Патент ссср 417959

 

4l7959

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

СОВЬЮ 1б&отских

Социал истк ческий

Реслублик

Зависимый от патента М

Заявлено 20.Х.!970 (¹ 1484894 23-26) М, Кл, F 25j 3/04

Приоритет 20.Х.1969, ¹ 83730/69, Япония

Государственный комитет

Саввта Министров СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 28.11.1974. Бюллетень ¹ 8

УДК 621.59(088.8) Дата опуолпк -:11ан1151 оппсзн11.1 11.",П.1974

Авторы изобретения

11ностр" нцы

Акира Тояма, Ицурс Мацумото и Тецуо Изумичи (Япония) 11ност11анная фирма

«Кобе Стил Лтд» (Япония) Заявитель

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА С ПОЛ УЧЕН И ЕМ

ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО АЗОТА

Изобретение относится к технике глубокого охлаждения и касается разделения воздуха с получением газообразного и жидкого азота.

Известен способ получения газообразного азота и сжиженного азота при давлении, превышающем атмосферное, с использованием колонны однократной ректификации, который включает сжижение выходящего из верхней части колонны газообразного азота посредством теплообмена с неочищенным газом, подаваемым из нижней части колонны. При этом для обеспечения процесса теплообмена используют конденсатор-испаритель. Большую часть указанного потока неочищенных газов после его прохода через воздушный ожижитель разделяют на две части, одну из которых направляют в реверсивный теплообменник в виде нагревательного газа с последующим соединением и смешением ее с остальной частью указанных разделенных газов. После этого смесь подают в турбодетандер для получения холода в количестве, необходимом для введения в действие установки.

Выходящий из турбодетандера неочищенный газ пони?кеннан температуры смешивают с остальной частью газа, который отделяетс51 по выходе из указанного конденсатора-нспарителя. Эту с.;1есь газов через воздушный o?KEIжитель и реверсивный теплообменник подают на выход установки.

С целью увеличения эффективности процесса неочшцеш|ый газ, полученный из сжиженного воздуха после конденсатора-испарителя, разделяют Ila две первоначальных части, од5 ну из этих первоначальных частей разделяют на две дополннтечьные части, используют одну из этих дополнительных частей для охлаждения сжатого воздуха, пропуская через реверсивный теплообменнпк, смешивают с

10 оставшейся дополнительной частью газа, эту смесь расширяют для получения охлаждения, объединяют с оставшейся первоначальной частью газа, и эту смесь используют для сжижения воздуха, пропуская через устройство

1 сжиженпя воздуха, и затем — для охлаждения сжатого воздуха, пропуская через реверсивный теплообменник. Перед разделением одной из первоначальных частей неочищенного газа на две дополнительные части указан20 ную первоначальную часть используют для сжижения воздуха, пропуская через устройство для сжпження воздуха.

Осуществляя указанное разветвление пото25 ков, можно установить опп1мал1ную величину рабочего давления в конденсаторе-испарителе. Кроме того, можно отрегулировать наилучшим образом турбодетандер в отношении объемной скорости потока и количества полу30 чаемого холода.

417959

На чертеже дана схема технологической установки, обеспечивающей получение газообразного или сжиженного азота по предлагаемому способу.

Согласно схеме воздух из атмосферы поступает во всасывающую трубу 1, а затем в компрессор 2, где его сжимают (в том случае, когда нужно получить только газ, давление в компрессоре доводят до 6 — 7 кг/сл-, а при производстве сжиженного азота одновременно с обычным азотом давление в компрессоре составляет 8 — 9 кг/слР) до нужного давления, и дальше направляют по трубе 3, через зоны

4 и 5 соответственно повышенной и пониженной температуры реверсивного теплообменника. При прохождении по указанному пути воздух проходит через стадию теплообмена со встречным потоком газа и затем через стадию охлаждения до точки, близкой к точке сжи>кения. После этого воздух, пройдя обратный клапан 6 и адсорбирующее устройство 7, попадает в нижнюю часть ректификационной колонны 8. В адсорбере 7 происходит очистка воздуха от содержащихся в нем загрязняющих примесей, таких как СО, углеводород и т. п. В колонне 8 процесс ректификации происходит обычным путем. В результате воздух разделяется на две части, а именно: на сжиженный воздух, содержащий большое количество кислорода и выходящий из нижней части колонны, и на высокой чистоты азот, который выходит из верхней части колонны. С колонной 8 соединен воздушный ожижитель 9. В ожижителе 9 воздух, поступающий по трубе 10, за счет теплообмена с текущим навстречу газом сжижается. Сжижеп IbIé газ возвращают в нижнюю часть колонны 8 по трубе 11.

Богатый кислородом с>киженный воздух накапливается в нижней части колонны и затем по трубе 12 поступает на газожидкостный фильтр 13, где происходит адсорбция и удаление остаточных загрязнений (CO>, углеводорода и др.). Затем при прохождении сжиженного газа через клапан 14 регулировки объемной скорости потока его давление поHH?KBIoT до 3 — 4 кг/сл, и газ наконец поступает в наружный цилиндр 15 конденсатораиспарителя. Поступивший в конденсатор-испаритель сжиженный газ проходит стадию теплообмена с азотом высокой чистоты, поданным во внутренний цилиндр 16 конденсатора-испарителя с верхней части колонны 8 по трубе 17. При этом азот высокой чистоты конденсируется, и его подают по трубе 18 обратнб в верхнюю часть колонны 8. Одновременно сжиженный воздух испаряется, и его удаляют по трубе 19 в виде неочигценного газа. Большая часть идущего по трубе

19 неочищенного газа поступает в трубу

20 и по FI(. é в воздушный ожижитель 9. После трубы 21 неочищенный газ делят на две части, одна из которых идет на регулирующий клапан 22 и дальше по трубе 23 и в виде нагревательного газа

4 поступает в низкотемпературную зону 5 реверсивного теплообменшика, обеспечивая конденсацию и удаление углекислого газа, содержащегося в исходном воздухе из атмосферы. При этом неочищенный газ сам нагревается, выходит по трубе 24 и затем через регулирующий клапан 25 поступает в турбодетандер 26.

Остальная часть неочищенного газа идет через регулирующий клапан 27, соединяется с нагретым газом и, пройдя регулирующий клапан 25, поступает в турбодетандер 26.

Поступивший в турбодетапдер 26 пеочищеншяй газ расширяют примерно до атмосферного давления, при этом производимая им термодинамическая наружная работа создает значительный перепад температуры неочищенного газа, что обеспечивает получение холода в количестве, которое требуется для технологического процесса при работе установки, Неочищенный газ течет по трубам 28 и 29, вновь поступает на воздушный ожижитель 9 и дальше через трубу 30 и обратный клапан 6 идет в зоны 4 и 5 реверсивного теплообменника, где происходит теплообмен с подаваемым из атмосферы воздухом, в результате чего температура газа пони>кается до комнатной, и он удаляется из установки по трубе 31.

Остальную часть вышедшего из конденсатора-испарителя неочищенного газа направляют через регулирующий клапан 32 обходной линии трубопровода и затем соединяют с неочищенным газом, выходящим из турбодетандера. Клапан 32 взаимодействует с регулирующими клапанами 22 и 27 и выполняет функции регулятора различных факторов, например, регулирует рабочее давление в конденсаторе-испарителе, а также объемную скорость потока и количество получаемого холода в турбодетапдере. Иными словами, регулируя клапан 32, можно получить требуемую объемную скорость потока неочищенного газа по трубе 20 в направлении турбодетандера. Кроме того, посредством взаимодействия регулирующего клапана 22, установленного на нагретой части трубопровода, с регулирующим клапаном 27, установленным в линии трубопровода, по которому неочищенный газ идет непосредственно на турбодетандер 26, можно контролировать как объемную скорость потока неочищенного газа по каналу нагрева этого газа, так и объемную скорость потока, идущего непосредственно на турбодетандер. В предлагаемом способе контролируется также температура на входе и выходе турбодетандера и количество получаемого .îëîäà. Следует отметить, что наличие трех клапанов 32, 22 и 27 обеспечивает контроль давления внутри наружного цилиндра 15 конденсатора-испарителя и температуры неочищенного газа. Кроме того, с помощью указанных клапанов 32, 22 и 27 можно контрол IpOBBTb Tt eHHe B KoJ>oHHe 8, T KBK давление чистого азота, подлежащего сжи417959

6 жени)0 посрсдстВОм теплооб меня, IT331cllBOTcB в зависимости от температуры нсочнщс)щого газа внутри указанного наружного ннлиндра 15.

H0JI) ченный BB3006P33HBIH ЯЗОт ВысокоЙ чистоты из верхней части колонны 8 идет по трубе 33 в воздушный ожи?китель 9 и затем по трубе 34 в зоны 5 и 4 реверсивного теплообменника, где температура полученного азота понижается до комнатной и азот выходит по трубе 35 при давлении, которое несколько ниже давления подаваемого воздуха.

Сжиженный азот высокой чистоты отводят по трубе 36 в хранилище 37 н выводят llo трубе 38 в качестве продукта.

В том случае, когда по предлагаемому способу получают газообразный азот, установка работает при давлении подаваемого воздуха порядка 6 — 7 кг/сл, когда же предусматривается производство одновременно газоооразного азота и с?киженного азота, используют регулирующие клапаны, которые осуществляют ну?кную регулировку и контроль. При этом объемная скорость потока в турбодетандсрс повышается (по сравнсни)о с ес значением при производстве только газообразного азота) до требуемого значения одновременно повышается давление со стороны неочищенного газа внутри конденсатора-испарителя.

Кроме того, для обеспечения эффективной работы установки в сво)о очередь рабочее давление в колонне и давление подаваемого воздуха значительно повышаются (порядка

8 — 9 кг/с,!Р) .

Предмет изобретения

Способ разделения воздуха с получением газообразного и жидкого азота, имеющего давление выше, чем атмосферное давление, включающий очистку и охлаждение сжатого

Воздух l прпбл изптсл!зно до то !кп сжнж(.Illlë пропуска:);;см этсго воздуха через рсвсрснвныс тсплообмснннкн, разделение воздуха в еолоннс О 1нокрaxIIO) 1зектифпкяции на жидI;IIII возду, обогащенный кислородом, н газообразный азот, сжнжение газообразного воз I) ?:B В стрОЙстВс для с?кижения Возд1 хя н

ВОЗВРЯТ С?КИ?КЕ1!НОГО ВОЗДУХЯ В К0.10)III), ВЫвод газообразного азота нз верхней части

10 колош)ы, сжнжение по крайней мере части извлеченного га3îîáðазного азота в конденсаторе-иснари еле с помощью сжиженного воздуха. выведенного из нижней части колонны, возврян)с lli(сжиженного азота в колон15 ну и BBIHO;I, )ас) II сжиженного азота нз колонны В I()) )cc1 Вс продуктОВОГО жид!(ОГО ЯЗOта, О т л Ii 1 Я 10 ill, li Й с и тсм, то, с 1)с,7 bio Увсличен!Ич эффективности процесса, нсоч) цен)lый Гяз, 1 0.!у IснньlЙ из сжи?ксннОГО Воздуха, 20 после конденсатора-нспаритсля разделяют на две первоначальных чясп), одну из этих nepB0Hачяльных частей разделяют на две допо1)щтельныс )асти, используют одну из этих дополните:и ных частей для охлаждения сжя25 того воздуха, »pcпуская через рсверсивный (еплообмснннк cìcøèBBIOT, с оставшейся дополнительной частью газа, эту смесь расширяют для получения охлаждения, ooьеднняют с оставшейся псрвонача,üíîé частью газа, и

30 получснну)0 смесь используют для сжижсння воздуха, пропуская через устройство сжн?кения воздуха, и зятем — для охлаждс ия сжатого воздуха, пропуская через тсплообменник.

35 2. Способ по и. 1, отличающиliся тем, что перед разделением одной нз первоначальных частей неочищенного газа на две дополнительные части указанную первоначальную часть используюг для сжижения воздуха, 40 IlpoII) ñ)(BII через 3 стрОйстВО Для сжижения воздуха.

Составитель Г. Вахтюкова

Редактор К. Вейсбейи

Текред Г. Васильева

Корректор Л. Царькова

Заказ 1642 16 Изд. № 1312 Тнракк 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

IIo делам изобретений и открьпий

Москва, jl(-35, Раушская наб., д. 4,"5 типография, пр. Сапунова, 2