Способ разделения воздуха

 

"- а.

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280673 (21) 1942294/23-26 (53)М. Кл, с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

F 25 У .3/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 621.593 (088,8) Опубликовано 25,01.80. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 26,0180 (72) Автор изобретения

Э . Е. Ольшанский (73) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

Изобретение относится к технике разделения трудноконденсируемых газов, касается разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации и применяется, в основном, в

5 установках разделения воздуха большой производительности.

Известен способ разделения воздуха методом ниэкотемпературной ректификации, включающий охлаждение воздуха продуктами разделения и частью расширенного потока, расширение воздуха и дальнейшую ректификацию f1), Для этого способа характерен повышенный расход энергии на разделение.

Известен также способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации, включающий охлаждение воздуха продуктами разделения 20 и расширенным циркуляционным пото.— ком, деление воздуха на две части, расширение одной из них, с получением внешней энергии, а другой части путем дросселирования,и последующую их ректификацию (2j .

Осуществление этого способа обеспечивает получение высоких энергетических показателей при давлении петтерабатываемого воздуха 6-15 мПа.

Однако такое давление существенно затрудняет применение центробежных компрессоров, наиболее предпочтительных с точки зрения удобства эксплуатации.

Использование для сжатия воздуха комбинации центробежного компрессора с дожимающим поршйем, повышая эффективность процесса сжатия, приводит к некоторому усложнению оборудования и ухудшает условия эксплуатации.

Бель изобретения — снижение энергозатрат при одновременном получении газообразных и жидких продуктов разделения воздуха и, упрощение компрессорного оборудования.

Это достигается тем,что в известном способе разделения воздуха,включающем охлаждение воздуха продуктами разделения и расширенным циркуляционным потоком, деление воздуха на две части, расширение одной из них с получением внешней энергии, а другой — путем дросселировання, последующую их низкотемпературную ректификацию, часть воздуха перед дросселированием подвергают дополнительному сжатию, а циркуляцион ый поток перед его расширением подвер711320 гают охлаждению продуктами разделения и самим расширенным циркуляционным потоком.

Наиболее рационально дополнительное сжатие может бЫть осуществлено отдельным компрессороЖ, приводимым энергией воздушного детандера, при этом существенно упрощается и удешевляется оборудование, необходимое как для дополнительного сжатия дроссельного потока, так и для эффективного торможения воздушного детандера.

На фиг. 1 показана установка,реализующая предлагаемый способ раздеения воздуха, принципиальная схема; на фиг, 2 - процесс теплообмена (G -Т диаграмма) .

Установка содержит следующие потоки, аппараты и устройства: поток

1, компрессор 2, теплообменник 3, влагоотделитель 4, адсорбер 5 комплексной очистки, поток 6, теплообменник Т; детандер 8, разделительный аппарат 9 двукратной ректификации, дроссельный поток 10, компрессор

11, водяной холодильник 12, теплообменник 13, дроссельный вентиль

14, потоки 15 и 16, детандер 17,потоки 18 и 19, теплообменник 20, поток 21, циркуляционный теплообменник 22, поток 23, теплый коллектор24, потоки 25 и 26, компрессор 27, холодильную установку 28, поток 29, дроссельный вентиль 30, потоки 31, 32, и 33.

Установка работает следующим образом.

Перерабатываемый воздух (поток 1) сжимается в воздушном компрессоре

2 до давления 1,5-4,5 МПа, охлаждается в теплообменнике 3 и через влагоотделитель 4 направляется в адсорбер 5 комплексной очистки, где очищается от влаги, углекислоты и других оастворимых в,воздухе примесей.

Очищенный воздух разделяется на два потока: один (поток 6) охлаждается в теплообменнике 7 и после расширения в детандере 8 подается в нижнюю колонну разделительного аппарата 9 двукратной ректификации.Другая часть воздуха (дроссельный поток 10) дожимается в компрессоре 11, являющемся тормозом воздушного детандера 8, и последовательно охлаждается в водяном холодильнике 12, теплообменниках 3, 7 и 13 и поступает через дроссельный вентиль 14 в колоМну 9 аппарата двукратной ректификации, Выходящий иэ верхней колонны аппарата 9 газообразный азот (поток 15) разделяется на два потока. Основное количество азота (поток 16) подвергается в теплообменнике 13 охлаждению дроссельным потоком воздуха (потоком 10), смешивается с азотом, выходящим иэ детандера 17 (floToKQM 18), проходит через теплообменники 7 и 3, отдавая свой холод потоку воздуха и циркуляционному потоку. Часть обратного по;ока азота (поток 19) после теплообменника 7 подается в теплообменник 20. Другая меньшая часть, поступающего из разделительного аппарата 9 азота (поток 21), нагревается в циркуляционном теплообменнике 22.

В этом же теплообменнике осуществляетоя нагрев продукционного газообразного кислорода (поток 23), выводимого несжатым.

Поток нагретого газообразного азота из теплообменников 3, 20, 22 поступает в теплый коллектор 24, откуда осуществляется отбор продукционного азота потребителем (поток 25) и отбор циркуляционного азота (поток 26) в компрессор 27 циркуляционного потока.

20 Сжатый в компрессоре 27 до давления 0,6-1,4 МПа азот делится на две части, основная (поток 18) охлаждается в теплообменнике 20, в холодильной установке 28, теплообменнике 7 и расширяется в циркуляционном детандере 17 до давления обратного потока азота на выходе из теплообменника

13. Меньшая часть циркуляционного LIo тока (поток 29) охлаждается в теплообменнике 22 и дросселируется через дроссельный вентиль 30 в разделительный аппарат 9.

Ввод части циркуляционного азота

{поток 29) через теплообменник 22 в разделительный аппарат 9 позволяет получать одновременно чистый кисло-. род, азот и аргон. Жидкие продукты разделения - кислород (поток 31), азот (поток 32) и аргон (поток 33) выводятся непосредственно иэ раздели40 тельного аппарата. Дополнительное сжатие дроссельного потока перерабатываемого воздуха до более высокого давления, чем давление воздуха, поступающего на детандер 8, позволя45 ет уменьшить разность температур между прямым и обратным потоками в теплообменнике 13 и за счет этого существенно снизить потери от необратимости при теплообмене на низко О температурном уровне °

В диаграмме > -Т {фиг, 2) показан процесс теплообмена, происходящий в теплообменниках 3, 7 и 13.

Построенный таким образом цикл при давлении основного детандерного потока воздуха 1,5-4,5 МПа будет высокоэффективным и при создании установки позволит комплектовать ее центробежными компрессорами, 60 По расчетам использование предложенного способа позволит снизить расход энергии до 0,7-0,75 квт,ч на 1 кг жидкого кислорода (с учетом разнесения затрат энергии на аргон

65 и газообразный азот), 6

711320

Формул а и з обрет ени я

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Бродянский В,М, Производство кислорода. Изд. Металлургия, N., fP 1973, с, 242, 2. Авторское свидетельство СССР ре заявке М 1756104,кл . F 25 J 3/04, 1972.

Составитель В, Ивочкин

Редакто Ф Се еб янский Тех е Н.Ковалева Ко екто В. Бутяга

Заказ 8987/24 Тираж f?5

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по дел ам и з обр ет ений и от крыт и й

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб

Подписное

4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ разделения воздуха, включающий его охлаждение продуктами разделения и расширенным циркуляциоиным потоком, деление воздуха на 5 две части, расширение одной иэ них с получением внешней энергии, а другой - путем дросселирования, последующую их низкотемпературную ректи4икацию с получением продуктов разделения, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, часть воздуха перед дросселированием сжимают, а циркуляцион ный поток перед его расширением охлаждают продуктами разделения воздуха и расширенным циркуляционным потоком,