообмена с насадкой до состояния, близкого к насыщению, и очищаясь при этом от вымерзающих

на насадке примесей (паров воды и двуокиси углерода). По насадке другого регенератора-рекуператора 3 в это время проходит в обратном направлении поток газообразного кислорода, нагревающийся при этом

за счет теплообмена с насадкой примерно до температуры окружающей среды и выносящий высадивщиеся на насадке из воздуха в период дутья примеси. По змеевикам, встроенным в регенераторы 2 и 3, непрерывно в обратном направлении проходит чистый

0 газообразный азот. Газообразный кислород выходит из регенератора-рекуператора 3 через клапан 1 принудительного действия и направляется потребителю. Переключение потоков воздуха и кислорода на холодном конце регенераторов-рекуператоров 2 и 3 осуществляется клапанами 4 автоматического действия.

Второй поток воздуха через клапан 1 принудительного действия проходит по регенератору 5, где охлаждается и очищается

0 от двуокиси углерода и паров воды. В обратном направлении по другому регенератору 6 идет загрязненный азот, который нагревается до температуры окружающей среды и выносит из аппарата 6 примеси, вымерзшие на насадке из воздуха в период прямого дутья, и выбрасывает их через клапан 1 принудительного действия в атмосферу. На холодном конце регенераторов 5 и 6 переключение потоков воздуха и загрязненного азота производится клапанами 4 автоQ матического действия.

Незабиваемость регенератора 5 и регенератора-рекуператора 2 обеспечивается отбором из них через клапаны 4 автоматического действия части петлевого воздуха. После очистки от двуокиси углерода в переключающихся абсорберах 7 петлевой воздух смешивается с некоторым количеством воздуха, прошедщего регенератор 5 и регенератор-рекуператор 2, после чего поступает на расщирение с отдачей внещней работы в детандер 8.

Воздух, прошедщий регенератор 5 и регенератор-рекуператор 2, а Также воздух, расщиривщийся в детандере 8, вводится в двухколонный разделительный аппарат 9, где происходит ректификация воздуха с

5 получением кислорода, загрязненного и чистого азота.

Использование предлагаемого способа разделения воздуха обеспечивает по сравнению с существующими способами более низкие энергетические затраты.

Так, например, за счет меныйего гидравлического сопротивления регенераторов по сравнению с регенераторами-рекуператорами при нагреве загрязненного азота только посредством регенеративного теплообмена

энергозатраты на разделение воздуха могут быть снижены на 2%.

Капитальные затраты на разделение воздуха при использовании предлагаемого

способа снижаются по сравнению с известными способами не менее, чем на 5%.

Формула изобретения

Способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации с получением газообразных кислорода, чистого и загрязненного азота, включающий регенеративный нагрев кислорода и загрязненного азота и рекуперативный нагрев чистого азота при тепломассообмене, с перерабатываемым воздухом, отличающийся тем, что, с

1

/ч

И

г

/

целью снижения энергетических затрат, рекуперативный нагрев чистого азота ведут при регенеративном нагреве кислорода отдельно от регенеративного нагрева загрязненного азота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

/

1-

/