Способ разделения воздуха

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 4 Р 25 Г 3/04 ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71 ) Ленинградский ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологическийинститут холодильной промьппленности(54)(57) 1, СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА, включающий сжатие воздуха, его охлаждение, разделение потока воздуха на прямой и петлевой потоки, охлаждение петлевого потока, совместную подачу потоков на разделение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения степени извлечения технологического кислорода, пет-, левой поток дополнителвно охлаждают с помощью внешнего источника охлаждения, в качестве которого преимущественно используют жидкую окись углерода.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю - , щ и й с я тем, что, с целью получения в жидком виде технического кислорода и чистого азота, их охлаждают Ж жидкой окисью углерода.Изобретение относится к низкотемпературной технике разделения возду- ха и связано с водородной энергетикой и утилизацией холода регазифицируемых жидких криопродуктов.При получении газообразного водорода методом газификации твердого топлива одновременно с водородом получают окись углерода. Эти два компонента являются основными составляющими получаемой газовой смеси. Выделенные из этой смеси водород и окись углерода ожижаются на месте получения и транспортируются в жидком виде по криоэнергопродуктопроводу в район потребления. Перед использованием окиси углерода в местах потребления возникает проблема утилизации холода аккумулированного в жидкой окиси углерода наиболее эффективным путем. Одним из таких путей может явиться использование холода, регазифицируемой жидкой окиси углерода, для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде.Цель изобретения - увеличениестепени извлечения технологического .кислорода и получение в жидком видетехнического кислорода и чистогоазота,На чертеже показана принципиальная схема воздухораэделительной ус"тановки, в которой реализуется предлагаемый способ разделения воздуха.Установка содержит воздушный турбокомпрессор 1, кислородные 2 и азотные 3 регенераторы, теплообменник 4петлевого потока воздуха, расположенный в дополнительном криогенномблоке, переохладитель-подогреватель5 азота, ректификационные колоннывысокого б давления и низкого 7 давления, конденсатор-испаритель 8 колонну 9 чистого азота, теплообменники технического 10 кислорода и чистого 11 азота, газодувки 12 и 13,теплообменник 14 окиси углерода,теплообменник 15 технического кислорода, теплообменник 16 чистого азота,геплообменник 17 и турбодетандер 18,Способ осуществляют следующим образом.Атмосферный воздух сжимают в турбокомпрессоре 1 до давления50 20 25 30 35 40 45 50 очищается от содержащихся в нем примесей Н,О и СО , которые вымерзают на насадке регенератора. Из азотных регенераторов 3, незабиваемость которых в отношении СО обеспечивает 2ся по методу тройного дутья, отво,цится иетлевой поток воздуха, который поступает в теплообменник 4 пет,певого потока, расположенньй в дополнительном криогенном блоке. В этом теплообменнике "петлевой" поток воздуха охлаждается и частично конденсируется за счет регаэификации жидкой окиси углерода СО и подогрева ее до 150-155 К, Далее петлевой поток смешивают с остальным потоком воздуха, прошедшим через регенераторы, и подают на разделение в колонну 6Разделение воздуха осуществляют методом двухкратной ректификации с использованием колонны б высокого давления" ( Р = 0,6 МПа ), колонны 7 низкого давления (Р = 0,12-0,15 МПа) и конденсатора-испарителя 8. Небольшое количество чистого газообразного азота 1 г получают в дополнительной колонне 9, Поток технопогического кислорода О с концентрацией 95% 0из колоний 7 направляют в кислородные регенераторы, Технический О, содержащий 99,5 % О, и чистый газообразный М 99,98% Н ) подогревают до температуры, близкой к температуре окружающей среды, соответственно втеплообменниках 10 и 11, Поток технического О после дополнительного поджатия в гаэодувке 3 охлаждают и конденсируют в теплообменниках 141 Си 5, Для охлаждения и конденсациичистого азота и технического О ис 2пользуют холод регазифицируемой жид. кой СО, которую подают вустановку при Р = 0,16 МПа. Поток окиси углерода, регаэифицированный в теплообменнике 4, подают затем в среднюю часть теплообменника 15 и подогревают после смешения с вторым потоком окиси углерода до температуры,близкой к температуре окружающейсреды. После теплообменника 14 этипотоки смешивают с потоком окиси углерода, выходящим из теплообменника 16, и направляют потребителю. Работа установки низкого давления, реализующей предлагаемый способ может осуществляться в различных режимах, 121 ЗЗ 2 З40 45 50 55 При подаче регазифицируемой СО втеплообменники 4 и 15 технический0 получают в жидком виде, а остальные продукты разделения воздухатехнологический О и чистый 11 - вгазообразном.В случае подачи потока регазифицируемой СО в теплообменники 4,15и 16 наряду с жидким техническим 0в жидком виде отводят и чистый 11,При отключении узла регазификации жидкой СО, включающего теплообменники 4,14, 15 и 16, петлевой поток воздуха направляют в теплообменник 17, где он подогревает детандерный поток воздуха, который отбираютиз нижней части колонны 6 и послетеплообменника 17 расширяют до Р- 0,13-0,15 МПа в турбодетандере 18,П р и м е р 1. Атмосферный воздухсжимают в турбокомпрессоре 1 до давления 0,65 МПа и направляют на охлаждение осушку и очистку от СО Вкислородные 2 и азотные 3 регенераторы. Незабиваемость азотных регенераторов в отношении СО обеспечиваютпутем их работы по схеме тройногодутья, Петлевой поток воздуха отводят из середины азотных регенераторов в количестве около 11 7, от всего объема перерабатываемого воздухапри 160 К и направляют в теплообменник 4, где его охлаждают и частичноконденсируютстепень сухостих0,97), используя холод регазифицируемой жидкой СО, которую подаютв него в качестве обратного потокав количестве О, 0304 моль при Р= 0,16 МПа и 86 К,Воздух, выходящий иэ теплообменника 4 смешивают с остальной частьювоздуха, прошедшего регенераторы, ивесь поток перерабатываемого воздуха подают на предварительное разделение в колонну 6 высокого давления.Незначительное количество воздуха после регенераторов направляют впереохлэдитель-подогреватель 5 длярегулирования температуры азота,поступающего в азотные регенераторы. Полученные в колонне 6 потоки кубовой жидкости и азотной фпегмы, после прохождения через переохладитель 5 дросселируют до Р = 0,13 - 0,15 МПа и направляют в колонну 7 низкого давления.В результате разделения из колонны 7 отводят технологический кисло 5 10 15 20 25 30 35 род чистотой 953 О. в количестве0,1565 моль и из конденсатора-испарителя 8 - технический кислородчистотой 99,57. О в количестве0,057 моль, При этом содержание кислорода в отбросном азоте не превышаает 0,5 7 О. Незначительное. количество чистого газообразного И(0,00814 моль) под давлением около0,5 МПа и чистотой 99,987 М отводят из азотной колонны 9. Потокичистого 11 и технического Оподогревают в теплообменниках 10 и 11 дотемпературы, близкой к температуреокружающей среды, охлаждая потоквоздуха сквозной .петли, отводимойиз азотных регенераторов, которыйперед теплообменниками дополнительноподжимают до Р = 0,65 МПа с помощью газодувки 12,В режиме получения газообразногОчистого 11, поток азота отводят потребителю после теплообменника 11,Поток технического О после теплообгменника 1 О подхдмают газодувкой 13до Р = 0,12-0,13 МПа, последовательно охлаждают и конденсируют в теплообменниках 14 и 15, Отводимый из теп.лообменника 15 жидкий техническийО направляют потребителю. Для конденсации 0 в теплообменник 15 при= 0,16 МПа подают 0,066 моль жидкой окиси углерода. После ее испарения к ней в средней части теплообменника 15 присоединяют поток СО,выводимый иэ теплообменника 4. Регазификацированный поток окиси углеро., да после теплообменника 14 направля ют потребителю,П р и м е р 2. Направление движения потоков в основном криогенном блоке, их параметры и количества остаются теми же, что в примере 1.В отличие от предыдущего примера в этом случае наряду с жидким техническим 0 получают жидкий чистый азот М. Из теплообменника 11 газЖ образный чистый азот в количестве0,00814 моль подают в теплообменник 16, где охлаждают, конденсируют и направляют потребителю, Для этого в теплообменник 16 подают поток жидкой окиси углерода 0,00862 моль при= 0,16 МПа, который регаэифицируют и подогревают до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Выходящий из теплообменника .16 регазифицированный поток СО за., -Ъть 7 каз 773775 ООДПИСНОЕ ВИИИПИ1 ираж 483 Фииял ПП)П "(1 ат Ге,УЖГОРОД, УЛьП нт",Оек тля 5, тем смеиивяют с потоком Окиси уГлсРОДЯ ПОСЛЕ ТЕПЛООбМЕННИКЯ 1 т Исуммарный газообразный поток Окисиуглерода в количестве околоЕЛОЛ) ня)ттячт 5 Ет(5 ГотрлбитсьПЮ П р и м е р 3, При оключении узла регязификации жидкой СО, включаю - (его теплообмепники -) (1 А - 1 О, пет- ЛЕВОЙ ПОТОК ВОЗДУтха, ВЫХОДЯ)ЕИт(. ИЗ середины азотных регенер)а.оров, напр явлЯст Б те пл ОО бменник 1 7, Г (е он подогревает детяндерный поток воздуха,. Этот поток отбирают из нижней частл колонны Ь и после ТРПЛООЬмен" ника 17 раскерн)0 т до Р = 0,13 0.,15 1)1 я в турбодетяндере 18 ь3 этом слттчае реализуется способ р(гэдетенин воздуха аналогичный тому, который П 1)л)ленен в схеме установки 1 СТ- т 21. Продукпионтыми потоками нвллютс 51 газообразные техническии н технологический О, а также ГазообРЯЗПЫЙ 5 ВЕСОКО 1 ЧИСТОТЫ КОБ 1 Ет" рации Отброс. того азота. (.Нижяетсн цо 983 Х И что приводит к снижению С "ь Ет(ЕИ )Ля)ЛЕт ЕНИЯ (/ ПО Г РЯВН ПИО С Оя СОМОр внь)МИ режг "(ЕМИ пя5Резуг)ьтяты анализа предлагаемого способа свидетельствуют о его высокой зф(1)ектие)еости, При отсутств)ли детянтерного потока воздуха, подалае- ЛОО Б КОЛОННУ НИЗКОГО ДЯВЛЕНИ 51 концентрацив отбросного азота без унялвтЕттл тИСг)я тЕКТ)Л(1)ЕкятЛОНЕ)тХ тяпя.ОК В ЭтОй КОЛОННЕ И ОДНОВРЕМЕННОМПОЛУ)Е)1 РИ В НЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И;ехн.:.ческого О, еложет быть повьлаенаСС 5; Я, г,;.т ПОдя.)С ДЕтяндЕрнОт ОЕ(, О;.)т;ь, Ч Еь(; ОттУ НИЗКОГОт)3)гНИ 5( КОН)ЕнтяЛЯ 0. ЬРОСНО) Осоставляет не более т)8(37. 711 хнм Образом в Пратт.т(НГяЕМО;.тспосстбе п)л е еизменном количествет(ЕХЛЧЕСКОГС 07 удяЕтСН НОВЬ(СИТЬ КО) ллчо(;тг извлекяемс)го из воздухат:.Хологического О, Отепенв иэвлет)ЕНИ 51 КЕС."ОРО,Я Из ВОЗДУХЯ В ЭТОМспучяе пое)ьг)паетсн до 98,17, чтоНя 3. ЯА,5 ь Е)ЬПНЕ ЧЕМ дпя СПОСОба С ПО 375 цЯЧЕ(л В КОЛОННУ Е 111 ЗКОГО ДЯВ.1 ЕНИЛ ДЕтаит)ЕРНОГО ПО.ОКЯ ВОЗДУХЯ