Способ разделения воздуха Советский патент 1982 года по МПК F25F3/00 

(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

I

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к разделению воздуха методом низкотемпературной ректификации, и может быть использовано при модернизации действующих и конструировании новых воздухоразделительных установок.

Известен способ разделения воздуха, включающий охлаждение и очистку воздуха в регенераторах при пропускании его через насадку под давлением, в два или более раз превышающим давление газа обратного потока, перепуск части воздуха из опорожняемого регенератора в заполняемый, выпуск оставшейся части воздуха из опорожняемого регенератора, охлаждение и очистку насадки газом обратного потока 1,

Недостатком этого способа является неполная очистка насадки от примесей (паров воды, двуокиси углерода и углеводорода) газом обратного потока. Этот недостаток обусловлен тем, что прохождением по регенератору газа обратного потока из регенератора выпускают оставшуюся часть воздуха, давление которого в процессе опорожнения

регенератора изменяется от 0,6-12 МПа до 0,12-0,15 МПа (давление газа обратного потока) , а массовая скорость в этот период в 2-4 раза превышает массовую скорость газа обратного потока. Это приводит к некачественной очистке насадки от примесей, вносимых за период обратного дутья.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ разделения воздуха низкотемпературной ректификацией, реализуемый в установке с применением трех или более азотных регенераторов и перепуском сжатого воздуха из одаого регенератора в другой в момент их переключения в холодной части регенераторов. Способ включает охлаждение и очистку прямого потока от примесей при прохождении по насадке регенераторов под избыточным давлением, очистку насадки от примесей обратным потоком с давлением, близкий к атмосферному, выравнивание давления в регенераторах и выпуск из регенератора оставшейся части прямого потока 2.

398

Неполное удаление примесей по этому способу объясняется тем, что давление воздуха в регенераторе в конце перепуска уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с давлением таза прямого потока. Это ведет к соответствующему увеличению количества примесей, высаживающихся в этот период из каж.дого килограмма воздуха и приблизительно в 1,25 раза количества примесей, высаживающих на дисках насадки за период прямого дутья.

Целью изобретения является улучшение условий очистки насадки от примесей газом обратного потока, т.е. повышение эффективноти способа и уменьшение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что

вьфавнивание давлений прямого и обратных потоков и вьшуек оставшейся части прямого потока осуществляют одновременно в нескольких точках по высоте регенераторов.

газа прямого потока производят так, чтобы массовые расходы газа через зоны насадки, на которых происходит или может происходить накапливание примесей (например, через зону накапливания двуокиси углерода, которая расположена у холодкого конца регенератора, и зону накапливания Н20, которая находится в средней его части) были либо равны нулю, либо минигу1ально возможными. При такой организации вьшуска из регенератора воздуха насадка в зонах накапливания примесей не охлаждается и количество примесей на ней не изменяется. Все это способствует значительному улуч пению условий незабиваемости насадки двуокисью углерода, углеводородами и отложениями воды.

На чертеже схематически изображена установка для осуществления предложенного способа

Предлагаемый способ разделения воздуха может быть реализован на установке, включающей азотные теплые клапаны 1 и 2 принудительного действия, перепускной теплый клапан принудительного действия 3, воздушные теплые клапаны 4 и 5 принудительного действия, азотные регенераторы 6 и 7, петлевой сбросной холодный клапан 8, петлевые клапаны 9 и 10 принудительного действия, клапан 11 автоматического действия, перепускной холодный клапан 12, газовый адсорбер 13, азотные холодные клапаны 14 и 15 принудительного действия, воздушные клапаны 16 и 17 автоматического действия, и блок 18 низкотемпературной ректификации воздуха.

Разделение воздуха согласно предлагаемому способу выполняется следующим образом.

Воздух прямого потока пропускают через один из кислородных регенераторов и через азотный регенератор 6, азот - через регенератор 7. В регенераторах воздух охлаждают

до рабочих температур и очишают от паров воды, двуокиси углерода и углеводородов, которые конденсируются или вымораживаются на насадке, и направляют в блок 18 низкотемпературной ректификации. Часть воздуха отбирают из середины регенератора при

средней температуре 140160° К, очищают

от СО2 и углеводородов в адсорберах 13, откуда } аправляют в блок 18 ркгктификадии.

В конце ггерио.ги теплого дутья (через 3--4 мин) проводят переключение потоков в регенераторах. Для этого одновременно закрывают клапаны 2 и 4 принудительного действия. Через 0,5-1 с после закрытия клапанов 2 одновре.менно открывают на 0,2-0,5 с клапаны 3.9,10 и 12 на теплом и холодном концах регенератора и в середине aiHiapaia, и перепускают из регенератора 6 в регенератор 7 так, чтобы расход воздуха через зоны насадки, на которых накапливаются отложения , двуокиси углерода и углеводородов, был равен или близок к нулю. /Ьчя этого через перепускной клапан 12 выпускают из регенератора 6 только тот воздух, который находится в свободаых от насадки пространствах на холодном конце регенератора, в трубах и в клапанах, через клапаны 9 и 10 воздух, находящийся в свобояном г ростра){ствс насадки от середины до низа регенератора, а через клапан 3 - остальной воз.цух. Поскольку расход воздуха через насадку равен или Ьлизок к нулю, то диски за период перепуска практически не меняют своей TC.vintpaTyрь и количество примесей, накопившееся на них к концу периода теплого дутья, тоже практически не изменяется. После того как выравнивается давление воздуха в регенераторах 6 и 7, клапаны 3, 10 и 12 закрываю и открывают одновременно клапаны 1. 14 и 9 так, чтобы до включения регенератора на обратный поток расход воздуха через зон насадки, примыкающей к холодному конц} регенератора, был равен или близок к нулю. При необхо.11имости организуют выпуск воздуха и из средней части регенератора через клапаны 9 и 8 так, чтобы в период выпуска и до включения регенератора на обратный поток скорость движения выпускаемого воздуха через насадку, на которой накапливаются отложения льда и инея веды, была равной или близкой к нулю.

Таким образом, в обеих зонах насадки к началу протекания через нее газа обратного потока сохраняется температура и количество примесей, осаждаемых за период теплового дутья на отдельных дисках. Поскольку сублимация этих примесей по предложенному способу происходит только газом обратного

потока, то возможное количество отложений воды и двуокиси углерода, которое может быть вьшесено из насадки за период холодного дутья, увеличивается в 1,3-1,6 раза, «-пентана в 1,7-8 раз. Это позволяет при прочих равных условиях обеспечить очистку насадки газом обратного потока при работе регенератора на пониженном (в 1,3-1,4 раза) давлении газа прямого потока.

По предложенному способу возможен также одновременный выпуск воздуха из опорожняемого генератора, который производят только в период перепуска воздуха из опорожняемого аппарата в заполняемый. Эффективность способа по очистке насадки от примесей повышается примерно на 30% по сравнению с известным способом. Способ может бьгть реализован в действующих воздухоразделительных установках с минимальными капитальными затратами на реконструкцию. Формула изобретения

Способ разделения воздуха, включающий охлаждение и очистку прямого потока воздуха от примесей при прохождении по на- садке регенераторов под избыточным давлени-:ем, очистку насадки от примесей обратным потоком с давлением, близким к атмосферному, выр)авнивание давлений прямого и обратного потоков в параллельно работающих регенераторах, выпуск оставшейся части прямого потока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности

способа путем предотвращения накапливания примесей в нижней части насадки, выравнивание давлений и вьшуск оставшегося прямого потока воздуха осуществляют одновременно в нескольких точках по высоте регенераторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1- Кислород. Справочник, т. 1. Машиностроение, 1967, с. 107.

2. Авторское свидетельство СССР № 190379, кл. F 25 J 5/00, 1967.