Способ и аппарат для разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции


 


Владельцы патента RU 2433363:

Л'ЭР ЛИКИД, СОСЬЕТЕ АНОНИМ ПУР Л'ЭТЮД Э Л'ЭКСПЛУАТАСЬОН ДЕ ПРОСЕДЕ ЖОРЖ КЛОД (FR)

Способ разделения воздуха осуществляют в дистилляционной системе, включающей, по меньшей мере, колонну высокого давления (43) и колонну низкого давления (45). Воздух сжимают в главном компрессоре (3), сжатый воздух охлаждают в линии теплообмена (41) и пересылают из линии теплообмена (41) в колонну высокого давления (43). В первом режиме работы, по меньшей мере, 90% воздуха, сжатого в главном компрессоре (3), дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление колонны высокого давления (43). Воздух при первом давлении пересылают в линию теплообмена (41), охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и пересылают в дистилляционную систему, а одну часть расширяют в турборасширителе (29А, 29В) перед отправлением в колонну высокого давления (43). Во втором режиме работы, самое большее, 70% воздуха, сжатого в главном компрессоре (3), дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление колонны высокого давления (43). Воздух при первом давлении пересылают в линию теплообмена (41), охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и пересылают в дистилляционную систему, а одну часть расширяют в турборасширителе (29А, 29В) перед отправлением в колонну высокого давления. По меньшей мере, 30% воздуха, сжатого в главном компрессоре (3), пересылают при выходном давлении главного компрессора (3) в линию теплообмена (41), охлаждают и пересылают в колонну высокого давления (43). Техническим результатом является снижение капитальных затрат. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к разделению воздуха с помощью криогенной дистилляции.

В частности, оно относится к способу получения газообразного компонента воздуха под давлением с помощью криогенного разделения.

Зачастую требуется, чтобы установка разделения воздуха, производящая газообразный компонент воздуха под давлением, производила бы также и различное количество компонента воздуха в жидкой форме.

Как известно, данное требование реализуют за счет использования установки разделения воздуха для получения газообразного компонента под давлением, при этом установку разделения воздуха сопрягают с ожижителем для ожижения различных количеств газа из установки разделения воздуха до получения жидкости. Данный аппарат включает значительные капиталовложения.

В соответствии с изобретением предлагается новая технологическая схема, которая эффективно работает в режиме газа и режиме жидкости при вложении только разумных капитальных затрат.

Все упомянутые процентные содержания представляют собой молярные процентные содержания.

В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается способ разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции в дистилляционной системе, включающей, по меньшей мере, колонну высокого давления и колонну низкого давления, где воздух сжимают в главном компрессоре, сжатый воздух охлаждают в линии теплообмена, охлажденный, сжатый и очищенный воздух направляют из линии теплообмена в колонну высокого давления, обогащенный кислородом жидкий поток направляют из колонны высокого давления в колонну низкого давления, непосредственно или опосредованно, обогащенный азотом жидкий поток пересылают из колонны высокого давления в колонну низкого давления, обогащенный азотом газ удаляют из колонны низкого давления и нагревают в линии теплообмена, компонент воздуха удаляют из дистилляционной системы в жидкой форме, сжимают и нагревают в линии теплообмена, где:

i) в первом режиме работы, по меньшей мере, 90% воздуха, сжатого в главном компрессоре, дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление колонны высокого давления, воздух при первом давлении направляют в линию теплообмена, охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и направляют в дистилляционную систему, а одну часть расширяют, по меньшей мере, в одном турборасширителе перед отправлением в колонну высокого давления,

ii) во втором режиме работы самое большее 70% воздуха, сжатого в главном компрессоре, дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление колонны высокого давления, воздух при первом давлении направляют в линию теплообмена, охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и пересылают в дистилляционную систему, а одну часть расширяют, по меньшей мере, в одном турборасширителе перед отправлением в колонну высокого давления, и, по меньшей мере, 30% воздуха, сжатого в главном компрессоре, направляют при выходном давлении главного компрессора в линию теплообмена, охлаждают и направляют в колонну высокого давления.

В соответствии с дополнительными необязательными аспектами изобретения:

- компонентом воздуха, удаленным из дистилляционной системы в жидкой форме, сжатым и нагретым в линии теплообмена, являются кислород или азот;

- воздух, сжатый до первого давления, сжимают, по меньшей мере, в одном компрессоре из пары компрессоров, соединенных параллельно;

- воздух, расширенный от первого давления до давления колонны высокого давления, расширяют, по меньшей мере, в одном из двух турборасширителей, соединенных параллельно;

- во время первого режима работы воздух пересылают в оба компрессора, соединенные параллельно, и в оба расширителя, соединенные параллельно;

- во время второго режима работы воздух пересылают только в один из компрессоров, соединенных параллельно, и только в один из расширителей, соединенных параллельно;

- во время первого режима работы в качестве конечного продукта получают больше криогенной жидкости, чем во время второго режима работы;

- криогенную жидкость в качестве конечного продукта получают только во время первого режима работы.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предлагается аппарат для разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции, включающий главный компрессор, линию теплообмена, дистилляционную систему, включающую, по меньшей мере, колонну высокого давления и колонну низкого давления, канал, соединяющий выпуск главного компрессора с линией теплообмена и линию теплообмена с колонной высокого давления, выполненный с возможностью пропускания газообразного воздуха в колонну высокого давления при выходном давлении главного компрессора, при этом выпуск главного компрессора соединяют, по меньшей мере, с одним поджимающим компрессором, выпуск поджимающего компрессора соединяют с линией теплообмена, а линию теплообмена соединяют с дистилляционной системой через средства расширения, так что воздух при выходном давлении поджимающего компрессора охлаждают при данном давлении, а после этого расширяют до давления одной из колонн дистилляционной системы.

Предпочтительно средства расширения включают два турборасширителя, соединенные параллельно, и/или поджимающий компрессор включает, по меньшей мере, одну пару компрессоров, соединенных параллельно.

Поджимающий компрессор может включать две пары компрессоров, соединенных параллельно. Несмотря на работу всех четырех компрессоров поджимающего компрессора в режиме жидкости только один компрессор из каждой параллельной пары работает в режиме газа.

Способ будет описываться более подробно при обращении к чертежу, который демонстрирует установку разделения воздуха, соответствующую изобретению.

Установка разделения воздуха использует две колонны, включающие колонну 43 высокого давления, работающую при приблизительно 5,5 бар (абс.) и термически соединенную с колонной 45 низкого давления.

В соответствии со всеми режимами работы весь воздух для дистилляции сжимают в компрессоре 3 до приблизительно 6 бар (абс.), в виде потока 5 очищают в очистительной установке 7А, 7В.

Из колонны высокого давления удаляют обогащенную жидкость 51, обедненную жидкость 53 и очень сильно обедненную жидкость, которые переохлаждают в теплообменнике 53 и пересылают в качестве флегмы в колонну низкого давления 45.

Из самого верха стойки колонны низкого давления удаляют поток чистого азота 63, который нагревают в переохладителе 53, а после этого нагревают в теплообменнике 41.

Из куба (снизу) стойки колонны низкого давления удаляют поток сбросового азота 65, который нагревают в переохладителе 53, а после этого нагревают в теплообменнике 41.

Из колонны 45 низкого давления удаляют поток жидкого кислорода 67, который сжимают в насосе 69, а после этого испаряют в теплообменнике 41 до получения продукта.

В режиме газа поток 5 разделяют на две части. 40% (моль.) воздуха в виде потока 9 пересылают в теплообменник 41, охлаждают в результате пропускания через весь теплообменник, а после этого пересылают в колонну высокого давления в газообразной форме в виде части потока 37. Остаток воздуха (то есть 60% (моль.) воздуха) образует поток 13, который сжимают вплоть до 50 бар (абс.) в виде потока 15А или 15В при помощи одного из двух соединенных параллельно поджимающих компрессоров (бустеров) 17А, 17В, а после этого в виде потока 21А или 21В при помощи одного из двух соединенных параллельно поджимающих компрессоров (бустеров) 23А, 23В. Затем поток 21А или 21В образует поток 25, который охлаждают в теплообменнике до промежуточной температуры, а после этого разделяют на две части. Поток 39 продолжают охлаждать в теплообменнике 41. Поток 27 удаляют и расширяют до давления колонны 32 высокого давления в одном из расширителей 29А, 29В, установленных параллельно. Расширитель 29А сопрягают с поджимающим компрессором 23А, а расширитель 29В сопрягают с поджимающим компрессором 23В. Расширенный поток 33А или 33В образует поток 35, который пересылают в колонну высокого давления. Поток расширяют в расширителе, сопряженном с компрессором, в котором его прежде сжимали.

В режиме жидкости весь воздух из компрессора 3 образует поток 13, который сжимают вплоть до 50 бар (абс.) в виде потоков 15А, 15В при помощи двух соединенных параллельно поджимающих компрессоров 17А, 17В, а после этого в виде потоков 21А, 21В при помощи двух соединенных параллельно поджимающих компрессоров 23А, 23В. Поток 9 отсутствует. После этого потоки 21А и 21В перемешивают до получения потока 25, который охлаждают в теплообменнике до промежуточной температуры, а после этого разделяют на две части. Поток 39 продолжают охлаждать в теплообменнике 41. Поток 27 удаляют и разделяют на две части. Каждый из потоков 31А, 31В расширяют до давления колонны 32 высокого давления в расширителях 29А, 29В, установленных параллельно. Расширитель 29А сопрягают с поджимающим компрессором 23А, а расширитель 29В сопрягают с поджимающим компрессором 23В. Расширенные потоки 33А, 33В перемешивают до получения потока 35, который пересылают в колонну 43 высокого давления, получая только газообразный поток, пересылаемый в данную колонну.

В режиме жидкости совокупное количество жидкости, отбираемой в качестве конечного продукта, будь это жидкий кислород 61 или жидкий азот 59, является большим, чем количество жидкости, отбираемой в качестве конечного продукта в режиме газа.

Количество жидкости, полученное в режиме жидкости, может достигать 50% (моль.) от совокупных продуктов для данной установки разделения воздуха, работающей в соответствии с изобретением.

В дополнение к этому в любом режиме газообразный поток высокого давления может быть получен в результате закачивания жидкого азота и его испарения (с получением вплоть до 55% (моль.) потока газообразного кислорода), что улучшает удельную потребляемую мощность.

Само собой разумеется, что могут быть предусмотрены и варианты данного способа, включающие колонну промежуточного давления, колонну смешения и/или аргоновую колонну.

1. Способ разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции в дистилляционной системе, включающей, по меньшей мере, колонну (43) высокого давления и колонну (45) низкого давления, причем воздух сжимают в главном компрессоре (3), сжатый воздух охлаждают в линии (41) теплообмена, охлажденный, сжатый и очищенный воздух пересылают из линии теплообмена в колонну высокого давления, обогащенный кислородом жидкий поток (51) направляют из колонны высокого давления в колонну низкого давления непосредственно или опосредованно, обогащенный азотом жидкий поток (53, 55) пересылают из колонны высокого давления в колонну низкого давления, обогащенный азотом газ удаляют из колонны низкого давления и нагревают в линии теплообмена, компонент воздуха (67) удаляют из дистилляционной системы в жидкой форме, сжимают и нагревают в линии теплообмена, причем: i) в первом режиме работы, по меньшей мере, 90% воздуха, сжатого в главном компрессоре, дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление в колонне высокого давления, воздух при первом давлении пересылают в линию теплообмена, охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и направляют в дистилляционную систему, а одну часть расширяют в, по меньшей мере, одном турборасширителе (29А, 29 В) перед отправлением в колонну высокого давления, ii) во втором режиме работы самое большее 70% воздуха, сжатого в главном компрессоре, дополнительно сжимают до первого давления, по меньшей мере, на 30 бар большего, чем давление в колонне высокого давления, воздух при первом давлении направляют в линию теплообмена, охлаждают и разделяют на две части, при этом одну часть ожижают и направляют в дистилляционную систему, а одну часть расширяют в, по меньшей мере, одном турборасширителе (29А, 29В) перед отправлением в колонну высокого давления, и, по меньшей мере, 30% воздуха, сжатого в главном компрессоре, направляют при выходном давлении главного компрессора в линию теплообмена, охлаждают и направляют в колонну высокого давления.

2. Способ по п.1, в котором компонентом воздуха, удаленным из дистилляционной системы в жидкой форме, сжатым и нагретым в линии теплообмена, является кислород или азот.

3. Способ по п.1, в котором воздух, сжатый до первого давления, сжимают в, по меньшей мере, одном компрессоре из пары компрессоров (17А, 17В, 23А, 23 В), соединенных параллельно.

4. Способ по п.1, в котором воздух, расширенный от первого давления до давления в колонне высокого давления, расширяют в, по меньшей мере, одном из двух турборасширителей (29А, 29В), соединенных параллельно.

5. Способ по пп.3 и 4, в котором во время первого режима работы воздух направляют в оба компрессора (17А, 17В, 23А, 23В), соединенных параллельно, и/или в оба турборасширителя (29А, 29В), соединенных параллельно.

6. Способ по пп.3 и 4, в котором во время второго режима работы воздух направляют только в один из компрессоров (17А, 17В, 23А, 23В), соединенных параллельно, и/или только в один из турборасширителей (29А, 29В), соединенных параллельно.

7. Способ по п.1, в котором во время первого режима работы в качестве конечного продукта (59, 61) получают больше криогенной жидкости, чем во время второго режима работы.

8. Способ по п.7, в котором криогенную жидкость (59, 61) в качестве конечного продукта получают только во время первого режима работы.

9. Аппарат для разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции, содержащий главный компрессор (3), линию (41) теплообмена, дистилляционную систему, содержащую, по меньшей мере, колонну высокого давления (43) и колонну низкого давления (45), канал (9), соединяющий выпуск главного компрессора с линией теплообмена и линию теплообмена с колонной высокого давления, выполненный с возможностью пропускания газообразного воздуха в колонну высокого давления при выходном давлении главного компрессора, при этом выпуск главного компрессора соединен с, по меньшей мере, одним поджимающим компрессором (17А, 17В, 23А, 23В), выпуск поджимающего компрессора соединен с линией теплообмена, а линия теплообмена соединена с дистилляционной системой через средства расширения (29А, 29В), так что воздух при выходном давлении поджимающего компрессора охлаждают при данном давлении, а после этого расширяют до давления в одной из колонн дистилляционной системы.

10. Аппарат по п.9, где средства расширения включают в себя два турборасширителя (29А, 29В), соединенных параллельно, и/или поджимающий компрессор содержит, по меньшей мере, одну пару компрессоров (17А, 17В, 23А, 23В), соединенных параллельно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области криогенного разделения смеси газов, в частности воздуха. .

Изобретение относится к способу и установке для разделения воздуха посредством низкотемпературной перегонки. .

Изобретение относится к методам дистилляции воздуха, в частности к способу и установке для обеспечения кислородом высокой чистоты путем криогенной дистилляции воздуха.

Изобретение относится к способу и установке для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха. .

Изобретение относится к установкам разделения газов, в частности, может быть использовано для разделения воздуха с извлечением жидких и газообразных продуктов: кислорода, азота повышенной чистоты.

Изобретение относится к способу и устройству для получения высокочистого аргона путем объединения криогенной дистилляции и адсорбционных технологий

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в машиностроении, энергетике, химической промышленности

Изобретение относится к криогенной технике

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для концентрирования и утилизации инертных радиоактивных газов (ИРГ), выбрасываемых в окружающую среду при осуществлении режимов постоянной вентиляции (ПВ) и вентиляции при проведении плановых предупредительных ремонтов (ППР) атомных электростанций (АЭС)

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано, в частности, для получения газовых смесей, характеризуемых малым значением коэффициента разделения, например, изотопов неона

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ включает сжатие атмосферного воздуха до давления ниже критического, предварительное охлаждение сжатого воздуха, комплексную очистку, разделение сжатого очищенного воздуха на прямые детандерный и технологический потоки, охлаждение сжатых прямых потоков холодом обратных потоков, адиабатическое расширение прямого детандерного потока воздуха, ожижение, дросселирование прямого технологического потока воздуха. При этом отслеживают температуру и давление прямого детандерного потока воздуха до и после его адиабатического расширения, которое заканчивают в области влажного пара при степени влажности не более 20% и при давлении, близком к атмосферному, отделяют жидкую фазу от влажно-парового детандерного потока воздуха и ее испаряют, охлаждая при этом до состояния недогретой жидкости сжиженный прямой технологический поток воздуха, который направляют на дросселирование и разделение на продукционные жидкие азот и кислород. Полученные продукционные жидкие азот и кислород направляют на изотермическое хранение, сжимают и газифицируют жидкий кислород, охлаждая за счет теплоты его испарения один из ранее сформированных прямых потоков сжатого очищенного воздуха. Использование изобретения обеспечивает повышение экономичности и удельной холодильной мощности компрессорно-детандерной криогенной установки. 2 ил.

Изобретение относится к криогенной технике. Сущность изобретения: с целью одновременного получения жидких кислорода и азота часть отбросного газообразного азота по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем охлаждают и конденсируют в теплообменнике за счет холода СПГ с последующим дросселированием до давления, близкого к давлению азота, выходящего из верхней колоны, а образовавшиеся при этом пары азота и часть жидкого азота направляют в теплообменник основного криогенного блока, что позволяет обеспечить необходимое охлаждение воздуха, поступающего в ректификационную колонну. Техническим результатом изобретения является повышение холодопроизводительности и КПД воздухоразделительной установки. 1 ил.

Изобретение относится к области селективного разделения многокомпонентных газовых смесей и может быть использовано для разделения па компоненты бедной неоно-гелиевой смеси отдувочного газа, получаемой в виде побочного продукта в ректификационных установках, производящих чистый неон. Установка включает блок предварительного разделения неоно-гелиевой смеси с ректификационной колонной, сепаратором отдувочного газа и линией подачи неоно-гелиевой смеси, мембранный модуль с полостями высокого и низкого давления, разделенными селективным слоем, каналом поступления исходной неоно-гелиевой смеси в мембранный модуль, каналом вывода обогащенного неона из полости высокого давления мембранного модуля, соединенного с газоанализатором, содержащим контур анализируемого газа, контур поверочной смеси и разъем выходного сигнала, и с регулятором расхода обогащенного неона мембранного модуля, снабженного исполнительным механизмом, и каналом вывода обогащенного гелия из полости низкого давления мембранного модуля, подключенным к мембранному компрессору, а также блок переключающихся адсорберов, имеющий на выходе гелиевый и неоновый каналы, причем мембранный компрессор включает первую и вторую ступени, каждая из которых содержит всасывающую и нагнетательную линии и снабжена соответствующей байпасной веткой, при этом байпасная ветка первой ступени мембранного компрессора соединяет нагнетательную линию первой ступени мембранного компрессора с каналом поступления исходной неоно-гелиевой смеси в мембранный модуль, байпасная ветка второй ступени мембранного компрессора соединяет нагнетательную линию второй ступени мембранного компрессора с всасывающей линией этой же ступени мембранного компрессора, при этом байпасная ветка, по крайней мере, одной ступени мембранного компрессора снабжена редуктором, причем блок переключающихся адсорберов размещен между нагнетательной линией первой ступени мембранного компрессора и всасывающей линией второй ступени мембранного компрессора. Изобретение позволяет повысить производительность и экономичность. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Наверх