Патент ссср 403206

 

О П И С А Н И Е 403206

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

Заявлено 12.Ч.1971 (№ 1656613(23-26)

Приоритет 12Х.1970, № P 2022953.2, ФРГ

М. Кл. F 25j 3/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и аткрытий

Опубликовано 19.Х.1973. Бюллетень № 42

УДК 621.59(088.8) I

Дата опубликования описания 20.111.1974

Авторы изобретения

Иностранец

Фридрих Юнкер (Федеративная Республика Гсрмяннн) Иностранная фирма

«Мессер Грисхайм ГмбХ» (Федеративная Республика Германии) Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОГО, ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО

70%-ного КИСЛОРОДА

Изобретение относится к технике низкотемпературного разделения газовых смесей, в частности к способу получения загрязненного, приблизительно 70%-ного кислорода двухступенчатой ректификации воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого давления с производством работы снижения давления технологического потока до давления колонны низкого давления, при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разделения и разделяют по меньшей мере ня два отдельных потока, причем один поток направляют непосредственно в нижнюю часть колонны среднего давления.

Разделение газовых смесей на их отдельные компоненты связано с тем более высокими расходами энергии, чем больше требуемая чистота продукта. При пересчете на выделенный из воздуха азот минимальный расход энергии имеет место в том случае, если получают приблизительно 60 — 80%-ный кислород.

Известен способ разделения воздуха, который обеспечивает работу с низким (по возможности) предварительным давлением воздуха, например способ с двумя давлениями.

Недостатком указанного способа являются

lIîBoëüíо значительные затраты на аппаратуру. Возникает необходимость во втором компрессоре и в дополнительных циркуляционных теплообменниках, в результате чего наблюдаются дополнительные гидравлические потери

5 холода. Загрязненный кислород испаряется

IIp. прп постоянной. а при скользящей температуре. В обычной ректнфикационной колонне имеется в распоряжении холодопроизводительность в верхне!! части колонны при преоб10 ладающей там температуре. Это самое простое решение с точки зрения техники, но с точки зрения термодинамики оно пе является оптимальным, тяк как расходуется боль не энергии, чем требуется. Необходимо прнмене15 ние специальных ректификацпопных колонн, для которых нет полностью удовлетворительного текин !ес!<>ro решения. Гс!к кяк по тех никс безопасности продукт — кислород не должен подвергаться «сухому испарению», 20 эффект скользящей температуры испарения никогда не может использоваться полностью.

Кроме того, конструкционные возможности и работа таки. специальных колонн ограничены.

Цель изобретения — уменьшение расхода

25 энергии при использовании надежных и ходоBblx элементов конструкции без особых затрат на аппаратуру. В частности, следует ис403206 пользовать преимущества скользящего ucnapcIlr»I продукта — кислорода без применения специальной колонны. При этом нс требуется циркуляции и ступеней давления входящего воз <уха.

Способ получения загрязненного, приблизительно 70% -ного кислорода двухступенчатой ректификацией воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого давления при расширении с производством работы технологического потока до давления колонны низкого давления, при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разложения и разделяют Ilo меньшей мере на два отдельных потока, причем один поток направляют непосредственно в нижшою часть колонны среднего давления, можно реализовать, если конденClIPOBc! Th ВТОРОЙ 0 ГДСЛЬНЫЙ ПОТОК ОТВОДИМЫМ из колонны низкого давления загрязненным кислородом, охлаждать до низкой температуры, дросселнровать и использовать для охлаждения верхней части колонны среднего давления, после чего направлять его в колонну низкого давления и затем охлаждать сырым кислородом из колонны среднего давления верхнюю се часть.

Целесообразно, если при этом часть конденсированного загрязненным кислородом из колонны низкого давления отдельного потока разделяемого воздуха направля<от как дополнительну<о обратную жидкость в колонну среднего давления. Можно также отводить часть охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока и неносредствсшн1 пони>кать давление в колонне низкого давления, чем экономится энергия, так как ректификация Осуществляется с меньшими нарушениями равновесия.

B качестве производящего работу технологического потока, давление которого сбрасывают, можно использовать часть поступающего воздуха нлн получающу<ося в ходе процесса газовую фракцию.

На <риг. 1 показана технологическая схема выполнения способа, по которому поступа1оIHH!I воздух разделяют на три отдельных потока; на фиг. 2 — технологическая схема выполнения способа, по которому сбрасывают давление у части газообразного азота из колонны среднего давления с производством работы; на фиг. 3 — технологическая схема выполнения способа, по которому из колонны среднего давления отводят газоооразную промежуточную фракцию и расширяют с производством работы.

Установка для реализации способа содержит колонну 1 среднего давления и коло;II!ó 2 низкого давления, которые соединены одна с другой через ко1;денсатор 3 и низкотемпературные холодильники 4 и 5.

По схеме на фиг. 1 сжатый приблизительно до 3 5 ата воздух с температурой среды направляют через трубопровод в теплообменники 6 и 7 и газофазный фильтр 8, в котором задерхкиваются содержащиеся в воздухе угле5

65 водороды и остатки двуокиси углерода, не подвергшиеся вымораживанию в теплообменниках 6 и 7. Воздух охлаждают в указанных тсплообмснниках почти до точки росы.

После газообразного фильтра 8 воздух разделяют на два отдельных потока. Около 20% поступающего воздуха подают через трубопровод 9 в теплообменник 7 и там снова немного подогревают. В случае необходимости воздух может частично обходить теплообменник

7 через запорный клапан 10. Через обводной трубопровод 11 часть вновь подогретого воздуха направляют через регулиру1ощий теплообмепник 12 для того, чтобы воздух имел температуру около минус 168 С, после чего его подают в турбину 13, где производят расширение до давления 1,32 ата (давления колонны низкого давления). Затем охлажденный и расширенный воздух поступает через трубопровод 14 в колонну низкого давления.

Остальную часть воздуха (всего около 80% ) направляют через воздушный предварительный конденса" îð 15 и разделяют затем на два отдельных потока, из которых один поток, состоящий приблизительно из 50% всего воздуха, подают через трубопровод 16 непосредственно B колонну среднего давления. Воздух в последнюю поступает над кубовой частью.

Второй отдельный поток (около 30% протекающего через установку воздуха) идет через трубопровод 17 в основной воздушный конденсатор 18, в котором его конденсируют. Небольшую часть сконденсироваш<ого воздуха подают по трубопроводу 19 в колонну среднего давления для увеличения флегмы. Проходящее через трубопровод 17 основное количество воздуха охлаждают в низкотемпературпом холодильнике 4 приблизительно до минус

189 С и разветвляют в трубопроводах 20 и

21 на приблизительно одинаковые дополнительныс потоки.

Протекающий через трубопровод 21 отдельныи дополнительный поток расширяют в дроссельным клапан 22 и направляют в верхнюю часть колонны низкого давления. Дополнительный поток труб< провода 20 расширяют в .!pocccльный клапа!! 23 до давления колонны низкого давления, испаря:от в конденсаторе 3 и используют для охлаждения верхней части коло шы среднего,д авлени I. Испаряе AlblIl Bo3дух соединяют с воздухом из турбины 13 в трубопроводе 14 и подают вместе с этим воздухом в н11жн:o!o <реть колонны низкого давления.

В колонне среднего давления разделяют подаваемый воздух IIp. азот и сырой кислород, который получают в жидком виде в кубовой части колонны с содери<ан11см кислорода 41%.

Азот в газообразном состоянии отводят по трубопроводу 24 11з верхней части колонны среднего давления и конденсируют в конденсаторе 3. г1асть его направляют через трубопровод 25 в качестве флсгмы в колонну среднего давления. Остаток поступает через трубопровод 26 в низкотемнературный холодиль403206

5п

65 ник 5, затем — — через дроссельный к IBII3! I 27 как флеге! а В ко чонтl низкого дявлсl!ия.

Неочи!цснн!.!!! кислород отводят из основания колонны среднего давления через трубопровод 28 и переохлаждают в низкотемперятурном холодильнике 4, затем расширшот в дроссельт!ом клапане 29, испаряют в конденсаторе 3 и используют для охлаждения верхней части колонны среднего лавления. Газообразный сырой кислород полают через трубопровод 28 в кубовую часть колонны низкого давления, i3 которой производят окончательное разделение. Из ее верхней части отбирают через трубопровод 30 газообразный азот, который после прохождения через цизкотемпературпый хололильник 5 азота, низкотемпературный холодильник 4, воздушный предварительный конденсатор 15, регулирующие теплообмепники 6 и 7 выводят из установки с температурой окружающей среды. В низкотемпературном холодильнике азота предусмотрен обводный трубопровод 31 с регулирующим клапаном 32 для отбора газообразного азота из ко,донны низкого давления.

В кубовой части колонны низкого давления получают в качестве продукта загрязненны!1

70%-пый жидкий кислород. его отводят через трубопровод 33, расширяют в дроссельном клапане 34 приблизительно ло атмосферного давления и затем подают в конденсатор 3. где

его частично выпаривают. При этом кислород поглощает около одной трети необходимого для его выпаривания тепла. Указанное тепло отводят из верхней части колонны среднего давления. В сепараторе 35 произволят разлеление фаз. 5Килку!о фазу отводят через трубопровод 36 и направляют циркуляционным насосом 37 через кислородный фильтр 38, в котором улержива!отся еще имеющиеся углеводороды.

Приблизительно две трети полаваемой циркуляционпым насосом жидкой фазы выпаривают в основном,возлушном конденсаторе 18.

При этом поступающий навстречу воздух полностью конденсируют. Через трубопровод 39 выпаренный приблизительно на две трети загрязненный кислорол направляют обратно в сепаратор 35. Через трубопровоч 40 загрязненный кислород в газообразной форме отводят из этого сепаратора. Кислород отлает свой остаточный холо,ч по очерели в воздушном предварительном конденсаторе 15, регулирующем в теплообмештике 12 и в теплообмештиках 6 и 7. На границе устаиовт(и ои прелставляст собой продукт с температурой сред!>т и при атмосферно!! давлении.

По описываемому способу лля охлажле!тия верхней части колонны срелнего давления

Moæно в значительHой степени использовать глубокий холод, содержащийся в загрязненном жидко кислороде. Загрязненный т(ислорол выпяривяется в кон.ченсаторе 3 пепосредстве!тпо только па одну треть, тат(как оп при выпаривании ввиду накапливания кислорода в остающейся жидкости становится все теплее.

1О

25 зо

4О

Однако невыпаренная доля выпаривается поступающим воздухом. При этом воздух конденсирутот, и он отдаст первоначально содепжянтесся в зяг11язнснном 1(I!c, Iopoxe тепло В верхней части колонны среднего давлештя благодаря повтор оому выпарпваншо при пониженном лавлении, Загрязненный кислород можно полпостшо выпаривать в конденсаторе 3 только в том случае, когда повышается давление колошты среднего давления. Турбокомпрессор требует тогда больше энергии лля поступающего в установку воздуха.

По схеме !Ia фиг. 2 входящий воздух разделяют только ня лва отдель Ibix потока. Отсутствует отде Ihillll! поток, который сбрасывает свое давление через турбину 13, производя работу. Вместо этого от отводимого через трубопровод, 24 пз верхней части колонны среднего давления газообразного азота ответвляют отдельный поток в трубопровод 41, нагревают в возлупшом конденсаторе 15 и в теплообменникях 12 и 7 и сбрасывают давление в турбпне 42, производя работу. Охлажченпый азот со сброшенным давлением полают через трубопровод 43 и соединяют с азотом, отводимым из верхней части колонны низкого лавлс ия через трубопровод 30. Предусматривается также обводньш трубопровод

11 и запорный клапан 10 перел турбиной 42.

По схеме на фиг. 3 процесс в знячтттельной степени соответствует процессу по схеме на фиг. 2. Олпя (о сбрасывают лявлеипе не газообразного азота из верхией части колонны срелнего лав..òетптя. а отбирают промежуточную фракцию тприблизитель!то 10% кислорода) при помощи трубопровоча 43 из колонны среднего лав,чепия в том месте, в которое подают жидкий воз,чух через трубопровод 19.

Промежуточную фракцию затем направляют через возлуlIIIli I! I предварительный конденсатор 15 и теплообменники 12 и 7. После расширеттия в турб!Ите 44 фракция идет через трубопрово,Ч 45 I! колонну низкого,Чавления в место ввола жилкого воздуха через трубопровод 21.

П р е .!. м с т и з о б и е т е и и я

1. Способ получения загрязненного, приблизительно 70 р-ного кислороча двухступенчатой ректификапией воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого давления, включающий сброс давления технологттческого потока,чо давле Ия т(олонны низкого давления с производством работы, при котором поступа!ощий возлух охлаждают продуктами разделения и разделяют по меньптей мере на лва отде,чьных потока, из которых олин направляют непосредственно в пижнтото часть колонны срелнего лавления, от.ттт татотттс.т тем, что. с целью уменьшения расхода энергии, второй отделы!ый поток конлеисиру!от отводимым из колонны низкого лявлсния пречвярительно частично испарившимся загрязненным кислородом, после глубокого ох,чажления и после сброса давления охлаждают

403206

Фиа1 благодаря выпариванию верхнюю часть колонны среднего давления и направляют в колонну низкого давления и затем при помощи неочищенного кислорода из колонны среднего давления охлаждают верхнюю часть колонны среднего давления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть сконденсированного второго отдельного потока направляют как дополнительную обратную жидкость в колонну среднего давления.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что от охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока ответвляют дополнительный поток, который дросселируют прямо в колонну низкого давления.

4. Способ по пп, 1 — 3, по которому поступающий воздух разделяют на три отдельных потока, отличающийся тем, что третий отдельный поток расширяют с производством внешней работы и направляют в колонну низкого давления.

5. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что снижают давление части азота, получающегося в газообразной форме в колонне среднего давления в качестве головного продукта, и после отдачи холода удаляют из установки.

6. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, l0 что из средней части колонны среднего давления отбирают газообразную фракцию, расширяют с производством внешней работы и направляют в колонну низкого давления.

7. Способ по пп. 1 — 6, отличающийся тем, lS что загрязненный кислород из колонны низкого давления используют для охлаждения верхней части колонны среднего давления, прежде чем он конденсирует второй отдельный поток поступающего воздуха.