Способ разделения воздуха

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) S U (ill (51) 4 F 25 Г 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3536065/23-26 (22) 01 ° 12.82 (46) 23.02.86. Бюл. Н 7 (» ) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт холодильной промьппленности (72) Л.А.Акулов, С.С.Будневич, Е.И.Борзенко, В.Н.Новотельнов и Ю.A.Ñàâ÷åíêî (53) 621.59{088.8) (56) Патент США 119 3827247, кл. 62-52, 1974.

Глизманенко Д.Л. Кислород. Справочник, т. 11.М.: Металлургия, 1973, с. 14. (54)(57) ). СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУлА, включающий сжатие воздуха, его охлаждение, разделение потока воздуха на прямой и петлевой потоки, охлаждение петлевого потока, совместную подачу потоков на разделение, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени извлечения технологического кислорода, пет-, левой поток дополнителвно охлаждают с помощью внешнего источника охлаждения, в качестве которого преимущественно используют жидкую окись углерода.

2, Способ по п.l, о т л и ч а ю — . шийся тем, что, с целью получения в жидком виде технического кислорода и чистого азота, их охлаждают Ж жидкой окисью углерода.

1213323

Изобретение относится к низкотемпературной технике разделения возду- ха и связано с водородной энергетикой и утилизацией холода регазифицируемых жидких криопродуктов.

При получении газообразного водорода методом газификации твердого топлива одновременно с водородом получают окись углерода. Эти два компонента являются основными составляющими получаемой газовой смеси. Выделенные из этой смеси водород и окись углерода ожижаются на месте получения и транспортируются в жидком виде по криоэнергопродуктопроводу в район потребления. Перед использованием окиси углерода в местах потребления возникает проблема утилизации холода аккумулированного в жидкой окиси углерода наиболее эффективным путем.

Одним из таких путей может явиться использование холода, регазифицируемой жидкой окиси углерода, для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде.

Цель изобретения — увеличение степени извлечения технологического кислорода и получение в жидком виде технического кислорода и чистого азота.

На чертеже показана принципиальная схема воздухораэделительной ус"

>."ановки, в которой реализуется предлагаемый способ разделения воздуха.

Установка содержит воздушный турбокомпрессор 1, кислородные 2 и азотные 3 регенераторы, теплообменник 4 петлевого потока воздуха, расположенный в дополнительном криогенном блоке, переохладитель-подогреватель

5 азота, ректификационные колонны высокого 6 давления и низкого 7 давления, конденсатор-испаритель 8,, колонну 9 чистого азота, теплообменники технического 10 кислорода и чистого ll азота, газодувки 12 и 13, теплообменник 14 окиси углерода, теплообменник 15 технического кислорода, теплообменник l6 чистого азота, геплообменник 17 и турбодетандер 18, Способ осуществляют следующим образом.

Атмосферный воздух сжимают в турбокомпрессоре 1 до давления -0,65 MIa и охлаждают в регенераторах 2 и 3 до состояния, близкого к насьпцению. Одновременно с охлаждением в регенераторах 2.и 3 воздух

>0

50 очищается от содержащихся в нем примесей Н О и СО, которые вымерзают на насадке регенератора. Из азотных регенераторов 3, незабиваемость которых в отношении СО обеспечивает2 ся по методу тройного дутья, отво,цится иетлевой поток воздуха, который поступает в теплообменник 4 петлевого потока, расположенньй в дополнительном криогенном блоке. В этом теплообменнике "петлевой" поток воздуха охлаждается и частично конденсируется за счет регаэификации жидкой окиси углерода СО и подогрева ее до 150-155 К. Далее петлевой поток смешивают с остальным потоком воздуха, прошедшим через регенераторы, и подают на разделе.— ние в колонну 6 ° Разделение воздуха осуществляют методом двухкратной ректификации с использованием колонны 6 высокого давления" (P = 0,6 МПа ), колонны 7 низкого давления (Р = 0,12-0,15 МПа) и конденсатора-испарителя 8. Небольшое количество чистого газообразного азота 1 получают в дополнительной колонне 9. Поток технопогического кисло рода О с концентрацией 95% 0 из колоний 7 направляют в кислородные регенераторы. Технический 0,. содержащий 99,5 % 0, и чистый газообразный Nz (99,98% Н z) подогревают до температуры, близкой к температуре окружающей среды, соответственно в теплообменниках 10 и ll, Поток технического 0 после дополнительного поджатия в гаэодувке 13 охлаждают и конденсируют в теплообменниках 14

1С и 5, Для охлаждения и конденсации чистого азота и технического О ис2 пользуют холод регазифицируемой жидкой СО, которую подают в установку при Р = 0,16 МПа. Поток окиси углерода, регаэифицированный в теплообменнике 4, подают затем в среднюю часть теплообменника 15 и подогревают после смешения с вторым потоком окиси углерода до температуры, близкой к температуре окружающей среды. После теплообменника 14 эти потоки смешивают с потоком окиси углерода, выходящим из теплообменника 16, и направляют потребителю.

Работа установки низкого давления, реализующей предлагаемый способ, может осуществляться в различных режимах.

121ЗЗ2З

При подаче регазифицируемой СО в ! теплообменники 4 и 15 технический

О получают в жидком виде, а остальные продукты разделения воздуха технологический О и чистый И вЂ” в газообразном.

В случае подачи потока регазифицируемой СО в теплообменники 4,15 и 16 наряду с жидким техническим О в жидком виде отводят и чистый N, При отключении узла регазификации жидкой СО, включающего теплообменники 4,14, 15 и 16, петлевой поток воздуха направляют в теплообменник 17, где он подогревает детандерный поток воздуха, который отбирают из нижней части колонны 6 и после теплообменника 17 расширяют до P — 0,13-0,15 МПа в турбодетандере 18, Пример 1. Атмосферный воздух сжимают в турбокомпрессоре 1 до давления 0,65 ЬЕа и направляют на охлаждение, осушку и очистку от СО в кислородные 2 и азотные 3 регенераторы. Незабиваемость азотных регенераторов в отношении СО обеспечивают путем их работы по схеме тройного дутья. Петлевой поток воздуха отводят из середины азотных регенераторов в количестве около 11 Ж от всего объема перерабатываемого воздуха при 160 К и направляют в теплообменник 4, где его охлаждают и частично конденсируют (степень сухости

x 0,97), используя холод регазифицируемой жидкой СО, которую подают в него в качестве обратного потока в количестве 0,0304 моль при

= 0,16 MIIa и 86 К.

Воздух, выходящий иэ теплообменника 4 смешивают с остальной частью воздуха, прошедшего регенераторы, и весь поток перерабатываемого воздуха подают на предварительное разделение в колонну 6 высокого давления.

Незначительное количество воздуха после регенераторов направляют в переохладитель-подогреватель 5 для регулирования температуры азота, поступающего в азотные регенераторы.

Полученные в колонне 6 потоки кубовой жидкости и азотной фпегмы, после прохождения через переохладитель 5 дросселируют до P = 0,13—

0,15 MIIa и направляют в колонну 7 низкого давления.

В результате разделения из колонны 7 отводят технологический кислоS

35 род чистотой 95 О в количестве

0,1565 моль и из конденсатора-испарителя 8 — технический кислород чистотой 99,57. О в количестве

0,057 моль. При этом содержание кислорода в отбросном азоте не превышает 0 5 7 О . Незначительное. количество чистого газообразного К (0,00814 моль) под давлением около

0,5 MITà и чистотой 99,98X N отводят из азотной колонны 9. Потоки чистого N и технического О подогревают в теплообменниках 10 и 11 до температуры, близкой к температуре окружающей среды, охлаждая поток воздуха сквозной .петли, отводимой из азотных регенераторов, который перед теплообменниками дополнитель- . но поджимают до Р = 0,65 МПа с помощью газодувки 12.

В режиме получения газообразногО чистого ", поток азота отводят потребителю после теплообменника 11, Поток технического О после теплообг менника 10 подхммают газодувкой 13 до I = 0,12-0,13 МПа, последовательно охлаждают и конденсируют в теплообменниках 14 и 15. Отводимый из теплообменника 15 жидкий технический

О направляют потребителю. Для конденсации О в теплообменник 15 при

= 0,16 Mila подают 0,066 моль жидкой окиси углерода. После ее испарения к ней в средней части теплообменника 15 присоединяют поток СО, выводимый иэ теплообменника 4. Регазификацированный поток окиси углеро.. да после теплообменника 14 направля. ют потребителю.!

Пример 2. Направление движения потоков в основном криогенном блоке, их параметры и количества остаются теми же, что в примере l.

В отличие от предыдущего примера в этом случае наряду с жидким техническим 0 получают жидкий чистый азот N . Из теплообменника 11 газЖ образный чистый азот в количестве

0,00814 моль подают в теплообменник

16, где охлаждают, конденсируют и направляют потребителю. Для этого в теплообменник 16 подают поток жидкой окиси углерода 0,00862 .моль при

Р = 0,16 МПа, который регаэифицируют и подогревают до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Выходящий из теплообменника .16 регазифицированный поток СО за