403206

О П И С А Н И Е 403206ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветсеаСоциалистическихРеспублик К ПАТЕНТУ симый от патентаЗаявлено 12,Ч,1971 ( 1656613(23-26)Приоритет 12 Х.1970,Р 2022953.2, ФР Г 1. Кл. Г 251 3/ осударственныи камитеСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий ДК 621.59(088.8 бликова 973. Бюллетень4 а опубликования описания 20.111.1974 вторыобретения Иностранецфридрих Юнкер ративная РеспубликаИностранная фира Мессер Грисхайм Г )ятпвняя Республика змяннн) еде явител бХсрманин)(Ф НОГО, ПРИБЛИЗИТЕЛЬН РОДА ОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГРЯЗН 70%-ного КИИзобретение относится к технике низкотемпературного разделения газовых смесей, в частности к способу получения загрязненного, приблизительно 70%-ного кислорода двухступенчатой ректификации воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого давления с производством работы снижения давления технологического потока до давления колонны низкого давления, при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разделения и разделяют по меньшей мере ня два отдельных потока, причем один поток направляют непосредственно в нижнюю часть колонны среднего давления.Разделение газовых смесей на их отдельные компоненты связано с тем более высокими расходами энергии, чем больше требуемая чистота продукта. При пересчете на выделенный из воздуха азот минимальный расход энергии имеет место в том случае, если получают приблизительно 60 - 80%-ный кислород.Известен способ разделения воздуха, который обеспечивает работу с низким (по возможности) предварительным давлением воздуха, например способ с двумя давлениями.Недостатком указанного способа являются довольно значительные затраты на аппаратуру. Возникает необходимость во втором компрессоре и в дополнительных циркуляционных теплообменниках, в результате чего наблюдаются дополнительные гидравлические потери 5 холода. Загрязненный кислород испаряетсяне прп постоянной, а при скользящей температуре. В обычной ректнфикационной колонне имеется в распоряжении холодопроизводительность в верхней части колонны при преоб ладающей там температуре. Это самое простое решение с точки зрения техники, но с точки зрения термодинамики оно пе является оптимальным, тяк как расходуется боль не энергии, чем требуется. 11 еобходимо прнмене ние специальных ректификацпопных колонн,для которых нет полностью удовлетворительного технического решения. Гяк кяк по техникс безопасности продукт - кислород не должен подвергаться сухому испарению, 20 эффект скользящей температуры испаренияникогда не может использоваться полностью.Кроме того, конструкционные возможности н работа таких специальных колонн ограничены.Цель изобретения - уменьшение расхода 25 энергии при использовании надежных и ходовых элементов конструкции без особых затрат ня аппаратуру. В частности, следует использовать преимущества скользящего испарени продукта - кислорода без применения специальной колонны. При этом не требуется циркулцнн и ступеней давления входящего воздуха.Способ получения загрязненного, приблизительно 70% -ного кислорода двухступенчатой ректификацией воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого давлени при расширении с производством работы технологического потока до давления колонны низкого давления, при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разложения и разделяют по меньшей мере на два отдельных потока, причем один поток направляют непосрсдственно в нижшою часть колонны среднего давления, можно реализовать, если конденсировять второй отдельный поток отводимым из колонны низкого давления загрязненным кислородом, охлаждать до низкой температуры, дросселнровать и использовать для охлаждения верхней части колонны среднего давления, после чего направлять его в колонну низкого давления и затем охлаждать сырым кислородом из колонны среднего давления верхнюю се часть.Целесообразно, если при этом часть конденсированного загрязненным кислородом из колонны низкого давления отдельного потока разделяемого воздуха направляют как дополнительную обратную жидкость в колонну среднего давления. Можно также отводить часть охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока и непосредственно понижать давление в колонне низкого давления, чем экономится энергия, так как ректификация осуществляется с меньшими нарушениями равновесия.В качестве производящего работу технологического потока, давление которого сбрасывают, можно использовать часть поступающего воздуха нлц получающуюся в ходе процесса газовую фракцию.На фиг. 1 показана технологическая схема выполнения способа, по которому поступаогциц воздух разделяют на три отдельных потока; на фиг. 2 - технологическая схема выполнения способа, по которому сбрасывают давление у части газообразного азота из колонны среднего давления с производством работы; на фиг. 3 - технологическая схема выполнения способа, по которому из колонны среднего давления отводят газоооразную промежуточную фракцию и расширяют с производством работы.Установка для реализации способа содержит колонну 1 среднего давления и колонну 2 низкого давления, которые соединены одна с другой через конденсатор 3 и низкотемпературные холодильники 4 и 5.По схеме на фиг, 1 сжатый приблизительно до 3,5 ата воздух с температурой среды направляют через трубопровод в теплообменники 6 и 7 и газофазный фильтр 8, в котором задерживаются содержащиеся в воздухе угле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 водороды и остатки двуокиси углерода, не подвергшиеся вымораживанию в теплообменникях 6 и 7. Воздух охлаждают в указанных теплообмешцгках почти до точки росы.После газообразного фильтра 8 воздух разделяют на два отдельных потока. Около 20% поступающего воздуха подают через трубопровод 9 в теплообменник 7 и там снова немного подогревают. В случае необходимости воздух может частично обходить теплообменник 7 через запорный клапан 10. Через обводной трубопровод 11 часть вновь подогретого воздуха направляют через регулируощий теплообмепник 12 для того, чтобы воздух имел температуру около минус 168 С, после чего его подают в турбину 13, где производят расширение до давления 1,32 ата (давления колонны низкого давления), Затем охлажденный и расширенный воздух поступает через трубопровод 14 в колонну низкого давления.Остальную часть воздуха (всего около 80% ) направляют через воздушный предварительный конденсатор 15 и разделяют затем на два отдельных потока, из которых один поток, состоящий приблизительно из 50% всего воздуха, подают через трубопровод 16 непосредственно в колонну среднего давления. Воздух в последнюю поступает над кубовой частью,Второй отдельный поток (около 30% протекающего через установку воздуха) идет через трубопровод 17 в основной воздушный конденсатор 18, в котором его конденсируют. Небольшую часть сконденсировацного воздуха подают по трубопроводу 19 в колонну среднего давления для увеличения флегмы. Проходящее через трубопровод 17 основное количество воздуха охлаждают в низкотемпературпом холодильнике 4 приблизительно до минус 189 С и разветвляют в трубопроводах 20 и 21 на приблизительно одинаковые дополнительные потоки.Протекающий через трубопровод 2 отдельныи доцолпительп поток расширяют в дроссельным клапан 22 и направляют в верхнюю часть колонны низкого давления. Дополнительный поток труб провода 20 расширяют в дросссльный кляпяп 23 до давления колонны низкого давлени, испаря:от в конденсаторе 3 и используют для охлаждения верхней части коло шы среднего давления. Испаряемый воздух соединяют с воздухом из турбины 13 в трубопроводе4 и подают вместе с этим воздухом в нпжшоюреть колонны низкого давления.В колонне среднего давления разделяют подаваемый воздух ня азот и сырой кислород, который получают в жидком виде в кубовой части колонны с содержанием кислорода 41%. Азот в газообразном состоянии отводят по трубопроводу 24 цз верхней части колонны среднего дявлсни и ксцдецсируют в конденсаторе 3. Часть его направляют через трубопровод 25 в качестве флегмы в колонну среднего давления. Остаток поступает через трубопровод 26 в низкотемцературный холодиль 403206цик 5, затем в - через лроссельцый клапан 27 кат( флегма в колотттту низкого лавлеттия.Неочищенный кислород отводят из основания колонны среднего давления через трубопровод 28 и переохлаждают в низкотемпсрятурном холодильнике 4, затем расширтпот в лроссельцом клапане 29, испаряют в конденсаторе 3 и используют для охлаждения вер.(- ней части колонны среднего лавлсция. Газообразный сырой кислород полают через трубопровод 28 в кубовую часть колонны низкого давления, в которой производят от(ончательное разделение. Из ее верхней части отбирают через трубопровод 30 газообразный азот, который после прохождения через низкотемпературпый хололильцик 5 азота, ттизкотемпературный холодильник 4, возлушцый предварительный конденсатор 15, регулирующие теплообмепники 6 и 7 выводят из установки с температурой окружающей среды. В низко- температурном холодильнике азота предусмотрен обводный трубопровод 31 с регулирующим клапаном 32 для отбора газообразного азота из ко,донны низкого лавления.В кубовой части колонны низкого давления получают в качестве продукта загрязненттьттт 70%-пый жидкий кислород, Его отводят через трубопровод 33, расширяют в дроссельном клапане 34 приблизительно ло атмосферного давления и затем полают в конденсатор 3, где его частично выпаривают. При этом кислород поглощает около одной трети необходимого для его выпаривания тепла. Указянттое тепло отводят из верхней части колонны среднего давления. В сепараторе 35 произволят разлеление фаз. Килкуто фазу отводят через трубопровод 36 и направляют циркуляционным насосом 37 через кислородный фильтр 38, в котором улерживатотся еще имеюцтиеся углеволоролы,Приблизительцо лве трети полаваемой циркуляционпым насосом жидкой фазы выпариватот в основном,возлушном конденсаторе 18. При этом поступающий навстречу возлух полностью конденсируют. Через трубопровод 39 выпаренный приблизительно на две трети загрязненный кислорол направляют обратно в сепаратор 35. Через трубопровол 40 загрязненный кислород в газообразной форме отводят из этого сепаратора. Кислорол отлает свой остаточный холод по очерели в воздушном прелварительном т(онденсаторе 15, регулирующем в теплообмештике 12 и в тсплообмештиках 6 и 7. На границе установки оц прелставляст собой пролукт с температурой среды и при атмосферном давлении.По описываемому способу лля охлажлетптя верхней части колонны срелттего давления можно в значительной степени использовать глубокий холод, солержащийся в загрязненном жидковат кислороде. Загрязнепныц т(ислорол выпяривяется в кочлецсатопе 3 пепосрелстветттто только ца одну треть, так как оц при выпаривании ввиду накапливания кислорода в остающейся жидкости становится все теплее.5 О 55 6065 1 О 15 20 25 зо 35 4 О 45 Однако цевыпаренцая доля выпаривается поступающим возлухом. При этом воздух конленсирутот, ц оц отдаст первоначально солепжятттесся в зягрязттсттцом т(ттсчороле тепло В верхней части колонны среднего давления благодаря повторному выпарпвацшо при пониженном лавлеции. Загрязненный кислород можно полпостшо выпаривать в конденсаторе 3 только в том случае, когда повышается давление колошты срелнего давления. Турбокомпрессор требует тогда больше энергии лля поступающего в установку воздуха.По схеме ца фиг. 2 входящий воздух разделяют только ня лва отдельных потока. Отсутствует отлельтттй поток, который сбрасывает свое лявлецис через турбину 13, производя работу. Вместо этого от отволитмого через трубопровол 24 пз верхней части колонны среднего лявлсцця газообразного азота ответвляют отдельный поток в трубопровод 41, цагревают в возлуцшом коцчеясаторе 15 и в теплообметтттттт(ях 12 и 7 и сбрасывают лавлсние в турбпце 42, произволя работу. Охлажченпый азот со сброшенцым давлением полают через трубопровод 43 и соединяют с азотом, отволимым из верхней части колонцы низкого лавлсция через трубопровод 30. Предусматривается также обволньш трубопровод 11 и запорный клапан 10 перел турбиной 42.По схеме на фиг. 3 процесс в значительной степени соответствует процессу по схеме ца фиг. 2. Олпако сбрасывают лявлепе не газообразного азота из верхней части колонны среднего лав.тетптя, а отбирают промежуточную фракцтпо тпрттблттзтттельтто 0% кислорода) при помотци трубопровоча 43 из колонны срелцего лав,чеция в том месте, в которое подают жилкпй возлух через трубопровод 9. Промежуточную фракцию затем направляют через возлутпцый предварительный конденсатор 15 и теплообмецтпп(и 12 и 7. После расширеттия в тупбтпте 44 фракция идет через трубопровол 45 в колонну низкого лавления в место ввола жилкого воздуха через трубопровод 21,Предмет изобпстепия 1, Способ получения загрязненного, приблизительно 70% -ного кислоро,ча лвухступепчатой ректификапией воздуха в колонне среднего давления и в колонне низкого лавления, включающий сброс лавления техттологттческого потока,чо давления т(олонны низкого давления с произволством работы, при котором поступатощий воздух охлаждают продуктами разлелеция и разлеляют по меньптец мере на лва отдельных потока, из которых олин направляют непосредственно в пижнтото часть колонны срелнего лавления, от.тттчатотдгтйсч тем, что. с целью уменьшеция раскола энергии, второй отлельттый поток коцлецсирутот отволимым нз колонны низкого чявлсттття пречварительцо частично испарившимся загрязненным кислородом, после глубокого ох,чад(- ления и после сброса давления охлаждают403206 Фиа благодаря выпариванию верхнюю часть колонны среднего давления и направляют в колонну низкого давления и затем при помощи неочищенного кислорода из колонны среднего давления охлаждают верхнюю часть колонны среднего давления,2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть сконденсированного второго отдельного потока направляют как дополнительную обратную жидкость в колонну среднего давления,3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что от охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока ответвляют дополнительный поток, который дросселируют прямо в колонну низкого давления.4. Способ по пп, 1 - 3, по которому поступающий воздух разделяют на три отдельных потока, отличающийся тем, что третий отдельный поток расширяют с производством внешней работы и направляют в колонну низкогоив пения5. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем,5 что снижают давление части азота, получающегося в газообразной форме в колонне сред.него давления в качестве головного продукта,и после отдачи холода удаляют из установки.6. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем,10 что из средней части колонны среднего давления отбирают газообразную фракцию, расширяют с производством внешней работы и направляют в колонну низкого давления.7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем,1 Б что загрязненный кислород из колонны низкого давления используют для охлаждения верхней части колонны среднего давления, преждечем он конденсирует второй отдельный потокпоступающего воздуха,