Способ низкотемпературного разделения воздуха и установка для его осуществления

(19) 151)5 т ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)ЯЦЕК ИСА ЕТ ПАТЕНТУ 1) 4743729/06(2 л. Ь оде (ОЕ) цйегедцпдз егцпд 1 циг цпц",пое-В епзсай, Ь 5 а 9 е л 1Уаг 1 аЫспе.ацз;1984, с.18 -ЗрцегзТоШеТе Т с 1)пк цпб Юз АТУРНОГСТАН ОВ КА(Бт( ние: криогеннабы разделенияпературной рекетения: воздух льзови спасзкотемь изоб техника, в воздуха метификации. азделяют в тносдом нщнос т( 4) СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА И аЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относитея к криогеннои те нике, в частности к способу разделения воадуха методом низкотемпературной ректификации,Целью изобретения является обеспечение стабилизации процесса разделения при ниаком давлении и переменной нагрузке,, Поставленная цель в способе достигается тем, что он включает в себя сжатие воздуха его предварительное охлаждение, оч стку, окончательное охлаждение и разде ение на два потока, один из которых по ают на ректификацию при высоком давле 1 ии, где его разделяют на обогащенную килородом жидкую фракцию и фракцию азта, подаваемые на ректификацию при колонне двухкратной ректификации, причем в колонне высокого давления его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию, подаваемую в колонну низкого давления, и фракцию азота, а в колонне низкого давления воздух разделяют на азот и газообразный и жидкий кислород. В случае пониженной потребности в кислороде жидкий кислород отводят из колонны низкого давления в резервуар, из которого в случае повышенной потребности в кислороде вновь отбирается подаваемый в колонну низкого давления кислород. Обогащенную кислородом жидкую фракцию подают в резервуар для сжиженного воздуха, причем в случае повышенной потребности в кислороде хранят, по меньшей мере, часть этой фракции, а при пониженной потребности в кислороде часть этой фракции вновь отбирают и подают в колонну низкого давления.2 с,п, и 5 з.п,ф-лы. 1 ил. ЛС: низком давлении, а второй адиабатически расширяют и подают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород, рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь, отбирают также часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификэцию при низком давлении.Поставленная цель в установке достигается тем, что она содержит компрессор,блок предварительного охлаждения и очистки, колонну двухкратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, 5колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя,трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления,трубопровод, соединяющий куб колонны 10высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенныйтрубопроводом с верхней частью колоннынизкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и 15с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздухаустановленный натрубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода, причем трубопроводподачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а черезтурбодетандер - к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, размещенный на трубопроводе отвода азота изколонны низкого давления и трубопроводе,соединяющим куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие 30устройства, установка снабжена также дополнительным резервуаром, размещеннымна трубопроводе, соединяющим куб колонны высокого давления, с колонной низкогодавления между кубом и дополнительным 35теплообменником, Установка снабжена аргонной ректификаационной колонной, соединенной с колонной низкого давления, адополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне. Резервуар для азота соединентрубопроводом с верхней частью колоннывысокого давления. Резервуар для азотаснабжен дополнительным тРубопроводом,соединенным с трубопроводом для отвода 45азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника. Трубопровод, соединяющийрезервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления, проходит через 50дополнительный теплообменник. Резервуар для кислорода снабжен трубопроводом,подключенным передтеплообменникомокончательного охлаждения к трубопроводудля отвода газообразного кислорода из колонны низкого давления,На чертеже представлена схема уста.новки, в которой реализуется предложенный способ низкотемпературногоразделения воздуха. Установка низкотемпературного разделения воздуха содержит компрессор 1, блок 2 предварительного охлаждения и очистки, колонну 3 двухкратной ректификации, состоящую иэ колонны 4 высокого давления, колонны 5 низкого давления, трубопроводы 6, 7 отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, Куб колонны высокого давления соединен с колонной низкого давления трубопроводом 8. Установка имеет резервуар 9 для азота, соединенный трубопроводом 10 с верхней частью колонны низкого давления, трубопроводом 11 с верхней частью колонны высокого давления и трубопроводом 12 с трубопроводом 7 отвода газообразного азота, резервуар 13 для кислорода, соединенный трубопроводами 14 и 15 с кубом колонны низкого давления и с колонной низкого давления. На трубопроводе 14 установлен насос 16. Установка снабжена также резервуаром 17 для сжиженного воздуха, установленного на трубопроводе 8, основным теплообменником 18, установленным на трубопроводе 19 подачи воздуха в установку и трубопроводах 6 и 7 отвода газообразного кислорода и азота, дополнительным теплообменником 20,установленного на трубопроводах 7, 8 и 10, и аргонной колонной 21, которая трубопроводом 22 и 23 соединена с колонной низкого давления, а трубопроводом 24 с трубопроводом 8. На трубопроводе 25, соединяющим трубопровод 19 с колонной низкого давления, установлен турбодетандер 26. Резервуар 17 для сжиженного воздуха соединен трубопроводом 27 с колонной низкого давления, а резервуар 13 для кислорода трубопроводом 28 - с трубопроводом 6 газообразного кислорода. На установке установлены клапаны 29-35, уровнемеры 36, 37, расходомеры 38-41 и измерительные приспособления 42 - 46.Способ разделения воздуха осуществляется следующим образом. Воздух всасывается компрессором 1 и через блок 2 предварительного охлаждения и очистки и трубопровод 19 подается в основной теплообменник 18, где его охлаждают подаваемыми противотоком газообразными кислородом и азотом, 70-95; воздуха подают до холодного конца основного теплообменника 18 и по трубопроводу 19 в колоннуо4 высокого давления. Остальную часть воздуха отводят из основного теплообменника 18 по трубопроводу 25 в турбодетандер 26, где его расширяют и подают в колонну 5 низкого давления.В колонне 4 высокого давления воздух разделяют на жидкий азот и обогащенную кислородом кубовую жидкость. Жидкийазот дросселируют через клапан 29 и подают в резервуар 9 длл жидкого азота, откудаего направляют по трубопроводу 10 черездополнительный теплообменник 20 в колонну 5 низкого давления. Кубовую жидкость 5дросселируют через клапан 30 и по трубопроводу 8 направляют в резервуар 17 длясжиженного воздуха, затем через трубопровод 8 отбирают жидкость, охлаждают в теплообменнике 20 и направляют в колонну 10низкого давления, где ее дальше разделяют, В случае повышенной потребности вкислороде в резервуаре 17 для сжиженноговоздуха хранят 1-15кубовой жидкости.В качестве главного целевого продукта 15из колонны 5 через трубопровод б отводятгазообразный кислород, который в основном теплообменнике 18 нагревают почти дотемпературы окружающей среды и подаютпотребителю. Получаемый в качестве побочного целевого продукта азот отводят черезтрубопровод 7, нагревают в дополнительном теплообменнике 20 жидкими фракциями из колонны 4 высокого давления и изрезервуаров 9 и 17, затем нагревают в основном теплообменнике 18 и направляютпотребителю.Через трубопровод 14 с помощью насоса 16 отводят жидкий кислород из колоннынизкого давления и вводят в резервуар 13 30для кислорода, Жидкий кислород из резервуара 13 подают через трубопровод 15 вколонну 5 низкого давления.Из колонны 5 низкого давления черезтрубопровод 22 отводят богатую аргоном 35фракцию кислорода, которую подают наректификацию в аргонную колонну 21, гдеее разделяют на сырой аргон и жидкую остаточную фракцию, рециркулируемую в колонну 5 низкого давления, Аргонная 40колонна 21 охлаждается с помощью кубовой жидкости из колонны 4 высокого давления и из резервуара 17 длл сжиженноговоздуха, Длл этого служит трубопровод 24,который соединен с верхней частью колоны 21, Испаряющийся в аргонной колонне21 обогащаетсл кислородом воздух возвращают по трубопроводу 36 на ректификациюв колонну 5 низкого давления,Если хотят повысить количество отводимого через трубопровод б кислорода, накомпрессоре 1 устанавливают повышенныйрасход воздуха, который регулируетсл с помощью измерительного приспособления42, связанного с компрессором 1, Количество подаваемого через трубопровод 25 итурбодетандер 26 в колонну 5 низкого давления воздуха в основном держат на постоянном уровне с помощью измерительногоприспособленил 43. Следовательно, дополнительно всасываемый компрессором 1 воздух почти полностью подаетсл в колонну 4 высокого давления, что приводит к полученио повышенных количеств фракций в этой колонне, Возникает необходимость отводить больше жидкости через трубопроводы 11 и 8, Этот процесс управляется при помощи расходомера 38 и уровнемером 36 в сочетании с клапанами 29 и 30. Количество подаваемой через трубопроводы 10 и 8 жидкости держат на постолнном уровне с помощьо расходомеров 39, 40. Избыточную жидкость из колонны 4 высокого давления хранят в резервуаре 9 длл азота и в резервуаре 17 для ожиженного воздуха.Повышенный расход в колонне 4 высокого давления приводит к повышенному поступлению теплоты в куб колонны 5 низкого давления. Дополнительно испаряющийся кислород можно отводить через трубопровод 6 потребителю, Этот процесс управляетсл расходомером 4 1 и клапаном 31, Длл поддержанил режима ректификации в колонне 5 низкого давления используют соответствующее количеству дополнительно отводимого газообразного кислорода количество кислорода, отбираемого из резервуара 13 длл кислорода. Подача дополнительного жидкого кислорода управляется уровнемером 37 на кубе колонны низкого давления, а также с помощью клапана 32,В случае пониженной потребности в кислороде снижают количество подаваемого в колонну 4 высокого давления воздуха, в колонну 5 низкого давления дополнительно подают жидкость из резервуара 9 длл азота и из резервуара 17 для сжиженного воздуха, и кислород в жидком виде отводят из куба колонны 5 низкого давления в резервуар 13 длл кислорода.Давление в резервуарах 9, 13 и 17 контролируется с помощью измерительных приспособлений 45, 44, 46. В случае необходимости путем открытия клапанов 34, 33, 35 выпускают газ соответственно из резервуаров 9, 13, 17, причем из резервуара 9 длл азота через трубопровод 12 в трубопровод 7, из резервуара 13 длл кислорода через трубопровод 28 в трубопровод 6, а из резервуара 17 для сжиженного воздуха через трубопроводы 27 и 23 в колонну 5 низкого давления,Формула изобретения 1, Способ низкотемпературного разделения воздуха, включающий сжатие, предварительное охлаждение, очистку, окончательное охлаждение и разделение воздуха на два потока, один из которых под 1838732ают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота, подаваемые на ректификацию при низком давлении, а второй адиабатически расширяют иподают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород, рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении, а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, отбирают часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде, а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении,2. Установка для низкотемпературного разделения воздуха, содержащая компрессор, блок предварительного охлаждения и очистки, колонну двукратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления, колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя, трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод, соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления, резервуар для азота, соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления, резервуар для кислорода, соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления, теплообменник окончательного охлаждения воздуха, установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азотэ и газообразного кислорода, причем трубопровод подачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер - к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник, размещенный на трубопроводеотвода азота из колонны низкого давления5 и трубопроводе, соединяющем куб колоннывысокого давления с колонной низкого давления, измерительные, регулирующие и управляющие устройства, о т л и ч а ю щ а я ся тем, что, с целью обеспечения стабилиза 10 ции процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке, установкаснабжена дополнительным резервуаром,размещенным на трубопроводе, соединяющем куб колонны высокого давления с ко 15 донной низкого давления между кубом идополнительным теплообменником,3. Установка по и. 2, о.т л и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена аргонной ректификационной колонной, соединенной с ко 20 лонной низкого давления, адополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне.4. Установка по и. 2, о т л и ч а ю щ а я 25 с я тем, что резервуар для азота соединентрубопроводом с верхней частью колоннывысокого давления.5. Установка по п.4, отл ича ю щаяс я тем, что резервуар для азота снабжен30 дополнительным трубопроводом, соединенным с трубопроводом для отвода азотаиз колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника,35 6,Установка поп.2,отл ича ющаяс я тем, что трубопровод, соединяющий резервуар для азота с верхней частью колоннывысокого давления, проходит через дополнительный теплообменник.407. Установка по и, 2, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что резервуар для кислорода снабкен трубопроводом, подключенным перед теплообменником окончательного охлажде ния к трубопроводу для отвода газообразного кислорода и колонны низкого давления.1838732 Составитель Е, ИгнатоваТехред М.Моргентал Корректор С, Лисина ктор За аз 2921 Тираж Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 КНТ СС зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101