Способ разделения воздуха

Авторы патента:

Фатеев Константин Александрович (RU)

Владельцы патента RU 2522132:

ООО "ЗИФ" (RU)

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 криогенной технике и может быть использовано в машиностроении, энергетике, химической и других отраслях промышленности, где используются продукты низкотемпературного разделения воздуха.

Известен способ разделения воздуха, приведенный в [пат. № 20123, NKU 14B 111, Япония, 05.06.71], в котором в воздухоразделительной установке используется дополнительная холодопроизводительность, получаемая за счет регазификации сжиженного природного газа, а воздушный цикл осуществляется при низком давлении с разделением воздуха в колонне двухкратной ректификации.

Однако недостатком этого способа является чрезмерно большое количество теплообменных аппаратов, используемых в данном способе разделения воздуха, а также то, что использование сжиженного природного газа производится не только в азотном теплообменнике, но и в теплообменниках, предназначенных для охлаждения воздуха, что значительно повышает взрывоопасность установки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ разделения воздуха, приведенный в [Пат. GB 1329861 A, F25J 3/04, 12.09.1973], в котором приведены две возможные принципиальные схемы воздухоразделительных установок, в которых воздух разделяется в колонне двухкратной ректификации и осуществляется использование холода сжиженного природного газа. Однако схемы этих установок предназначены не только для получения жидких азота и кислорода, но и части этих продуктов в газообразном виде при различных давлениях выше атмосферного. Это в определенной степени усложняет схему воздухоразделительной установки и снижает степень извлечения кислорода в жидком виде, т.к. часть кислорода выводится в виде трех потоков в газообразном виде.

Задача, на которую направлено изобретение, - разработать способ разделения воздуха низкого давления с получением жидких азота и кислорода, в котором узел регазификации сжиженного природного газа (СПГ) будет отделен от основного криогенного блока воздухоразделительной установки.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного способа, заключается в повышении холодопроизводительности и КПД установки для получения на выходе из криогенного блока жидкого кислорода, а из блока регазификации СПГ - жидкого азота.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разделения воздуха низкого давления, включающем его охлаждение в теплообменнике газообразным азотом, низкотемпературной ректификацией с получением жидкого кислорода и газообразного азота, согласно изобретению весь или часть отбросного газообразного азота по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем его охлаждают в отдельном теплообменнике и конденсируют с последующим дросселированием до давления, близкого к давлению азота, выходящего из верхней колонны, а образовавшуюся парожидкостную смесь разделяют в сепараторе на продукционный жидкий азот и пары азота низкого давления.

Для достижения данного технического результата пары азота низкого давления и часть жидкого азота, выходящие из сепаратора, направляют в криогенный блок в поток отбросного азота для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления в теплообменнике.

При этом регазификация СПГ производится в отдельном криогенном блоке, в котором осуществляется получение жидкого азота, отводимого из сепаратора, из которого пары азота, образующиеся при дросселировании, а также часть жидкого азота в виде дополнительного отбросного потока направляются в теплообменник основного блока воздухоразделительной установки. Такое отделение узла регазификации СПГ от основного криогенного блока обеспечивает большую взрывобезопасность установки, реализующей предлагаемый способ разделения, а подача в теплообменник дополнительного потока газообразного азота и ввод в этот поток части жидкого азота позволяет обеспечить необходимое состояние перерабатываемого воздуха на входе в ректификационную колонну.

На фиг. представлена принципиальная схема установки для осуществления данного способа. Установка низкого давления для разделения воздуха содержит воздушный компрессор 1, теплообменник 2, дроссельные вентили 3, 4, 9, 12 и 16, конденсатор-испаритель 5, нижнюю ректификационную колонну 6, верхнюю ректификационную колонну 7, переохладитель жидкого кислорода и азотной флегмы 8, азотный компрессор 10, испаритель-подогреватель сжиженного природного газа 11, сепаратор 13, криогенный блок регазификации СПГ 14 и компрессор природного газа 15.

Способ осуществляется следующим образом.

Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 1 до давления 0,6-0,65 МПа. Проходит блок адсорбционный осушки и очистки от СО₂ (на фиг. не показан) и поступает в теплообменник 2, после охлаждения в котором через вентиль 3 дросселируется в нижнюю ректификационную колонну 6. В этой колонне осуществляется предварительное разделение воздуха на потоки кубовой жидкости и азотной флегмы.

Кубовая жидкость через вентиль 4 дросселируется в верхнюю ректификационную колонну 7, а азотная флегма после переохлаждения в переохладителе 8 дросселируется через вентиль 9 на верхнюю тарелку верхней ректификационной колонны 7.

Жидкий кислород отбирается из конденсатора-испарителя 5 на переохладитель 8, пройдя который отводится в виде готового продукта потребителю.

Газообразный азот отбирается с верха верхней ректификационной колонны 7, поступает в переохладитель 8, а затем в теплообменник 2.

Большая часть потока газообразного азота, выходящего из теплообменника 2, поступает в компрессор 10, после сжатия в котором направляется в испаритель-подогреватель 11, расположенный в блоке регазификации 14. В теплообменник 11 подается и поток СПГ, который дросселируется, проходя через вентиль 16, кипит и подогревается в теплообменнике при р = 0,035-0,05 МПа, а после выхода из теплообменника сжимается в компрессоре 15 до р = 0,5-0,6 МПа. Холод регазифицируемого СПГ используется для охлаждения и конденсации газообразного азота. Выходящий из теплообменника 11 поток азота через вентиль 12 дросселируется в сепаратор 13, откуда поток пара отводится в линию отбросного азота, входящего в переохладитель 8, а большая часть жидкого азота отводится в виде целевого продукта. Небольшая часть жидкого азота отводится в поток отбросного азота, что позволяет обеспечить с помощью потока азота необходимое охлаждение воздуха перед колонной 6 в теплообменнике 2.

Способ разделения воздуха низкого давления путем его охлаждения газообразным азотом, низкотемпературной ректификации с получением жидких азота и кислорода, отличающийся тем, что отбросной азот по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем охлаждают и конденсируют в теплообменнике за счет холода сжиженного природного газа с последующим дросселированием до давления, близкого к давлению азота, выходящего из верхней колонны, а образовавшиеся при этом пары азота и часть жидкого азота направляются в криогенный блок для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления перед подачей его на разделение в ректификационную колонну.

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.

Способ разделения газовых смесей в ректификационных колоннах и установка для его осуществления // 2489655

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

Способ и система концентрирования и утилизации инертных радиоактивных газов из газоаэрозольных выбросов энергоблоков атомных электростанций // 2481658

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).

Способ и установка образования газа из воздуха в газообразной и жидкой форме высокой гибкости методом криогенной дистилляции // 2479806

Способ и установка разделения воздуха методом криогенной дистилляции // 2479805

Изобретение относится к криогенной технике. .

Способ разделения воздуха // 2460952

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

Установка для получения кислорода и азота из атмосферного воздуха // 2447014

Объединенные криогенная дистилляция и апд для получения аргона // 2434191

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

Способ и аппарат для разделения воздуха с помощью криогенной дистилляции // 2433363

Способ и установка для разделения воздуха путем криогенной дистилляции // 2428641

Установка для мембранного разделения неоно-гелиевой смеси // 2528727

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.

Способ и устройство для производства сжатого продукта // 2531719

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения потока сжатого продукта посредством криогенной ректификации. Основной теплообменник, используемый в криогенной ректификации, нагревает подаваемый насосом поток продукта, состоящий из жидкости, обогащенной кислородом или обогащенной азотом, и тем самым создает поток сжатого продукта. Слои основного теплообменника выполнены так, что уменьшение теплопередающей поверхности, предусмотренной в основном теплообменнике для нагревания подаваемого насосом потока продукта, происходит в том месте, в котором температура подаваемого насосом потока продукта превышает либо критическую температуру, либо температуру конденсации такого потока. Уменьшение теплопередающей поверхности оставляет участки слоев, которые способны нагревать или охлаждать другой поток, который используется в связи с криогенной ректификацией. Такой другой поток может представлять собой поток хладагента, который обеспечивает применение дополнительного охлаждения для увеличения производства жидких продуктов. Группа изобретений направлена на повышение компактности и на обеспечение более высоких объемных расходов при косвенном теплообмене. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ и устройство для получения жидкого азота путем разложения воздуха при низкой температуре // 2540032

Группа изобретений относится к способу и устройству для получения жидкого азота путем разложения воздуха при низкой температуре. Способ и устройство служат для получения жидкого азота путем разложения воздуха при низкой температуре в системе дистилляционных колонн для разделения на азот и кислород, содержащей колонну высокого давления, колонну низкого давления и дефлегматор колонны высокого давления. По меньшей мере, часть дроссельного потока, давление которого было снижено, подается в испарительное пространство дефлегматора колонны высокого давления в виде потока охлаждающего средства. Система дистилляционных колонн для разделения на азот и кислород дополнительно имеет дефлегматор колонны низкого давления, пространство для сжижения и испарительное пространство. Часть головного азота колонны низкого давления подается в пространство для сжижения дефлегматора колонны низкого давления и там частично испаряется. Жидкость из нижней области колонны низкого давления, обогащенная кислородом, подается в испарительное пространство дефлегматора колонны низкого давления и там частично испаряется. Группа изобретений направлена на снижение энергопотребления, при этом аппаратные затраты должны удерживаться в определенных рамках. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Установка для разделения изотопов // 2543877

Изобретение относится к установке для разделения изотопов методом фракционной перегонки. Установка содержит многоканальную ректификационную колонну 1, выполненную в виде каскада последовательно расположенных в вертикальном направлении модулей 11 с параллельно расположенными трубками 2, образующими рабочие каналы с насадкой 12, верхний буфер 3 и нижний буфер 4, конденсатор 7, испаритель 8 и дозирующее устройство 5 с раздаточными трубками 6, соединенными с рабочими каналами. Перед модулями 11 установлены распределители потока пара 13 с параллельно расположенными проходными трубками 14. На верхней части модулей 11 установлены тарелки 16 с углублениями, образующими входную часть рабочих каналов. Со стороны выходных отверстий рабочих каналов установлены чашеобразные улавливатели 15 каплеобразной фракции рабочего тела, выходные отверстия которых соединены с входными отверстиями проходных трубок 14. Выходные части проходных трубок 14 установлены во входных частях трубок 2 с образованием зазора между внешней поверхностью проходных трубок 14 и внутренней поверхностью рабочих каналов. Выходные части раздаточных трубок 6 расположены со стороны углублений в тарелках 16 с образованием зазора между внешней поверхностью раздаточных трубок 6 и внутренней поверхностью рабочих каналов. Изобретение обеспечивает повышение производительности процесса разделения изотопов. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Аппарат охлаждения и очистки воздуха для установки криогенной дистилляции воздуха // 2557151

Изобретение относится к установкам для охлаждения и очистки воздуха. Аппарат для охлаждения и очистки воздушного потока содержит здание, градирню (1) для охлаждения за счет прямого контакта с водой, два очистных баллона (3А, 3В), каждый из которых имеет вертикальную ось, трубопровод для подачи воды в градирню, трубопровод для подачи воздуха в градирню, трубопровод для транспортировки охлажденного воздуха из градирни в очистные баллоны и систему (7) вентилей и труб, позволяющих соединить оба баллона с градирней. При этом система вентилей и труб находится внутри здания (5), а оба баллона и градирня находятся снаружи здания. Оба баллона и система расположены по обе стороны от стены (9) здания. Баллоны размещены вдоль стены, и градирня расположена между двумя баллонами. Использование изобретения позволяет уменьшить размер здания, необходимого для защиты системы труб и вентилей. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Аэрокосмический самолет с ядерным двигателем и способ осуществления им аэрокосмических полетов // 2574295

Группа изобретений относится к авиационно-космической технике и может быть использована для осуществления полетов в атмосфере и космическом пространстве, при взлёте с Земли и возвращении на неё. Аэрокосмический самолёт (АКС) выполнен по аэродинамической схеме «утка-бесхвостка». Носовые плоскости и крылья образуют совместно с фюзеляжем дельтообразную несущую поверхность. Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) содержит теплообменную камеру, состыкованную с ядерным реактором через радиационную защиту. В качестве рабочего тела используется (частично) атмосфера, сжижаемая бортовыми установками ожижения. Питающие и охлаждающие бортовые турбоагрегаты и турбоэлектрогенераторы, а также управляющие реактивные двигатели подключены к теплообменной камере с возможностью работы непосредственно на маршевом рабочем теле. При отключенном маршевом сопле в ЯРД предусмотрено специальное запорное устройство. В долговременных аэрокосмических полетах АКС периодически дозаправляется сжижаемой атмосферной средой. Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности АКС с ЯРД за счет повышения их тяговооруженности и термодинамического качества при обеспечении устойчивости и управляемости полета. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство для низкотемпературного разделения воздуха // 2580571

Изобретение относится к устройству для низкотемпературного разделения воздуха, содержему два блока теплообменника с системой с перегонной колонной для разделения азота и кислорода, содержащей одну колонну высокого давления, с отделенным от основного теплообменника противоточным теплообменником переохлаждения, который образован блоком теплообменника, со средствами подачи используемого воздуха в колонну высокого давления через основной теплообменник, со средствами подачи потока жидкости из системы с перегонной колонной для разделения азота и кислорода в противоточный теплообменник переохлаждения, со средствами подачи газового потока из системы с перегонной колонной для разделения азота и кислорода в противоточный теплообменник переохлаждения, причем основной теплообменник и противоточный теплообменник переохлаждения установлены в первом холодном боксе. Верхний конец противоточного теплообменника переохлаждения установлен под нижним концом основного теплообменника, а противоточный теплообменник переохлаждения посредством одного трубопровода, гидравлически соединяющего основной теплообменник и противоточный теплообменник охлаждения, подвешен на основном теплообменнике. В основу изобретения положена задача по обеспечению особенно благоприятного размещения деталей установки. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Распределитель жидкости со смесителем // 2591151

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для распределения потока жидкости в обменных колоннах для процессов тепло- или массопереноса в процессах криогенного разделения воздуха. Устройство включает в себя коллектор (61) для сбора потока жидкости; смеситель (64) ниже коллектора (61) для приема и перемешивания собранной жидкости; первый трубопровод (66) для приема и передачи части жидкости из первого сектора коллектора (61) в первую зону смесителя (64) и второй трубопровод (68) для приема и передачи вниз части жидкости из второго сектора коллектора (61) во вторую зону смесителя (64). Геометрический центр первого сектора коллектора (61) смещен по окружности относительно геометрического центра первой зоны смесителя (64) и/или геометрический центр второго сектора коллектора (61) смещен по окружности относительно геометрического центра второй зоны смесителя (64). Первый и второй секторы представляют собой геометрические части площади верхней поверхности коллектора (61), а первая и вторая зоны представляют собой геометрические части объема смесителя (64). Изобретение позволяет достичь высокой эффективности разделения. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 25 ил., 2 пр.

Способ и устройство для низкотемпературного разделения на фракции жидкостной смеси // 2601777

Способ и устройство служат для низкотемпературного разделения на фракции жидкостной смеси. Жидкостная смесь подается в разделительную колонну. По меньшей мере часть кубовой жидкости разделительной колонны подается в кубовый испаритель и там по меньшей мере частично испаряется. По меньшей мере часть пара, производимого в кубовом испарителе, возвращается обратно в нижний участок разделительной колонны. Из верха разделительной колонны отбирается головной продукт, а из куба разделительной колонны или из кубового испарителя - кубовый продукт. Кубовый испаритель работает за счет индукционного нагрева. Изобретение направлено на создание технически простого и надежного испарителя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ получения концентрата криптона и ксенона // 2604685

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике и может быть использовано при комплексном разделении воздуха в металлургической и химической промышленности. Способ включает подачу потока жидкости, содержащей кислород, криптон, ксенон, метан, в ректификационную колонну замещения кислорода на азот, подачу потока газообразного азота в нижнюю часть ректификационной колонны замещения кислорода на азот, подачу потока флегмы в верхнюю часть ректификационной колонны замещения кислорода на азот. Также способ включает слив жидкости из куба ректификационной колонны замещения кислорода на азот в накопительную емкость, испарение жидкости в накопительной емкости и возврат образовавшихся паров в ректификационную колонну замещения кислорода на азот, получение концентрата криптона и ксенона, отбор концентрата криптона и ксенона из накопительной емкости производят периодически, по мере достижения концентрацией криптона и/или ксенона в накопительной емкости требуемой величины. Достигается упрощение обслуживания технологического оборудования концентрирования криптона и ксенона. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.