Способ низкотемпературного разделения воздуха и установка для его осуществления

 

Использование: криогенная техника, в частности способы разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения: воздух разделяют в колонне двухкратной ректификации, причем в колонне высокого давления его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, и фракцию азота, а в колонне низкого давления воздух разделяют на азот и газообразный и жидкий кислород. В случае пониженной потребности в кислороде жидкий кислород отводят из колонны низкого давления в резервуар, из которого в случае повышенной потребности в кислороде вновь отбирается подаваемый в колонну низкого давления кислород. Обогащенную кислородом жидкую фракцию подают в резервуар для сжиженного воздуха, причем в случае повышенной потребности в кислороде хранят, по меньшей мере, часть этой фракции, а при пониженной потребности в кислороде часть этой фракции вновь отбирают и подают в колонну низкого давления. 2 с.п. и 5 з.п.ф-лы 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 25 J 3/04

ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) ь ! fj ill qy тгьч. ." .. . "; р-! !

Ч р!г- !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПАТЕНТУ (1) 4743729/06 (2) 26.04.90 (6) 30.08.93. Бюл. Q 32 (1) P 3913880.1 (2) 27.04.89 (3)ОЕ (1) Линде АГ(DE) (2) Вильхельм Роде(ОЕ) (6) В,Poge. "Luftzerlegungsanlage mlt

pechselspeicherung тйг variable

S uerstofflleferung", Llnde-Berichte.aus.

Т chnik und Wlssenschaft, Q 54, 1984, с.18— (4) СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО

РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА И УСТАНОВКА

Д 1Я ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (5 ) Использование: криогенная техника, в ч стности способы разделения воздуха мет дом низкотемпературной ректификации.

Сущность изобретения: воздух разделяют в

Изобретение относится к криогеннои те нике, в частности к способу разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации.

Целью изобретения является обеспечение стабилизации процесса разделения при ниаком давлении и переменной нагрузке.

, Поставленная цель в способе достигается тем, что он включает в себя сжатие воздуха его предварительное охлаждение, оч стку, окончательное охлаждение и разде ение на два потока, один из которых по ают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную ки лородом жидкую фракцию и фракцию аз(та, подаваемые на ректификацию при

„„,, ) „„1838732 А3 колонне двухкратной ректификации, причем в колонне высокого давления его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, и фракцию азота, а в колонне низкого давления воздух разделяют на азот и газообразный и жидкий кислород. В случае пониженной потребности в кислороде жидкий кислород отводят из колонны низкого давления в резервуар, из которого в случае повышенной потребности в кислороде вновь отбирается подаваемый в колонну низкого давления кислород. Обогащенную кислородом жидкую фракцию подают в резервуар для сжиженного воздуха, причем в случае повышенной потребности в кислороде хранят, по меньшей мере, часть этой фракции, а при пониженной потребности в кислороде часть этой фракции вновь отбирают и подают в колонну низкого давления.

2 с.п. и 5 з.п.ф-лы. 1 ил. низком давлении, а второй адиабатически расширяют и подают на ректификацию при Q0 низком давлении, где получают азот и газо- () образный и жидкий кислород, рециркуля- Q() цию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повнщеннои потребности в кислороде его вводят вновь, отбирают также часть обогащенной кислородом жидкои,(ь) фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении.

1838732

Поставленная цель в установке достигается тем, что она содержит компрессор, блок предварительного охлаждения и очистки, колонну двухкратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя, трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод, соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздуха, .установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газо- 20 образного кислорода, причем трубопровод подачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер — к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, раз- 25 мещенный на трубопроводе отвода азота из колонны низкого давления и трубопроводе, соединяющим куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие 30 устройства, установка снабжена также дополнительным резервуаром, размещенным на трубопроводе, соединяющим куб колонны высокого давления, с колонной низкого давления между кубом и дополнительным 35 теплообменником. Установка снабжена аргонной ректификаационной колонной, соединенной с колонной низкого давления, а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной ко- 40 лонне. Резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления. Резервуар для азота снабжен дополнительным трубопроводом, соединенным с трубопроводом для отвода 45 азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника. Трубопровод, соединяющий резервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления, проходит через 50 дополнительный теплообменник. Резервуар для кислорода снабжен трубопроводом, подключенным перед теплообменником окончательного охлаждения к трубопроводу для отвода газообразного кислорода из ко- 55 лонны низкого давления, На чертеже представлена схема установки, в которой реализуется предложенный способ низкотемпературного разделения воздуха.

Установка низкотемпературного разделения воздуха содержит компрессор 1, блок

2 предварительного охлаждения и очистки, колонну 3 двухкратной ректификации, состоящую иэ колонны 4 высокого давления, колонны 5 низкого давления, трубопроводы

6, 7 отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, Куб колонны высокого давления соединен с колонной низкого давления трубопроводом 8. Установка имеет резервуар 9 для азота, соединенный трубопроводом 10 с верхней частью колонны низкого давления, трубопроводом

11 с верхней частью колонны высокого давления и трубопроводом 12 с трубопроводом

7 отвода газообразного азота, резервуар 13 для кислорода, соединенный трубопроводами 14 и 15 с кубом колонны низкого давления и с колонной низкого давления. На трубопроводе 14 установлен насос 16. Установка снабжена также резервуаром 17 для сжиженного воздуха, установленного на трубопроводе 8, основным теплообменником 18, установленным на трубопроводе 19 подачи воздуха в установку и трубопроводах 6 и 7 отвода газообразного кислорода и азота, дополнительным теплообменником

20,установленного на трубопроводах 7, 8 и

10, и аргонной колонной 21, которая трубопроводом 22 и 23 соединена с колонной низкого давления, а трубопроводом 24 с трубопроводом 8. На трубопроводе 25, соединя ющим трубоп ро вод 19 с колонной низкого давления, установлен турбодетандер

26. Резервуар 17 для сжиженного воздуха соединен трубопроводом 27 с колонной низкого давления, а резервуар 13 для кислорода трубопроводом 28 — с трубопроводом

6 газообразного кислорода. На установке установлены клапаны 29-35, уровнемеры

36, 37, расходомеры 38-41 и измерительные приспособления 42 — 46.

Способ разделения воздуха осуществляется следующим образом. Воздух всасывается компрессором 1 и через блок 2 предварительного охлаждения и очистки и трубопровод 19 подается в основной теплообменник 18, где его охлаждают подаваемыми противотоком газообразными кислородом и азотом. 70-95 воздуха подают до холодного конца основного теплообменника 18 и по трубопроводу 19 в колонну о

4 высокого давления. Остальную часть воздуха отводят из основного теплообменника

18 по трубопроводу 25 в турбодетандер 26, где его расширяют и подают в колонну 5 низкого давления.

B колонне 4 высокого давления воздух разделяют на жидкий азот и обогащенную кислородом кубовую жидкость. Жидкий

1838732 азот дросселиру«от через клапан 29 и подают в резервуар 9 длл жидкого азота, откуда его направляют по трубопроводу 10 через дополнительный теплообменник 20 в колонну 5 низкого давления. Кубовую жидкость дросселируют через клапан 30 и по трубопроводу 8 направляют в резервуар 17 для сжиженного воздуха, затем через трубопровод 8 отбирают жидкость, охлаждают в теплообменнике 20 и направляют в колонну 10 низкого давления, где ее дальше разделлIQT. В случае повышенной потребности в кислороде в резервуаре 17 для сжиженного воздуха хранят 1-15 кубовой жидкости.

В качестве главного целевого продукта 15 из колонны 5 через трубопровод 6 отводят газообразный кислород, который в основном теплообмен нике 18 нагревают почти до температуры окружающей среды и пода«от потребителю. Получаемый в качестве побоч- 20 ного целевого продукта азот отводят через трубопровод 7, нагревают в дополнительном теплообменнике 20 жидкими фракциями из колонны 4 высокого давления и из резервуаров 9 и 17, затем нагревают в ос- 25 новном теплообменнике 18 и направляют потребител «о.

Через трубопровод 14 с помощью насоса 16 отводят жидкий кислород из колонны низкого давления и вводят в резервуар 13 30 для кислорода. Жидкий кислород из резервуара 13 подают через трубопровод 15 в колонну 5 низкого давления.

Из колонны 5 низкого давления через трубопровод 22 отводят богатую аргоном 35 фракцию кислорода, которую подают на ректификацию в аргонную колонну 21, где ее разделя«от на сырой аргон и жидкую остаточную фракци«о, рециркулируемую в колонну 5 низкого давления, Аргонная 40 колонна 21 охлаждается с помощью кубовой жидкости из колонны 4 высокого давления и иэ резервуара 17 длл сжиженного воздуха. Длл этого служит трубопровод 24, который соединен с верхней частью колон- 45

I ы 21, Испаряющийся в аргонной колонне

21 обогащаетсл кислородом воздух возвращают по трубопроводу 36 íà ректификаци«о в колонну 5 низкого давления.

Если хотят повысить количество отводимого через трубопровод 6 кислорода, на компрессоре 1 устанавливают повышенный расход воздуха, который регулируетсл с помощью измерительного приспособления

42, связанного с компрессором 1, Количество подаваемого через трубопровод 25 и турбодетандер 26 в колонну 5 низкого давления воздуха в основном держат на постоянном уровне с помощью измерительного приспособленил 43.

Следовательно, дополнительно всасываемый компрессором 1 воздух почти полность«о подаетсл в колонну 4 высокого давления, что приводит к получени«о повышенных количеств фракций в этой колонне.

Возникает необходимость отводить больше жидкости через трубопроводы 11 и 8. Этот процесс управляется при помощи расходомера 38 и уровнемером 36 в сочетании с клапанами 29 и 30. Количество подаваемой через трубопроводы 10 и 8 жидкости держат на постолнном уровне с помощь«о расходомеров 39, 40. Избыточную жидкость из колонны 4 высокого давления хранят в резервуаре 9 длл азота и в резервуаре 17 для ожиженного воздуха.

Повышенный расход в колонне 4 высокого давления приводит к повышенному поступлениlo теплоты в куб колонны 5 низкого давления. Дополнительно испаряющийся кислород можно отводить через трубопровод 6 потребителю. Этот процесс управляетсл расходомером 41 и клапаном 31. Длл поддержанил режима ректификации в колонне 5 низкого давления используют соответствующее коли «еству дополнительно отводимого газообразного кислорода количество кислорода, отбираемого из резервуара 13 длл кислорода. Подача дополнительного жидкого кислорода управляется уровнемером 37 на кубе колонны низкого давления, а также с помощью клапана 32, В случае пониженной потребности в кислороде снижают количество подаваемого в колонну 4 высокого давления воздуха, в колонну 5 низкого давления дополнительно подают жидкость из резервуара 9 длл азота и из резервуара 17 для сжиженного воздуха, и кислород в жидком виде отводят иэ куба колонны 5 низкого давления в резервуар 13 длл кислорода.

Давление в резервуарах 9, 13 и 17 контролируется с помощь«о измерительных приспособлений 45, 44, 46. В случае необходимости путем открытия клапанов 34, 33, 35 выпускают газ соответственно из резервуаров 9, 13, 17, причем из резервуара 9 длл азота через трубопровод 1" е трубопровод

7, из резервуара 13 длл кислорода через трубопровод 28 в трубопровод 6, а из резервуара 17 для с>киженного воздуха через трубопроводы 27 и 23 в колонну 5 низкого давления, Формула изобретения

1, Способ низкотемпературного разделения воздуха, включа«ощий сжатие, предварительное охлаждение, очистку, окончательное охлаждение и разделение воздуха на два потока, один из которых под1838732 ают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота, подаваемые на ректификацию при низком давлении, а второй адиабатически расширяют иподают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород, рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, отбирают часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении.

2. Установка для низкотемпературного разделения воздуха, содержащая компрессор, блок предварительного охлаждения и очистки, колонну двукратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя, трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод, соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздуха, установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода, причем трубопровод подачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер — к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, размещенный на трубопроводе отвода азота из колонны низкого давления

5 и трубопроводе, соединяющем куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие устройства, о т л и ч а ю щ а я с. я тем, что, с целью обеспечения стабилиза10 ции процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, установка снабжена дополнительным резервуаром, размещенным на трубопроводе, соединяющем куб колонны высокого давления с ко15 лонной низкого давления между кубом и дополнительным теплообменником.

3. Установка по и. 2, о. т л и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена аргонной ректификационной колонной, соединенной с ко20 лонной низкого давления, а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне.

4. Установка по и. 2, о т л и ч а ю щ а я25 с я тем, что резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления.

5. Установка по и. 4, отл и ч а ю ща яс я тем, что резервуар для азота снабжен

30 дополнительным трубопроводом, соединенным с трубопроводом для отвода азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника, 35 6.Установка поп.2, отл и ча ю щаяс я тем, что трубопровод, соединяющий резервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления, проходит через дополнительный теплообменник.

7. Установка по и. 2, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что резервуар для кислорода снаб>кен трубопроводом, подключенным перед теплообменником окончательного охлажде45 ния к трубопроводу для отвода газообразного кислорода и колонны низкого давления.

1838732

Составитель Е, Игнатова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С, Лисина

Ре эктор

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

3а аз 2921 Тираж Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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