Устройство для утилизации газов Советский патент 1982 года по МПК C21C5/38 

(5) УСТРОЙСТВО для УТИЛИЗАЦИИ ГАЗОВ

изобретение относится к черной металлургии и может-быть использовано в сталеплавильных кислородно-конвертерных и доменных цехах. Известно устройство для получения кислорода и азота, в состав которого входит компрессор для сжатия разделяемой смеси Til. Недостатком указанного устройства является то, что при утилизации конвертерных газов установку необходимо оборудовать компрессором производительностью ЗЗОООО- ООООО . Причем компрессор должен эксплуатироват ся с переменной нагрузкой, полностью разгружаясь через каждые 10-12 мин и затем вновь нагружаясь на 5-8 мин до максимальной производительности,что значительно уменьшает его КПД, Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности является установка, служащая для осуществления способа выпуска кислорода из воздухо разделительных установок 2. Недостатками указанного устройства являются наличие компрессоров и невозможность обеспечения выдачи СО потребителю с постоянным расходом. Цель изобретения - снижение затрат энергии на очистку и выравнивание расхода содержащейся в конвертерных газах окиси углерода, повышение надежности и снижение сложности устройства, а также уменьшение поступления окиси углерода в ат 4осферу. Указанная цель достигается тем, что установка снабжена испарителемконденсатором окиси углерода азота, который соединен трубопроводами с холодными концами регенераторов и с емкостями }: идкого азота и жидкой СО и теплообменными аппаратами для нагревания продукционной СО, установленными между компрессором для сжатия азота и конденсатором-испарителем продукционной окиси углерода. Для выдачи окиси углерода под давлением между емкостью СО и испорите- , лем-конденсатором продукционно СО установлен насос дли сжатия жидкой СО, что позволяет исключить из схемы громоздкий компрессор. Для получения особо чистого азота устройство снабжено ректификационными колоннами, одна из которых установлена между испарителем-конденсато ром продукционной СО и регенераторами продукционной СО, а другая - между регенераторами и емкостью жидкого азота. С этой же целью регенераторы снабжены змеевиками для непрерывного отбора чистого азота. На чертеже изобра ; ена электрическая схема устройства. Устройство состоит из установленн го над конвертором 1 охладителя 2 га за, соединенного через газоочистку 3 и клапаны и 5 принудительного действия с тягодутьевой установкой 6 и с регенераторами 7, 8 и 9- Регенераторы взаимозаменяемы и работают на всех технологических потоках. Всасывающий трубопровод тягодутье вой установки 6 соединен через клапа ны 10 принудительного действия 10 с регенераторами J, 8 и 9. Холодный ко нец регенераторов соединен с конденсатором 11 окиси углерода, емкостью 12 грязного жидкого азота и через трубодетандер 13 и ректификационную колонну с испарителем 15 жидкой окиси углерода. Кроме этого, между коллекторами холодного азота давлени ем 6 - 20 бар и 1 бар установлен турбодетандер 16, который работает на азоте, проходящем через регенераторы. Средняя часть регенераторов соеди нена с ВХОДНЫМИ патрубками трубодетандеров 13 и 16 через газовый адсор бер. 17 предназначенный для очистки от 00(2 азота давлением 6-20 бар; Конденсатор 11 полостью испарения соединен через регулирующий клапан 18с ёмкостью 12 грязного жидкого аз та. Конденсатор снабжен также регуля тором 19 уровня жидкого азота, сблокированным с клапаном 18. Полость конденсации конденсаторов 11 соединена с емкостью 20 жидкой окиси углерода. Для предотвращения загрязнен.ия поверхности теплообмена конденсатор 11 снабжен в нижней част отмывочными тарелками, на которых производится тонкая очистка газообразной окиси углерода от НпО и C0fj и других примесей. Буферная емкость 20 жидкой окиси углерода соединена через насос 21 с полостью испарения испарителя 15 жидкой продукционной окиси углерода. Верхняя масть этой полости по газу соединена с подогревателями 22и 23, предназначенными для нагрева продукционной окиси углерода. Эти подогреватели как и регенераторы 7, 8и 9 взаимозаменяемы и периодически .работают то на одном, то на другом :потоке. Средняя часть подогревателей 122 и 23 соединена с турбодетандерами ;13 и 16 через газофазовые адсорберы , аналогичные адсорберам 17. : Теплый конец подогревателей 22 и 23через переключающиеся клапаны соединены с коллектором 25 продукционной СО и с коллектором 26 азота высокого давления, который, в свою очередь, через клапаны 27 соединен с теплыми концами регенераторов. Коллектор 26 азота соединен с Hai- нетательным патрубком компрессора 28. Устройство снабжено также емкостью 29 для накапливания и хранения чистоГО жидкого азота, которая соединена через дроссельный вентиль 30 с полостью конденсации испарителя 15 продукционной окиси углерода. Испаритель 15 и конденсатор 11 для удаления из полостей конденсации инертных газов соединены с емкостью 12 грязного азота соответственно через вентили 31 и 32. Через клапаны 33 теплые концы регенераторов соединены с атмосферой. Кроме того, верхняя часть колонны 1 соединена с подогревателями чистого газообразного азота, изготовленны и в виде змеевиков, встроенных в нагреватели 22 и 23. Ректификационная колонна З азота низкого давления соединена с выходным патрубком турбодетандера 16. Пример. В начале продувки конвертера кислородом газы с малым содержанием окиси углерода поступают в охладитель 2, где дожигаются вследствие подсоса воздуха в зазор между горловиной конвертера и охладителем. После охлаждения газы очищаются от пыли в газоочистке 3 и поступают через клапан 5, тягодутьевую установку 6 на свечу. При этом клапаны и 33 закрыты. После окончания периода работы конвертера с дожигание зазор, через который поступает воздух, герметизируется, закрываются клапаны 5 и 33 и открываются клапаны и 10. Через клапан конвертерный газ пос 59088 тупает в один из регенераторов 7, 8 и 9. Конвертерный газ проходит через регенератор 7, где охлаждается до температуры 80 - 85 К с одновременной тонкой очисткой от паров воды, двуокиси углерода и других примесей.Примеси вымораживаются или конденсируются на насадке. Из регенераторов окись углерода с небольшим содержанием азота поступает в конденсатор 11, в ниж- ю ней части которого расположены отмыв ные тарелки. Из конденсатора 11 полу ченная жидкая окись углерода сливает ся в буферную емкость 20. Конденсация окиси углерода в конденсаторе 11 производится за счет испарения жидко го аз-ота в межтрубном пространстве. Образовавшийся в конденсаторе газообразный азот поступает в регенера тор 8 обратным потоком, выносит с насадки примеси СОл и НпО и охлаждает насадку до рабочих температур. Из регенератора 8 азот, загрязненный примесями COri и , через клапаны -10 и тягодутьевую установку 6 выбрасывается в атмосферу через свечу. В конце продувки конвертерный газ вновь после начала дожигания выбрасы вают в атмосферу через свечу. Для обеспечения незабиваемости регенераторов льдом пропускают отбро ный азот прямого потока, сжатый комп рессором до 6 - 20 бар. Для уменьшения разности температур на холодном конце регенераторов часть азота под давлением 6-20 бар Отбрасывается из середины регенерато ров, очищается от двуокиси углерода в одном из двух попеременно-работающих газофазовых адсорберов 17, после чего смешивается с основным потоком, прошедшим через весь регенератор, и направляется в турбодетандеры 16,где расширяется до давления 0,8-1,0 бар с отбором внешней работы и направляется через регенератор 8 обратным потоком. При работе устройства, в режиме с получением больших количеств чистого азота, грязный азот расширяется в турбодетандерах 16 до давления 1,31,6 бар и направляется для очистки от аргона и кислорода в отмывочную колонну 3, где газ доводится до концентрации 99,999% и выше, после чего «О - 70 этого газа конденсируют и частично в виде жидкости сливают в емкость 29 чистого азота, а большей частью используют для разделения в 5 66 ;колонне З. Азот из колонны 3 отбирается в змеевики нагревателей товарной окиси углерода и далее подается потребителям. Благодаря соединению входных патрубков турбодетандеров 16 с входными патрубками турбодетандеров 13, а через клапаны и с регенераторами 7, 8 и 9 и нагревателями 22 и 23 имеется возможность перераспредепения азота под давлением 6-20 бар. .в турбодетандер 13 поступает азот из нагревателей 22 и 23 и расширяется в нем до давления, необходимого для испарения товарной окиси углерода. С целью увеличения количества вырабатываемого чистого азота грязный азот из турбодетандеров 13 также направляется в колонну k для отмывки, где он очищается от оставшихся в нем примесей. Чистый азот большей частью (50 - 70) конденсируется, в испарителе 15 товарной окиси углерода и возвращается в колонну k в виде флегмы, часть полученной жидкости сливается в емкость 29 чистого азота, а газ отбирается на змеевики нагревателей 22 и 23 и далее направляется потребителям. Флегма в колонне 14 обогащается кислородом и дросселируется из этой колонны в секцию испарения конденсатора колонны З, где частично испаряется, а оставшийся жидкий азот из конденсатора колонны 3 направляется в регенераторы 7, 8 и 9. В конце продувки конвертера с малым содержанием окиси углерода дожигаются. При этом клапаны 4 и 33 закрыты,а клапан 5 открыт. За несколько мИнут до начала новой продувки конвертера регенераторы переключаются и подготавливаются к следующему циклу. Для испарения жидкой СО в испарителе 15 и обеспечения самоочистки регенераторов от примесей, компенсации холодопотерь и получения СО в жидком ;виде из кислородной станции завода отбирается часть отбросного азота, сжимается компрессором 28 до 6-20 бар и поступает в коллектор 26. Предлагаемое устройство позволяет получить товарную окись углерода и равномерно выдавать ее потребителям в жидком и газообразном виде. Кроме того, устройство обеспечивает получение и выдачу потребителям особо чистого азота в газообразном и жидком виде. 79 Ожидаемый экономический эффект составит 18,1 млн.руб. в год. Формула изобретения 1. Устройство для утилизации газов кислородно-конверторного производства, включающее компрессор для сжатия азота, регенераторы для дения и очистки азота и конверторных газов, конденсатор-испаритель очищен ной окиси углерода и емкости для хра нения окиси углерода и азота в жидком виде, отличающееся тем, что, с целью снижения затрат энергии на очистку и выравнивание ра хода окиси углерода, повышения надеж ности, снижения стоимости и сложности устройства, между регенераторами для охлаждения и Очистки окиси углероде и емкостями с жидким азотом и жидкой окисью углерода, установлен испаритель-конденсатор продукционной окиси углерода, соединенный с теплообменными аппаратами продукционной окиси углерода, которыми снабжено устройство и которые установлены между компрессором для сжатия азота и испарителем-конденсатором продукционной СО. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, с целью получения особо чистого азота, оно снабжено ректификационными колоннами, одна из которых установлена между испарителем продукционной окиси углерода и теплообменными аппаратами для ее нагревания, а другая - между регенераторами и емкостью жидкого азота. 3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, с целью получения окиси углерода под давлением, между емкостью с окисью углерода и испарителем продукционной окиси углерода установлен насос. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 159550, кл. F 25 j 1/00, 196. 2.Авторское свидетельство СССР W 777372, кл. F 25 j З/О, 1978.