Способ получения жидкого и газообразного, обогащенного кислородом продукта разделения воздуха в установке разделения воздуха, и установка разделения воздуха - заявка 2016147701 на патент на изобретение в РФ

1. Способ низкотемпературного разделения воздуха, при котором применяют установку (100) разделения воздуха с главным теплообменником (3) и системой дистилляционных колонн (6, 7), которая включает одну действующую на первом уровне давления колонну (61) высокого давления, одну действующую на втором, более низком уровне давления колонну (62) низкого давления, и смесительную колонну (7), и при котором
- из колонны (62) низкого давления отводят в жидком состоянии обогащенный кислородом поток (n) с первым содержанием кислорода, и с этим первым содержанием кислорода в жидком состоянии подают в смесительную колонну (7),
- кроме того, в смесительную колонну (7) подают первый поток (h) сжатого воздуха в газообразном состоянии, и пропускают в смесительной колонне (7) в противоточном режиме навстречу обогащенному кислородом потоку (n) с первым содержанием кислорода,
- из головной части смесительной колонны (7) отбирают обогащенный кислородом поток (о) со вторым содержанием кислорода ниже первого содержания кислорода, и выводят из установки (100) разделения воздуха,
- формируют первый поток (h) сжатого воздуха с использованием воздуха, который сжимают до исходного уровня давления свыше первого уровня давления, и после этого охлаждают до первого уровня температуры, на первом уровне температуры подводят в первую турбину (4) и расширяют в первой турбине (4), и
- из установки (100) разделения воздуха, по меньшей мере частично, выводят жидкий обогащенный кислородом продукт разделения воздуха,
отличающийся тем, что
- в колонну (61) высокого давления подают второй поток (g) сжатого воздуха, который также формируют с использованием сжатого до исходного уровня давления, и после этого охлажденного до первого уровня температуры и расширенного в первой турбине (4) воздуха,
- в колонну (62) низкого давления подают третий поток (f) сжатого воздуха, который формируют с использованием воздуха, который подвергают сжатию до исходного уровня давления, и после этого охлаждают до второго уровня температуры, на втором уровне температуры подают во вторую турбину (5), расширяют во второй турбине (5), и дополнительно охлаждают в главном теплообменнике (3) до третьего уровня температуры,
- воздух расширяют в первой турбине (4) до первого, и во второй турбине (5) до второго уровня давления, и смесительную колонну (7) эксплуатируют на первом уровне давления или на третьем уровне давления, который отличается от первого уровня давления не более чем на 1 бар (0,1 МПа), и
- причем первый уровень температуры по меньшей мере на 20 К находится ниже второго уровня температуры.
2. Способ по п.1, при котором в колонну (62) высокого давления подают четвертый поток (f) сжатого воздуха, который формируют с использованием воздуха, который сжимают до исходного уровня давления, и после этого охлаждают до третьего уровня температуры и расширяют с помощью дросселя.
3. Способ по п. 1 или 2, который включает первый технологический режим и второй технологический режим, причем
- в первом технологическом режиме из установки (100) разделения воздуха выводят жидкий обогащенный кислородом продукт разделения воздуха в большем количестве, чем во втором технологическом режиме, и
- в первом технологическом режиме во второй турбине (5) расширяют большее количество воздуха, чем во втором технологическом режиме, и одновременно с этим третий поток (f) сжатого воздуха в первом технологическом режиме включает такое же большое количество воздуха, как во втором технологическом режиме.
4. Способ по п.3, при котором из колонны (61) высокого давления отбирают один или несколько обогащенных азотом потоков (l, q) и выводят из установки (100) разделения воздуха, причем количество воздуха, расширенного во второй турбине (4) и в то же время содержащегося в третьем потоке (f) сжатого воздуха, регулируют таким образом, что сумма количества расширенного во второй турбине (4) и в то же время содержащегося в третьем потоке (f) сжатого воздуха, и количества обогащенного или обогащенных азотом потока(-ов) (l, q) в первом технологическом режиме соответствует 12-18 процентам, а во втором технологическом режиме - 0-8 процентам подаваемого в систему дистилляционных колонн (6, 7) совокупного количества воздуха.
5. Способ по п. 3, при котором весь подводимый в систему дистилляционных колонн (6, 7) воздух доводят до исходного уровня давления с использованием главного воздушного компрессора (2).
6. Способ по п.5, при котором в первом технологическом режиме через главный воздушный компрессор (2) пропускают большее количество воздуха при более высоком давлении, чем во втором технологическом режиме.
7. Способ по п.1, при котором расширяемый в первой турбине (4) и во второй турбине (5) воздух подают в первую турбину (4) и во вторую турбину (5) на одном и том же уровне давления.
8. Способ по п. 3, при котором исходное давление в первом технологическом режиме на величину от 1 до 10 бар превышает исходное давление во втором технологическом режиме.
9. Способ по п. 1, при котором исходный уровень давления составляет от 6 до 15 бар (абс.), первый уровень давления от 4,3 до 6,9 бар (абс.) и второй уровень давления от 1,3 до 1,7 бар (абс.).
10. Способ по п.1, при котором первый уровень температуры предпочтительно составляет от 110 до 140°С, второй уровень температуры от 130 до 240°С, и третий уровень температуры от 97 до 102°С
11. Способ по п.1, при котором первую турбину (4) и/или вторую турбину (5) тормозят с использованием генератора, бустера и/или масляного тормоза.
12. Способ по п.1, при котором первое содержание кислорода составляет от 99 до 100 мольных процентов, и второе содержание кислорода составляет от 80 до 98 мольных процентов.
13. Способ по п.1, при котором первая турбина (4) и вторая турбина (5) представляют собой турбины с переменным числом оборотов.
14. Установка (100) разделения воздуха с главным теплообменником (3) и системой дистилляционных колонн (6, 7), которая включает одну рассчитанную на эксплуатацию на первом уровне давления колонну (61) высокого давления, одну рассчитанную на эксплуатацию на втором, более низком уровне давления колонну (62) низкого давления, и смесительную колонну (7), и в которой предусмотрены устройства, которые рассчитаны на то, чтобы
- из колонны (62) низкого давления отводить в жидком состоянии обогащенный кислородом поток (n) с первым содержанием кислорода, и с этим первым содержанием кислорода в жидком состоянии подавать в смесительную колонну (7),
- кроме того, в смесительную колонну (7) подавать первый поток (h) сжатого воздуха в газообразном состоянии, и пропускать в смесительной колонне (7) в противоточном режиме навстречу обогащенному кислородом потоку (n) с первым содержанием кислорода,
- из головной части смесительной колонны (7) отбирать обогащенный кислородом поток (о) со вторым содержанием кислорода ниже первого содержания кислорода, и выводить из установки (100) разделения воздуха,
- формировать первый поток (h) сжатого воздуха с использованием воздуха, который подвергнут сжатию до исходного уровня давления свыше первого уровня давления, и после этого охлажден до первого уровня температуры, на первом уровне температуры подведен в первую турбину (4) и расширен в первой турбине (4), и
- из установки (100) разделения воздуха, по меньшей мере частично, выводить жидкий обогащенный кислородом продукт разделения воздуха,
отличающаяся тем, что содержит устройства, которые рассчитаны на то, чтобы
- в колонну (62) высокого давления подавать второй поток (g) сжатого воздуха, который также сформирован с использованием сжатого до исходного уровня давления, и после этого охлажденного до первого уровня температуры и расширенного в первой турбине (4) воздуха,
- в колонну (62) низкого давления подавать третий поток (f) сжатого воздуха, и который сформирован с использованием воздуха, который подвергнут сжатию до исходного уровня давления, и после этого охлаждается до второго уровня температуры, на втором уровне температуры подается во вторую турбину (5), расширяется во второй турбине (5), и дополнительно охлаждается в главном теплообменнике (3) до третьего уровня температуры,
- расширять воздух в первой турбине (4) до первого, и во второй турбине (5) до второго уровня давления, и смесительная колонна (7) эксплуатируется на первом уровне давления или на третьем уровне давления, который отличается от первого уровня давления не более чем на 1 бар, и
- причем первый уровень температуры по меньшей мере на 20 К находится ниже второго уровня температуры.
15. Установка (100) разделения воздуха по п.14, которая рассчитана на эксплуатацию в первом технологическом режиме и во втором технологическом режиме, для чего предусмотрены устройства, которые рассчитаны на то, чтобы
- в первом технологическом режиме из установки (100) разделения воздуха выводить жидкий обогащенный кислородом продукт разделения воздуха в большем количестве, чем во втором технологическом режиме, и
- в первом технологическом режиме во второй турбине (5) расширять большее количество воздуха, чем во втором технологическом режиме, так что тем самым третий поток (f) сжатого воздуха в первом технологическом режиме включает такое же большое количество воздуха, как во втором технологическом режиме.
Наверх