Способ получения холода

 

Использование: получение холода. Сущность изобретения: получение жидкого кислорода и азота без изменения температурного режима теплообменников (16, 17, 18) основного цикла, что достигается путем смешения доли рециркуляционного потока после расширения во 2-й ступени турбодетандера и компенсационного потока после ректификации отбором части рециркуляционного потока после сжатия, расширением его до давления азотной фракции после ректификации , последующим охлаждением и смешением с рециркуляционным потоком после расширения в 1-й ступени хурбодетандера. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБЛик пm 5Uаи 1 74781 3 А1

ГОСУДАРСТВЕНЙЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАЙЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

"..Т 10ЗЯ..1 ъК ;;;, 57:, " фб и

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1.. :: ..:. -;.;. ".":-":, ::::;":, "-:--:: : ;. 2 ,, (21) 4496730/06:::::;:: . :.;::::::лорода и азота без изменения температур. (22) 21.10.88 : -,-: : ";:. - .::::.:;:: .:::::::, :-:::;:::;; ного режима теплообменников (16; 17, 18) (46) 15.07.92. Бюл. Ь 26: -., -.,.:..:;:::.::::::.. .- ::основного цикла, что достигается путем (71) Балашихинское научйо- проиэводствен-" . смешения"доли рециркуляционного потока ное объединение криогенного машиностро-": -после расширения во 2-й ступени турбодеения им,40-летия Октября . "::;-..::::-: - :::.":тандера и комйенсационного потока после (72) В. В, Гомозов, В, А. Гарин, Н. В..Филин, - ректификации отбором части рециркуляциB. M. Лавров. В. Т. Гудилин и B. И. Зотов;:: " ..онйого"потока после сжатия, расширением (53) 621.57(088.8) -. .,-.. -:, -::::;:::-:-;."::.-:.;,::его до давления азотной фракции после рек(56) Каталог фирмы "Мессер Грисхейм", тификации, последующим охлажденйем и

1976.. ..:.. ., ;: : :.;, :-:;-:смешением с рециркуляционным потоком (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА ":::.:::: после расширения в 1-й ступени.турбоде(57) Использование: получение холода. Сущ- " ." тандера. 1 ил. ность изобретения: получение жидкого кисI

Ф

Изобретение касается-разделения газо- циркуляционного азотного цикла является вых смесей методом ниэкотемпературной нерациональной, а его работе неэффектив. ректификации. .- ... . : . : .: . ной, вследствие больших потерь от необра-:

Иэвестен способ получения холода; осу- -тимости процессов в теплообменниках, .: . ществленный в установке БР-1Ж, предназ- " . Из йзвестныхспосооов разделейия войдуначенной для получения жидкого-кислорода:: ха наиболее близким к предлагаемому явля-,: ф,, наряду с основнымт родуктом - технологи- ется способ разделения воздуха, с ческим кислородом, по которому происхо- . реализованный в установке фирмы Мессер, 00, дит предварительное разделения воздуха : Грисхейм, в котором проводят ректификана азотную и кислородную фракции, Часть . цию воздуха с получением азотйой и кислопотока азота после окончательного разделе-..".:.- родной фракций:, путем .создания ния воздуха смешивается с рециркулирую- "" : рециркуляционного потока, который дополщим потоком азота и сжимается до 30 атм. - " нительно сжимают, охлаждают и делят на

Необходимая холодопроизводительность :. две частй, первую рециркуляцйонную часть,. „,..э обеспечивается за счет работы турбодетан- расширяют в 1-й ступени турбодетандера, деровна пОтоке воэдухаосновногоциклаи - смешивают с. газообразной азотной фракна потоке части азота, сжатого до 30 атм, цией йосле ожижения и дросселирования перед входом в основной теплообмейник второй рециркуляционнойчастиисаэотной дополнительного цикла.-- ..:.. "-.:.:: ., фракцией после ректификациии расширяют

Недостаток данного способа разделе- " во 2-й ступени турбодетандера до давления, ния газовых смесей с получением части жид-: близкого к атмосферному, повторно нагреких продуктов состоит в том, что схема вают засчетдальнейшего охлаждения и ча-.

1747813 стичного ожижения второй рециркуляцион- рециркуляционного продукта, последующенойчастии йослеЪодогревадоположитель- го его с>катйя, охлаждения, разделения на ных тем" åðàòóð направляют на сжатие,:; причем первую часть потока расперед подогревом отделяют долю первой ширяют в 1-й ступени турбодетандера, а рециркуляционной части потока — циркуля- 5 вторую его часть дросселируют с получениционную, подогревают ее за счет охлажде- ем жидкой и газообразной фракций, последния воздуха и возвращают обратно HB нюю смешивают с азотной фракцйей после смешение с 1-й частью потока, вторую же ректйфйкации и с расширенной первой час часть рециркуляциоНного потока после час- тью, расшйряют во второй ступени турбодетичного ожижения дросселируют и подаюг 10 тандера, найравляют на теплообмен с жидкую фракцию на ректификацию, отбира- первой частью потока перед дросселировают компенсационный поток газообразной нием и разделяют на две ветви, первую азотной фракции после ректификации, сме- ветвь направляют на теплообмен с первой шивают его с первой частью рециркуляци- частью потока и смешивают со второй ветoHHoto потока и направляют на сжатие. 15 вью после теплообмена последней с газообВ этом способе процесс разделения .разными продуктами разделения и воздуха проводят в колонне двукратной направляюг на сжатие, а жидкую фракцию ректификации. В колонне средйего даesie- - подают на ректйфикацию с образованием ния воздух разделяется на азотную (гряз-" азообразйого компенсационного потока и ную и чистую) и кислородную фракции. 20 смешивают с второй ветвью передтеплообЧистый газообразный азот отбирается из . меном,рециркуляционныйпотокпослесжаверхней части колонны среднего давления тия разделяют на две линии, вторую линию и ожижается в конденсаторе в нижней части потока расширяют, направляют на теплообколонны низкого давления стекающим жид- мен с первой ветвью и первой частью потока кйм кислородом. ".. 25 и смешивают с газообразной фракцией и с

Ожиженныйчистыйазотчастичйо выво- азотной фракцией после ректификации педится из установки как продукт. Жидкий ред смеаеййем с расширенной первой кислород выводится из нижней части колон- частью потока. ны низкого давления через адсорбционный На чертеже приведена схема устайовки, фильтр и в качестве продукта подается по- 30 реализующая предлагаемый способ, " требителю..:..:; Установка для реализации йредложенПотребность в холоде для получения ного способа состоит из компрессора для жидких продуктов покрывает холодильный сжатия воздуха 1; предварительного тепло цикл, состоящий из компрессора, двух рас- обменника 2, основного теплообменника 3, ширительных турбий и нескольких теплооб- 35 блока очистки воздуха 4, ректификационной . менников. Хладагентом служит колонны среднего давления=5, ректификаэагрязненный азот, который после расши-- ционной колонны низкого давления 6, осрения с отдачей внешней работь| возвраща- новного конденсатора-испарителя 7, ется обратно в комйрессор.. . переохладителя азотной флегмы 8, переохНедостаток этого способа заключается 40 ладителя кубовой жидкости 9, ректификацив "том, что холодопроизводительность тур- анной колонны сырого аргона 10, бодетандеров является недостаточйой для конденсатора колонны сырого аргона 11, получения кислорода йолность о в" жидком . турбокомпрессора для сжатия азота 12, довиде.;;..:: ..:::,:.:. .-: -...:. ": -:. -.:.:,. полнительного турбодетандера 13; 1-й стуДругим недостаткомявляется введение 45 пени основного турбодетандера 14; 2-й в холодильный цикл при -50 С холода от ступени основного турбодетандера 15, теппостороннего" источйика азотистоводород- лообменника 16, теплообменника 17, теплоной кйслоты;для улучшения энергетйческо- обменника 18, теплообменника 19, ro баланса (ввиду недостаточной теплообменника 20, отделителя жидкости холодопроизводительйости турбодетанде- 50 21, адсорбера жидкого кислорода 22, храниров). .::: . -"::, :,:. : ..:.:; " :. лища для слива жидкого кислорода 23, храЦелью изобре1еФия,являешься устране- - нилища для слива жидкого азота 24. ние йеречисленных недостатков, а именнб-.. Предлагаемый способ осуществляют увеличение производства жидких продук- . — следующйм образом. тов разделеййя.: .:, - ..: . ::„. 55 Сжатый в компрессоре 1 воздух направУказанная цель достигается тем, что ляют в предварительный теплообменник 2, проводят охлаждение воздуха газообразны-" где он охлаждается до +5 — 3, а затем науй продуктами разделения, низкотемпера- " правляется в блок очистки.4, где он очищатурную ректификацию с получением ется от примесей (паров воды, двуокиси азотной и кислородной фракций, здание углерода и углеводородов), после чего его

1747813, подают на охлаждение в основной теплооб- стки 4, где очищается от примесей (паров менник 3, а затем в ректификационную ко- воды, двуокиси углерода.и углеводородов) и лонну среднего давления 5. В колонне 5 при температуре 278 К поступает на охлажвоздух разделяют методом низкотемпера- дение в основной теплообменник 3, а затем, турной ректификации на азотную и кисло- 5 в ректификационную колонну среднего давродную фракции. Часть азотной фракции лейия 5 при температуре 101 К и давлении направляют в дополнительный циркуляци- 0,555 мпа. В колонне 5 воздух разделяют онный цикл(контур "а"). - методом низкотемпературной ректификэОбратный поток азота после оконча- . ций на азотную(7400 нм /ч) и кислородную тельногоразделения вколонненизкогодав- 10 (15950 нм /ч) фракции. Из верхней части з ления 6 подогревается в переохладителях ректификационной колонны получают чисазотной флегмы 8 и. кубовой жидкости 9 и тый жидкий азот в.количестве 6670 нмэ/ч. направляется в основной и предваритель- Обратный поток азота после окончаный теплообменники 3 и 2; где нагревается тельного разделения в колонне низкого дэвдо положительных температур. Азот после 15 ления 6 подогревается ы переохлэдителях выхода из переохладителя кубовой жидко- азотной флегмы 8 и кубовой жидкости 9 и сти 9 смешивается с циркуляционным пото- при давлении 0,13 мпа и температуре 96,5-К ком после подогрева до положительных направляется в основной и предварительтемператур, часть потока возвращается об- . ный теплообменники 3 и 2, где нагревается ратно в цикл и смешивается с обратным 20 до 300 К. После выхода иэ переохладителя

: потоком азота на входе в турбокомпрессор, кубовой жидкости азот при температуре Т =.

12. После сжатия в турбокомпрессоре мень- 96 К и давлении P = 0,13 мпа смешивается с шая часть потока направляется в турбоде- циркуляционным потоком и после подогретандер 13. Большая часть основного потока ва до температуры Т = 300 К часть, потока в охлаждается в теплообменнике 16 и разде- 25 количестве 6700 нм /с возвращается обратэ . ляется на два потока: основная, большая . но в цикл и смешивается с обратным пото.часть охлаждается и ожижается в теплооб- ком азота нэ входе в турбодетандер 14, менниках 17, 18, 19; 20, меньшая часть рас- После сжатия в турбокомпрессоре до давлеширяется в 1-й ступени 14 основного ния P = 3,0 арпа часть потока в количестве турбодетандера.. -: -30 17900 нм /ч направляется в турбодетандер

После расширения втурбодетэндере13 j5 и расширяется до давления 0,56 мпа, поток охлаждается в теплообменнике 17 и Другая большая часть основного потока .смешивается с потоком после 1-й ступени.. в количестве 44300 нм /ч охлаждается в з турбодетандера на входе во 2-ю ступень теплообменнике 16 до температуры 210 К и расширения 15, расширяется до низкого 35 разделяется на две l101uKB; один из которых давления, затем направляется в теплооб- в колйчестве 25700нм /ч охлаждается и чаз менники на охлаждение и ожижение основ- . стично ожижэется в теплообменниках 17, ного потока. 18, 19, 20 при давлении P = 3;0 мпа, другой

Жидкий азот из дополнительного цир-; поток в-количестве 18600 нм /ч расширяет-. куляционного цикла дросселируется в отде- 40 ся в 1-й ступени 16 основного турбодетанделитель жидкости 21, газообразная фракция: ра до давления 0,56 мпа. После расширения из которого направляется обратно в допол-. в турбодетандере 13 до температуры 210 К нительный циркуляционный цикл, а жидкая поток охлаждается в теплообменнике 17 до фракция после переохладителя 8 направля- . температуры 145 К и смешивается с потоком ется в верхнюю ректификационную колонну 45 после 1-й ступени турбодетэндерэ 14 на вхо6 в качестве орошающей флегмы. Де во 2-ю ступень расширения. После расПродукционный чистый азот выходит из ширения до давления P = 0,125 мпа поток в карманов верхней части нижней колонны 5, количестве 55000 нм /ч при температуре 100 з проходит змеевики переохладителя 8 и сли- К направляется на охлаждение и ожижение вается в хранилище жидкого азота 24, после 50 основного потока, чего направляется потребителю. Жидкий Жидкий эзотиэ дополнительного циркукислород из конденсатора 7 проходит ад- ляционного цикла дросселируется в отделисорбер 22, сливается в хранилище жидкого тель жидкости 12 до давления P = 0,57 мпа, кислорода 23 и затем направляется потре- газообразная фракция иэ которого в количебителю. .: . 55 стве 11500 нм /ч при температуре 95,5 К

Пример . Сжатый в компрессоре 1 направляется обратно в дополнительный воздух в количестве 30000 нм /ч до давле- . циркуляционный цикл, а жидкая фракция в . ния 0,61 мпа направляют в предваритель- количестве 14200 нм /ч проходит переохлаз ный теплообменник 2, где он охлаждается дитель 8, где его температура понижается до 276 К, а затем направляется в блок очи- на 7,0 К и в качестве орошающей флегмы, 7 8 после дросселирования, поступает в верх- онного потока, последующего его сжатия, нюю ректификационную колонну 6, охлаждения, разделения на две части, приПро укционный чистый жидкий азот чем первую часть потока расширяют в 1-й (6670 нм /ч) выходит из "карманов" верхней ступени турбодетандера; а вторую его часть части нижней колонны 5„при давлении 5 дросселируют с получением жидкой и газо0;545 мпа и температуре 95 К проходит пе- образной фракций, последнюю смешивают реохладитель 8 и при температуре 88 К сли- с азотной фракцией после ректификации и с вается в хранилище жидкого азота 24, йоСле: расширенной первой частью, расширяют во чего направляется потребителю.. второй ступени турбодетандера, направля- .

Жидкий кислород из конденсатора 7 в 10 ют на теплообмен с первой частью потока количестве 5200 нм /ч при температуре 93 перед.дросселировайием и разделяют на

К и давлении 0,14 мпа проходит адсорбер две ветви, первую ветвь направляют на теп22, сливается в хранилище жидкого кисло- лообмен с первой частью потока и:смешиварода23изатемнайравляется потребителю. ют со второй ветвью, после теплообмена

Жидкий сырой аргон выходИт иэ 15 последней с газообразными продуктами конденсатора 11.колонны сырого арго- разделения инаправляютнасжатие,ажидна (240 нм /ч)., . кую фракцию подают йа ректификацию с

Предложенное техническое решение образованием газообразйого компенсаципоэволяет зйачительно снизить расход онного потока и смешивают с второй ветвью; энергии иувеличить количество получаемых 20 перед теплообменом, отличающийся

: продуктов разделвйия кислорода и азота в . тем, что, с целью увеличения производства жидком виде за счет повышения зффектив- жидких продуктов разделения, рециркуляности работы циркуляционного цикла. - ционный поток йосле сжатия разделяют на

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я"-- две лйнии, вторую линию потока расширя-Способ получения холода, включающий 25 ют, направляют натеплообмен с первой ветохлаждение воздуха гаэообразнЦйй "ripo- — вью и первой частью потока и смешивают с дуктами разделения, низкотемпературную газообразной фракцией и с азотной фракректификацию с получением азотной и кис- цией после ректификации перед смешенилородной фракций, создание рециркуляци- ем с расширенной первой частью потока.

1747813 с

Составитель В.Гомоэоа

Редактор В.Фельдман Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н!Ревская .

Заказ 2489 Тираж .. .. Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101