Способ разделения воздуха

" Юье,4 О П И"С А Й И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(5)М. Кл,с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Г 25 У 3/04 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2501,80.Бюллетень М 3 Дата опубликования описания 26,0180(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА Изобретение относится к технике разделения трудноконденсируемых газов, касается разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации и применяется, в основном, в5 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 11).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 2) .Осуществление этого способа обеспечивает получение высоких энергетических показателей при давлении перерабатываемого 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 циркуляци" онным потоком, деление воздуха на две части, расширение одной из них с получением внешней энергии, а другой - путем дросселировання, последующую их низкотемпературную рек"тификацию, часть воздуха перед дросселированием подвергают дополнительному сжатию, а циркуляцион ый поток перед его расширением подвергают охлаждению продуктами разделения и самим расширенным циркуляционным потоком,Наиболее рационально дополнительное сжатие может бЫть осуществленоотдельным компрессороЮ, приводимымэнергией воздушного детандера, приэтом существенно упрощается и удешевляется оборудование, необходимоекак 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(д -Т диаграмма) .Установка содержит следующие потоки, аппараты и устройства: поток1, компрессор 2, теплообменник 3,влагоотделитель 4, адсорбер 5 комплексной очистки, поток б, теплообменник Т; детандер 8, разделительныйаппарат 9 двукратной ректификации,дроссельный поток 10, компрессор11, водяной холодильник 12, теплообменник 13, дроссельный вентиль14, потоки 15 и 16, детандер 17,потоки 18 и 19, теплообменник 20, поток 21, циркуляционный теплообменник 22, поток 23, теплый коллектор.24, 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 компрессоре2 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 надва потока: один (поток 6) охлаждается в теплообменнике 7 и послерасширения в детандере 8 подается внижнюю 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,теплдобменниках 3, 7 и 13 и поступает через дроссельный вентиль 14 в колонну 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 (потоком 18),проходит через теплообменники 7 и 3,отдавая свой холод потоку воздуха ициркуляционному потоку. Часть обратного по;ока азота (поток 19) послетеплообменника 7 подается в теплообменник 20. Другая меньшая часть,поступающего из разделительного аппарата 9 азота (поток 21), нагреваетсяв 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 75 Ти 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 двечасти, основная (поток 18) охлаждается в теплообменнике 20, в холодильной установке 28, теплообменнике 7и расширяется в циркуляционном детандере 17 до давления обратного потокаазота на выходе из теплообменника13, Меньшая часть циркуляционного потока (поток 29) охлаждается в теплообменнике 22 и дросселируется черездроссельный вентиль 30 в разделительный аппарат 9.Ввод части циркуляционного азота(поток 29) через теплообменник 22 вразделительный аппарат 9 позволяетполучать одновременно чистый кислород, азот и аргон. Жидкие продуктыразделения - кислород (поток 31),азот (поток 32) и аргон (поток 33)выводятся непосредственно иэ раздели 40 тельного аппарата. Дополнительноесжатие дроссельного потока перерабатываемого воздуха до более высокого давления, чем давление воздуха,поступающего на детандер 8, позволя 45 ет уменьшить разность температурмежду прямым и обратным потокамив теплоббменнике 13 и за счет этогосущественно снизить потери от необратимости при теплообмене на низкотемпературном уровнеВ диаграмме Э -Т (фиг, 2) показанпроцесс теплообмена, происходящийв теплообменниках 3, 7 и 13. Построенный таким образом циклпри давлении основного детандерногопотока воздуха 1,5-4,5 МПа будетвысокоэффективным и при созданииустановки позволит комплектовать еецентробежными компрессорами,60 По расчетам использование предложенного способа позволит снизитьрасход энергии до 0,7-0,75 квт,чна 1 кг жидкого кислорода (с учетомразнесения затрат энергии на аргон65 н газообразный азот),6 711320 Формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бродянский В,М, Производствокислорода. Изд. Металлургия, М.,10 1973, с, 242,2, Авторское свидетельстял СССРпе заявке М 1756104,кл, Р 253/04,1972. Составитель В, Ивочкиакто Ф Се еб янский Тех е Н.Ковалева Бутяга Ко ек Заказ 8987/24 Тираж Г По ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРа ская наб . 4дписн Патент , г, Ужгород, ул, Проектная, 4 лиал Способ разделения воздуха, включающий его охлаждение продуктами разделения и расширенным циркуляционным потоком, деление воздуха на 5 две части, расширение одной иэ них с получением внешней энергии, а другой - путем дросселирования, последующую их низкотемпературную ректнфикацию с получением продуктов разделения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, часть воздуха перед дросселированием сжимают, а циркулянионный поток перед его расширением охлаждают продуктами разделения воздуха и расширенным циркуляционным потоком,