Способ получения холода

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРеспУБЛик аи 1 7478. ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 ЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ : ПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗО СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ 1(21) 4496730/06 ;.: . .;: .лорода й азота без изменения температур(22) 21.10.88, - : ;:. ., .ного режима теплообменников (16; 17, 18) (46) 15.07,92. Бюл. Ь 26:,;:.: - , основного цикла, что достигается путем (71) Балашихинское научйо-проиэводствен- . смешения"доли рециркуляционного потока ное объединение криогенного машиностро-:. .после расширения во 2-й ступени турбодеения им,40-летия Октября . ": :;. ,.:тандерэ и комйенсационного потока после (72) В. В, Гомозов, В, А, Гарин, Н. Вфилин, " - ректификации отбором части рециркуляци- В. М. Лавров, В. Т. Гудилин и В. И, Зотов;: онйого"потока после сжатия, расширением (53) 621,57(088.8);,: . -:, ;-;:,":.-.;,его до давления азотной фракции после рек- (56) Каталог фирмы "Мессер Грисхейм", тификации, последующим охлажденйем и 1976,,; :.;,смешением с рециркуляционным потоком (54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯХОЛОДА " .: после расширенияв 1-й ступени.турбоде- (57) Использование; получение холода. Сущ- " ". тандера, 1 ил,ность изобретения; получение жидкого кисРИзобретение касается-разделения газо- циркуляционного азотногоцикла является выхсмесей методом ниэкотемпературной нерациональной, а его работе неэффективректификации.. ." ., ной, вследствие больших потерь от необраИэвестен способ получения холода; осу--тимости процессов в теплообменниках, . ., фществленный в установке БРЖ, предназ-" . Из йзвестных способов разделейия войду- , наченной для получения жидкого-кислорода ха наиболее близким к предлагаемому явля-, ф наряду с основным продуктом - технологи-ется способ разделениявоздуха,с ческим кислородом, по которому происхо- ." реализованный в установке фирмы Мессер, Ор дит предварительное разделения воздухаГрисхейм, в котором проводят ректификана азотную и кислородную фракции, Часть . цию воздуха с получением азотйой и кисло- потока азота после окончательного разделе-".:. родной фракций:, путем. создания ния воздуха смешивается с рециркулирую- ": рециркуляционного потока, которыйдополщимпотоком азота и сжимается до 30 атм. - " нительно сжимают, охлаждают и делят наНеобходимая холодопроизводительность:. две частй, первую рециркуляцйонную часть,. .а обеспечивается за счет работы турбодетан- расширяют в 1-й ступени турбодетандера,деров на пбтоке воздуха основного цикла исмешивают с газообразной азотной фракна потоке части азота, сжатого до 30 атм,цией йосле ожижения и дросселированияперед входом в основной теплообмейник второй рециркуляционнойчастиисаэотнойдополнительного цикла.-:" : ., фракцией после ректификации и расширяютНедостаток данного способа разделе-" во 2-й ступени турбодетандера до давления,ния газовых смесей с получением части жид-: близкого к атмосферному, повторно нагреких продуктов состоит в том, чтосхема ваютзасчетдальнейшегоохлажденияичастичного ожижения второй рециркуляцион- рециркуляционного продукта, последующеной части и"йослеЪодбгрева дО"положитель- го его скатйя, охлаждения, разделения наных температур направляют на сжатие,: две части; причем первую часть потока расперед подогревом отделяют долю первой ширяют в 1-й ступени турбодетандера, а рециркуляционной части потока - циркуля вторую его часть дросселируют с получениционную, подогревают ее за счет охлажде- ем жидкой и газообразной фракций, последния воздуха и возвращают обратно на нюю смешиваютс азотной фракцйей после смешение с 1-й частью потока, вторую же ректйфйкации и с расширенной первой часчасть рециркуляциоНного потока после час- тью, расшйряют во второй ступени турбодетичногоожижения дросселируют и подаюг 10 тандера, найравляют на теплообмен с жидкую фракцию на ректификацию, отбира- первой частью потока перед дросселировают компенсационный поток газообразнойнием и разделя от на две ветви, первую азотной фракции после ректификации, сме- ветвь направляют натеплообмен с первой шивают его с первой частью рециркуляци-частью потока и смешивают со второй ветонного потока и направляют на сжатие. 15 вью после теплообмена последней с газооб- "В этом способе процесс разделения разными продуктами разделения ивоздуха проводят в колонне двукратной направляюг на сжатие, а жидкую фракцию ректификации. В колонне средйего давле- - подают на ректйфикацию с образованием ния воздух разделяется на азотную (гряз-" .азообразйого компенсационного потока и. ную и чистую) .и кислородную фракции. 20 смешивают с второй ветвью передтеплообЧистый газообразный азот отбирается из . меном,рециркуляционныйпотокпослесжаверхней части колонны среднего давления тия разделяют на две линии, вторую линию и ожижается в конденсаторе в нижней части потока расширяют, направляют на теплообколонны низкого давления стекающим жид- мен с первой ветвью и первой частью потока кйм кислородом; " .25 и смешивают с газообразной фракцией и сОжиженныйчистыйазотчастичйовыво- азотной фракцией после ректификации педится из установки как продукт. Жидкийред смешеййем с расширенной первой кислород выводится из нижней частиколон- частью потока.ны низкого давления через адсорбционный На чертеже приведена схема устайовки; фильтр и в качестве продукта подается по реализующая предлагаемый способ," требителю; Установка для реализации йредложенПотребность в холоде для получения ного способа состоит из компрессора для "жидких продуктов покрывает холодильныйсжатия воздуха 1; предварительного теплоцикл, состоящий из компрессора, двух рас- обменника 2, основного теплообменника 3, ширительных турбий и нескольких теплооб блока очистки воздуха 4, ректификационной .менников. Хладагентом служит колонны среднего давления"5, ректификаэагрязненный азот, который после расшиционной колонны низкого давления 6, осрения с отдачей внешней работь возвраща- новного конденсатора-испарителя 7, ется обратно в комйрессор, .переохладителя азотной флегмы 8, переохНедостаток этого способа заключается 40 ладителя кубовой жидкости 9, ректификацив"том, что холодопроизводительность тур- анной колонны сырого аргона 10, бодетандеров является недостаточйой для конденсатора колонны сырого аргона 11,получения кислорода йолностьов" жидком турбокомпрессора для сжатия азота 12, довиде,:,".:, " :,-.: полнительного турбодетандера 13; 1-й стуДругим недостаткомявляется введение 45 пени основного турбодетандера 14; 2-йв холодильный цикл при -50 С холода от ступени основного турбодетандера 15, теппостороннего" источйика азотистоводород- лообменника 16, теплообменника 17, теплоной кйслоты;для улучшения энергетйческо- обменника 18, теплообменника 19, го баланса (ввиду недостаточной теплообменника 20, отделителя жидкости холодопроизводительйости турбодетанде 21, адсорбера жидкого кислорода 22, храниров). .: ": : . ,:.:.; " :лища для слива жидкого кислорода 23, хра- Целью изобрелеГия,являешься устране-- нилища для слива жидкого азота 24.ние йеречисленных недостатков, аименно- . Предлагаемый способ осуществляют увеличениЕ произвОдства жиДкИх продук- - СлЕдуЮщйм Образом.тов разделеййя.: : .:,.:. 55 Сжатый в компрессоре 1 воздух направУказанная цель достигается тем, что ляют в предварительный теплообменник 2,проводят охлаждение воздуха газообразны-"где он охлаждается до +5 - 3, а затем нами продуктами разделения, низкотемпера-правляется в блок очистки.4, где он очищатурную ректификацию с получением ется от примесей (паров воды, двуокиси азотной и кислородной фракций,бодание углерода и углеводородов), после чего егоподают на охлаждение в основной теплооб- стки 4, где очищается от примесей (паровменник 3, а затем в ректификационную ко- воды, двуокиси углерода.и углеводородов) илонну среднего давления 5. В колонне 5 при температуре 278 К поступает на охлажвоздух разделяют методом низкотемпера- дение в основной теплообменник 3, а затем, турной ректификации на азотную и кисло в ректификационную колонну среднего давродную фракции. Часть азотной фракции лейия 5 при температуре 101 К и давлениинаправляют в дополнительный циркуляци,555 мпа. В колонне 5 воздух разделяютонный цикл(контур "а"). - методом низкотемпературной ректификзОбратный поток азота после оконча- . ций на азотную (7400 нм/ч) и кислороднуютельногоразделения вколонненизкогодав (15950 нм /ч) фракции. Из верхней частизления 6 подогревается в переохладителях ректификационной колонны получают чисазотной флегмы 8 и. кубовой жидкости 9 и тый жидкий азот в.количестве 6670 нмэ/ч.направляется в основной и предваритель- Обратный поток азота после окончаный теплообменники 3 и 2; где нагревается тельнОго разделения в колонне низкого дэвдо положительных температур. Азот после 15 ления 6.подогревается о переохлэдителяхвыхода из переохладителя кубовой жидко- азотной флегмы 8 и кубовой жидкости 9 исти 9 смешивается сциркуляционным пото- при давлении 0,13 мпа и температуре 96,5 Кком после подогрева до положительных направляется в основной и предварительтемператур, часть потока возвращается об- ный теплообменники 3 и 2, где нагреваетсяратно в цикл и смешивается с обратным 20 до 300 К. После выхода иэ переохладителяпотоком азота на входе в турбокомпрессор, кубовой жидкости азотпри температуре Т =12. После сжатия в турбокомпрессоре мень К и давлении Р = 0,13 мпа смешивается сшая часть потока направляется в турбоде- циркуляционным потоком и после подогретандер 13. Большая часть основного потока ва до температуры Т = 300 К часть, потока вохлаждается в теплообменнике 16 и разде количестве 6700 нм /с возвращается обратэ. ляется на два потока: основная, большая . но в цикл и смешивается с обратным поточасть охлаждается и ожижается втеплооб- ком азота нэ входе в турбодетандер 14,менниках 17, 18, 19, 20, меньшая часть рас- После сжатия в турбокомпрессоре до давлеширяется в 1-й ступени 14 основного ния Р = 3,0 арпа часть потока в количестветурбодетандера,: -30 17900 нм/ч направляется в турбодетандерПосле расширения в турбодетэндере 13 15 и расширяется до давления 0,56 мпа,поток охлаждается в теплообменнике 17 и Другая большаячасть основного потока.смешивается с потоком после 1-й ступени в количестве 44300 нм /ч охлаждается взтурбодетандера на входе во 2-ю ступень теплообменнике 16 до температуры 210 К ирасширения 15; расширяется до низкого 35 разделяется на две поыкэ; один из которыхдавления; затем направляется в теплооб- в колйчестве 25700 нм /ч охлаждается и чазменники на охлаждение и ожиженйе основ- . стично ожижается в теплообменниках 17,ного потока 18, 19, 20 при давлении Р = 3;0 мпа, другойЖидкий азот из дополнительного цир-; потбк в-количестве 18600 нм/ч расширяеткуляционного цикла дросселируется в отде ся в 1-й ступени 16 основного турбодетанделитель жидкости 21, газообразная фракция: ра до давления 0,56 мпа. После расширенияиз которого направляется обратно в допол-. в турбодетандере 13 до температуры 210 Кнительный циркуляционный цикл, а жидкаяпоток охлаждается в теплообменнике 17 дофракция после переохладителя 8 направля- . температуры 145 К и смешивается с.потокомется в верхнюю ректификационную колонну 45 после 1-й ступени турбодетандера 14 на вхо 6 в качестве орошающей флегмы. Де во 2-ю ступень расширения. После расПродукционный чистый азот выходит из ширения до давления Р = 0,125 мпа поток вкарманОв верхней части нижней колонны 5, количестве 55000 нм /ч при температуре 100зпроходит змеевики переохладителя 8 и сли- К направляется на охлаждение и ожижениевается в хранилище жидкого азота 24, после 50 основного потока,чего направляется потребителю. Жидкий Жидкийэзотиэдополнительногоциркукислород из конденсатора 7 проходит ад- ляционного цикла дросселируется в отделисорбер 22, сливается в хранилище жидкого тель жидкости 12 до давления Р = 0,57 мпа,кислорода 23 и затем направляется потре- газообразная фэоакция иэ которого в количебителю..: .55 стве 11500 нм /ч при температуре 95,5 КП р и м е р, Сжатый в компрессоре 1 направляется обратно в дополнительныйвоздух в количестве 30000 нмэ/ч до давле- . циркуляционный цикл, а жидкая фракция вния 0,61 мпа направляют в предваритель- количестве 14200 нм /ч проходит переохлазный теплообменник 2, где он охлаждается дитель 8, где его температура понижаетсядо 276 К, а затем направляется в блок очи- на 7,0 К и в качестве орошающей флегмы,7 8после дросселирования, поступает в верх- онного потока, последующего его сжатия, нюю ректификационную колонну 6, охлаждения, разделения на две части, приПроукционный чистый жидкий азот чем первую часть потока расширяют в 1-й (6670 нм /ч) выходит из "карманов" верхней ступени турбодетандера; а вторую его часть части нижней колонны 5 при давлении 5 дросселируют с получением жидкой и газо;545 мпа и температуре 95 К проходит пе- образной фракций, последнюю смешивают реохладитель 8 и при температуре 88 К сли-с азотной фракцией после ректификации и с вается в хранилище жидкого азота 24,МЬСле: расширенной первой частью, расширяют во чего направляется потребителю второй ступени турбодетандера, направля- .Жидкий кислороэд из конденсатора 7 в 10 ют на теплообмен с первой частью потока количестве 5200 нм /ч при температуре 93перед.дросселировайием и разделяют на К и давлении 0,14 мпа проходит адсорбер две ветви, первую ветвь направляют на теп, Сливается в хранилище жидкого кисло- лообмен с первой частью потокаи:смешиварода 23 изатемнайравляется потребйтелю, ют со второй ветвью, после теплообменаЖидкий сырой аргон выходИт иэ 15 последней с газообразными продуктами конденсатоэра 11.колонны сырого арго-разделения инаправляютнасжатие,ажидна (240 нм /ч). ,кую фракцию подают йа ректификацию сПредложенное техническое решение образованием газообразйого компенсаципоэволяет зйачительно снизить расход онного потока и смешивают с второй ветвью, энергии иувеличить количество получаемых 20 перед теплообменом, о т л и ч а ю щ и й с я продуктовразделвйия кислорОда и азота в, тем, что, с целью увеличения производства жидком виде за счет повышения зффектив- жидких продуктов разделения, рециркуляности работы циркуляционного цикла.ционный поток йосле сжатия разделяют наФ о р м у л а и э о б р е т ения" - две лйнии, вторую линию потока расширя- Способ получения холода, включающий 25 ют, направляют натеплообмен с первой ветохлаждение воздуха гаэообразнЯМИ "про-вью и первой частью потока и смешивают с дуктами разделения, низкотемпературную газообразной фракцией и с азотной фракректификацию с получением азотной и кис- цией после ректификации перед смешенилородной фракций, создание рециркуляци-ем с расширенной первой частью потока,.Фельдм эводственно-издательский коибинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 2489 Тираж. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5