Способ разделения воздуха Советский патент 1982 года по МПК F25J3/04 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

1

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к способам разделения воздуха путем низкотемпературной ректификации, и может -быть использовано для одновременного получения азота высокой чистоты и технического кислорода.

Известен способ разделения воздуха, включающий предварительное охлаждение воздуха, адсорбционную очистку от влаги, углекислоты и углеводородов, охлаждение, расширение в турбодетандере не менее воздуха от давления 0,15-0,2 МПа и разделение воздуха в аппарате однократной ректификации, отбор циркуляционного азота, сдатие и конденсацию его и подачу в аппарат в качестве азотной флегмы 1.

Достоинство этого способа - дешевый узел ректификации (одноколонный процесс). Недостатки способа - малое количество чистых продуктов разделения 2f)-4(У/о; высокий удельный расход электроэнергии 1,2 кВт ч на 1 шт., жидкого кислорода для достаточно крупных агрегатов.

Относительно небольшое количество чистых продуктов объясняется низким давлением перерабатываемого воздуха, что приводит к относительно небольшой холодопроизводительности турбодетандера, а высокий удельный расход электроэнергии на производство жидкости - неэффективностью цикла охлаждения на азоте.

Целью изобретения является увеличение 5 выхода чистых продуктов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу разделения воздуха, включающему предварительное его охлаждение, адсорбционную очистку от влаги, углекислоты и углеводородов, охлаждение, расширение в турбодетандере на менее 80% воздуха от давления 0,15-0,2 МПа и разделение воздуха в аппарате однократной ректификации, отбор циркуляционного азота, сжатие и конденсацию его и подачу в аппарат в качестве фдегмы, воздух перед охлаждением сжимают до давления 5-9 МПа и циркуляционный азот сжимают до давления 0,5-0,7 МПа.

Процесс разделения осуществляют в одноколонном ректификационном аппарате, при этом количество циркуляционного азота составляет 50-130 /о от количества перерабатываемого воздуха.

На чертеже приведена схема установки, реализующей предлагаемый способ разделения воздуха с одновременным производством жидких и газообразных азота высокой чистоты и газообразного технического кислорода.

Указанная схема включает теплообменник-ожижитель I, блок 2 очистки воздуха, фреоновый теплообменник 3, основной теплообменник 4, турбодетандер 5, дроссельный воздушный вентиль 6, конденсатор-испаритель 7, ректификационную колонну 8, переохладитель 9, дроссельный азотный вентиль 10, циркуляционный теплообменник 11, азотный компрессор 12, трубопроводы 13-16 для выдачи соответственно газообразного продукционного азота, аргонной фракции, газообразного кислорода и жидкого кислорода.

Способ осуществляется следующим образом.

Сжатый до давления 5-9 МПа воздух направляют На охлаждение в теплообменник-ожижитель 1, затем очищают от влаги, углекислоты и углеводородов в блоке 2 очистки воздуха. Очищенный воздух охлаждают последовательно в верхней части основного теплообменника 4, в фреоновом теплообменнике 3 и в нижней части основного теплообменника 4. Затем большую часть воздуха (80-90%) расширяют в турбодетандере 5 до давления 0,15-0,2 МПа, остальной поток расширяют в дроссельном вентиле б и, смещав с потоком воздуха после турбодетандера, направляют в среднюю часть ректификационной колонны 8. Жидкий продукционный кислород отбирают из межтрубного пространства конденсатораиспарителя 7 и, охладив в переохладителе 9, через трубопровод 16, выдают потребителю. Азот из ректификационной колонны 8 пропускают через переохладитель 9 и делят На два потока. Большую часть азота последовательно нагревают в основном теплообменнике 4 и теплообменнике-ожижителе 1, осталг ную часть - в циркуляционном теплообменнике 11. Затем весь поток азота ежи.адают в азотном компрессоре 12 до давления 0,5-0,7 МПа и делят на два потока: одну часть (продукционный азот) через трубопровод 13 выдают потребителю, а другую часть (циркуляционный азот), количество которой составляет 85% от перерабатываемого воздуха, направляют на охлажден|1е в циркуляционный теплообменник 11, затем конденсируют в трубном пространстве конденсатора-испарителя 7, охлаждают в переохладителе 9 и после расширения в дроссельном вентиле 10 до давления 0,15- 0,2 МПа подают йа верхнюю тарелку ректификационной колонны в качестве флегмы. Для обеспечения возможности одновременного получения двух чистых продуктов из ректификационной колонны 8 отбирают аргонную фракцию, которую после подогрева в циркуляционном теплообменнике- 11 через трубопровод 14 выбрасывают а атмосферу, либо используют для регенерации блока 2 очистки. Схемой предусматривается возможность производства газообразного технического кислорода, отбираемого из ректификационной колонны 8.

После нагрева в циркуляционном теплообменнике 11 газообразный кислород по трубопроводу 15 направляют потребителю.

Предлагаемый способ позволит увеличить выход чистых продуктов разделения в 2- 3 раза и снизить удельный расход электроэнергии примерно на 20% за счет увеличения степени расширения в воздушном турбодетандере и уменьшения степени сжатия циркуляционного, азота.

Преимущество предлагаемого способа перед известным состоит в том, что значительно снижается стоимость компрессора для сжатия воздуха, снижается металлоемкость цеолитового блока очистки и узла теплообмена (за счет применения труб меньщей олщины) удещевляется арматура и повышается надежность установки, так как сжатие воздуха осуществляют до более низкого давления, упрощается блок разделения за счет применения разделительной колонны однократной ректификации, существенно снижаются удельные затраты электроэнергии на производство продуктов разделения.

Формула изобретения

Способ разделения воздуха, включающий предварительное его охлаждение, адсорбционную очистку от влаги, углекислоты и углеводородов, охлаждение, расширение в турбодетандере не менее воздуха от давления 0,15-0,2 МПа и разделение воздуха в аппарате однократной ректификации, отбор циркуляционного азота, сжатие и конденсацию его и подачу в аппарат в качестве азотной флегмы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода чистых продуктов, воздух перед охлаждением сжимают до давления 5-9 МПа и циркуляционный азот сжимают до давления 0,5-0,7 МПа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 129211, кл. F 25 J 3/04, 1959.

15

N

//

Л

/16

v

/7