Способ разделения воздуха на газообразный кислород и азот

1 11 542899 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.2 Г 25,1 3/04 Государственный комитет Совета Министров СССРпо делам иэобретениРи открытий(71) Заявитель Московский институт химического машиностроения(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ГАЗООБРАЗНЫЙ КИСЛОРОД И АЗОТ1Изобретение относится к области производства продуктов разделения воздуха путем сжатия его и последующего разделения методом низкотемпературной ректификации.Оно может быть использовано в металлургической промышленности, энергетике и там, где применяется кислород, азот и,другие составляющие компоненты.Известны способы разделения воздуха, в которых используются процессы сжатия и расширения, теплообмена и массообмена, реализуемые в специальных аппаратах 11. Давление разделяемого воздуха составляет 5 - 6 бар, и удельный расход энергии на производство 1 м кислорода 0,4 - 0,42 квт ч/м.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ разделения воздуха на газообразный кислород и азот, включающий сжатие одной части воздуха до давления 2,7 - 2,9 бар и последующее предварительное разделение этой части методом низкотемпературной ректификации, сжатие другой части воздуха до давления 4,1 - 4,3 бар, конденсацию этой части и окончательное разделение обеих частей методом низкотемпературной ректификации с расширением предварительно сжатого газообразного азота в турбодетандоре на различных температурных уровнях для компенсации холодопотерь 2. Недостатком данного способа является, вопервых, то, что ту часть воздуха, которую сжимают до повышенного давления (4,2 - 4,6 бар) конденсируют полностью за счет ис парения кислорода, что вынуждает иметь значительные потери от необратимости процессов тепло-массообмена, во-вторых, для компенсации холодопотерь используют дополнительный азотный компрессор.10 С целью снижения удельного расхода энергии на разделение воздуха конденсацию воздуха, сжатого до 4,1 - 4,3 бар, ведут до получения газообразной фракции, обогащенной азотом до 92 - 93% с последующим расшире нием ее в турбодетандерах.На чертеже схематично изображена установка для разделения воздуха.Установка содержит турбокомпрессоры 1, 2,реверсивные теплообменники 3, 4, 5, 6, колон ну 7 предварительного разделения, колонну8 окончательного разделения, конденсатор азота 9, переохладители 10, 11, 12, подогреватель 13, конденсаторы воздуха 14, 15, сепараторы 16, 17, турбодетандеры 18, 19, теплооб менник 20, адсорбер 21.Воздух сжимают в турбокомпрессорах 1, 2до давлений соответственно 2,7 - 2,9 бар и 4,1 - 4,3 бар и подают в реверсивные теплообменники 3, 4, 5, 6, где охлаждают его от вла ги и двуокиси углерода. Воздух с давлением2,7 - 2,9 бар подают в колонну 7 предварительного разделения, где его разделяют на азот и кубовую жидкость. Азотную флегму для орошения колонны 7 предварительного разделения и колонну 8 окончательного разделения получают в конденсаторе азота 9. Газообразный азот отбирают сверху колонны 8 и после переохладителей 10, 11, 12 и подогревателя азота 13, выводят из установки через реверсивные теплообменники 3, 4, 5, 6. Жидкий кислород отбирают из куба колонны окончательного разделения. Продукционный кислород испаряют в конденсаторе воздуха 14, Тепло в конденсаторах 14, 15 подводят за счет конденсации воздуха, поступающего из реверсивных теплообменников 3, 4, 5, 6.В результате осуществления частичной конденсации части разделяемого воздуха в последовательно расположенных конденсаторах на выходе из конденсатора 14 получают газообразную фракцию с концентрацией азота до 92 - 93 по азоту, которую отделяют от жидкости в сепараторе 16. Потоки жидкости из сепараторов 16, 17 поступают соответственно в конденсатор 9 азота и в подогреватель 13, Газообразную фракцию, обогащенную азотом, подвергают в реверсивных теплообменниках 3, 4, 5, 6, после чего половину потока расширяют в турбодетандере 18 и присоединяют к отбросному азоту. Другую часть охлаждают в теплообменнике 20, а затем расширяют в турбодетандере 19. Незамерзаемость теплообмен.ников обеспечивается отбором части воздуха, который очищают от двуокиси углерода в адсорбере 21 и после охлаждения в подогревателе 13 азота смешивают с основным потокомвоздуха.Способ позволяет снизить удельный расходэнергии на разделение воздуха на газообраз 5 ные продукты по сравнению с известнымиспособами на 4 - 6.Формула изобретения10 Способ разделения воздуха на газообразный кислород и азот, включающий сжатие одной части воздуха до давления 2,7 - 2,9 бар и последующее предварительное разделение этой части методом низкотемпературной рек тификации, сжатие другой части воздуха додавления 4,1 - 4,3 бар, конденсацию этой части и окончательное разделение обеих частей методом низкотемпературной ректификации с расширением предварительно сжатого 20 газообразного азота в турбодетандерах на различных температурных уровнях для компенсации холодопотерь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения удельного расхода энергии на разделение воздуха, конденсацию 25 воздуха, сжатого до 4,1 - 4,3 бар, ведут до получения газообразной фракции, обогащенной азотом до 92 - 93 с последующим расширением ее в турбодетандерах.30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:11, Патент США Мо 3.535,887, кл. 62-22,1970.2. Авторское свидетельство СССР35 Мо 431373, М. Кл. 1. 27,1 3/04, 1970,