Способ выпуска кислорода из воздухо-разделительной установки

ОПИСАНИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опублико Государственный комитет СССР) Заявитель 4) СПОСОБ ВЫПУСКА КИСЛОРОД ОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЪНОЙ УСТАНО Изобретение относится к технике разделения трудно конденсируемых газов, например воздуха, касается способа его разделения и может быть применено в воздухоразделительных установках для хранения больших количеств продуктов разделения воздуха в жидком виде и снабжения ими потребителя, имеющего неравномерный по времени характер потребления,Известен способ разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации с получением кислорода в качестве продукта разделения, в котором снабжение кислородом потребителя с неравномерным по времени потреблением производят за счет подачи жидкого продукта из сторонней емкости 1.Известен способ разделения воздуха низкотемпературной ректификации с получением жидких продуктов разделения, например азота и кислорода, постепенного их накапливания, причем в период увеличения их потребления жидкий продукт испаряют и направляют потребителю 121.Однако получение продуктов в жидком виде по меньшей мере в два раза превышает затраты энергии на получение продуктов в газообразном виде. Кроме того этот способ не обеспечивает компенсации при уменьшении потребления продуктов К, Поливалин и А. И. Туман вырабатываемых воздухоразделительным агрегатом, и избыток его приходится выбрасывать в атмосферу.Наиболее близким по технической сущ ности является способ выпуска кислородаиз воздухоразделительной установки в условиях неравномерного потребления, включающий охлаждение избытка кислорода, получающегося в период пониженного по требления, конденсацию и хранение запаса жидкости с последующим его испарением в период повышенного потребления с использованием для конденсации и испарения кислорода, соответственно, жидкого 15 или газообразного азота или воздуха 3.Недостатками известного способа являются небольшие допустимые пределы изменения выдачи кислорода из воздухоразделительной установки. Это объясняется 20 отрицательным воздействием двух основных факторов.Во-первых, азот, сконденсированный прииспарении аккумулированного жидкого кислорода, выводится из процесса ректификации, так как его затем испаряют и выводят из установки под давлением, близким к атмосферному, Следовательно, процесс ректификации ухудшается, Во-вторых, температура конденсации и хранения ки 30 лорода в жидком виде соответствует да777372 4По схеме (фиг, 1) компенсацию неравномерностей потребления кислорода осуществляют следующим образом.В период с пониженным потреблением5 кислорода избыток кислорода (например,100 моль) сжимают в компрессоре 1 додавления 0,7 - 0,75 МПа, после чего егоохлаждают в регенераторе 2, конденсируют в конденсаторе-испарителе 3 и направ 1 О ляют через адсорбер 4 в ресивер 5 жидкого кислорда, в котором жидкость хранятпод давлением 0,7 - 9,75 МПа. Жидкий воздух в количестве около 100 моль отбирают из ресивера жидкого воздуха, который15 в нем хранится под давлением 0,4 -0,42 МПа, дросселируют в вентиле 7 додавления 0,12 - 0,13 МПа, испаряют в конденсаторе-испарителе 3, Полученные парыпосле нагрева в регенераторе 8 выбрасыва 20 ют в атмосферу.В период с повышенным потреблениемкислорода в компрессоре 1 сжимают 100моль воздуха до давления 0,39 - 0,42 МПа,охлаждают и очищают от примесей в ре 25 генераторе 8, конденсируют в конденсатореиспарителе 3 и сливают в ресивер 6 жидкого воздуха, где жидкий воздух накапливают и хранят под давлением 0,39 -0,42 МПа. Кислород испаряют под давлезО нием 0,12 - 0,13 МПа, для чего жидкий кислород перед конденсатором дросселируютв вентиле 7.Для компенсации холодопотерь установки в конденсатор-испаритель 3 наряду сЗ 5 кислородом из ресивера 5 (около 100 моль)вводят жидкий кислород из блоков разделения в количестве 1 - 2 моль. Затем циклвновь повторяется,При работе установки по схеме (фиг, 2)О избыток кислорода в количестве 100 мольсжимают в компрессоре 1 до давления0,7 - 9,75 МПа, охлаждают в регенераторе2, конденсируют при 114 в 1"К в конденсаторе-испарителе 3 и сливают в ресивер5, где его хранят под этим же давлением,Из воздухоразделительных установок отбирают жидкий воздух в количестве 3,5 -4,5 моль на 100 моль конденсируемого кислорода. Жидкий воздух можно оТбиратьнепрерывно, сливая его в ресивер 6 жидкого воздуха, либо периодически, Для конденсации 100 моль кислорода из ресивера6 отбирают 103,5 - 104,5 МПа и испаряютв коденсаторе-испарителе 3. Около 10 мольр воздуха, нагретого в регенераторе 8 до140 - 150 К, возвращают в одну из воздухоразделительных установок, где за счетэтого воздуха может быть получен холод,либо он может быть нагрет до 290 - 300 Ки использован для производственных нужд.Остальные 93,5 - 94,5 моль воздуха поддавлением 1,2 - 1,3 МПа нагревают в регенераторе 8 до температуры 290 в 3 К, азатем за счет низкотемпературного теплаподогревают дополнительно до температулению, близкому к атмосферному, а давление конденсации и хранения жидкого. азота 0,5 - 0,6 МПа. В этих условиях дляконденсации (испарения) 1 м кислороданеобходимо испарить (сконденсировать)около 1,4 м азота. Это приводит к тому,что при уменьшении (увеличении) выдачикислорода на 1 м объемный расход газаобратного потока увеличивается (уменьшается) на 1,4 мз, То есть при прекращениивыдачи кислорода обратный поток в регенераторе будет превышать прямой на 8.Поскольку это превышение должно бытьне более 2,5 - 3, то выдача кислородаможет быть уменьшена не более, чем на25%, При этом исключена возможностьподогрева детандерного потока; турбодетандер должен быть выключен из работы,что, в свою очередь, приведет к испарениючасти жидкости и, как следствие, увеличению расхода газа обратного потока, Приувеличении выдачи кислорода из нижнейколонны отбирают примерно 1,4 м азотана 1 м увеличенной выдачи кислорода, чтоприводит к ухудшению флегмового питанияверхней колонны, что недопустимо при получении технического кислорода или аргона.Кроме того, необходимо часто перестраивать режим работы воздухоразделительнойустановки.Целью изобретения является уменьшениеэнергозатрат на получение единицы продукта и увеличение компенсационной способности.Поставленная цель достигается тем, чтоизбыток кислорода перед охлаждениемсжимают до давления 0,3 - 0,8 МПа.Кроме того, жидкий воздух или азот перед испарением сжимают до давления 40,7 - 2,0 МПа и после испарения и нагревания расширяют с производством внешней работы, причем часть воздуха или азота после испарения расширяют при 100 -200 С,4На фиг. 1 - 5 приведены различные варианты принципиальных схем устройствдля осуществления предлагаемого способа.Схема содержит компрессор 1, регенератор 2, конденсатор-испаритель 3, адсорбер 54, ресивер 5 жидкого кислорода, ресивер6 жидкого воздуха, дроссельный вентиль 7,регенератор 8 (фиг. 1), насос 9, газовуютурбину 10 (фиг. 2), теплообменник 11,регенератор 12 (фиг. 3), смеситель 13(фиг. 4).На прилагаемых фиг, сам процесс низкотемпературной ректификации не показан, так как он может быть выполнен полюбой классической схеме, а указаны лишьдополнительное охлаждение, испарение иконденсация продуктов разделения, выходящих из воздухоразделительных устройстви схемы компенсации неравномерностей потребления продуктов разделения. 65ры 300 - 500 К и расширяют с получением внешней работы в газовой турбине 10 до атмосферного давления, либо до давления 0,5 - 0,6 МПа. В последнем случае воздух может быть использован в воздухоразделительных установках для получения кислорода,Прн работе по такой схеме затраты энергии на осуществление предлагаемого способа существенно снижаются, но устройство сказывается в большей мере связанным с воздухоразделительной установкой и в большей мере будет нарушать режим ее работы,По схеме (фиг, 3) устройство для осуществления предлагаемого способа совершенно не зависит от воздухоразделительной установки, В период с уменьшенным потреблением кислорода избыток кислорода (например, 100 моль) отбирают из коллектора, сжимают в компрессоре 1 до давления 0,6 МПа, охлаждают в регенераторе 2, после чего конденсируют в теплообменнике 11 (частично) и в конденсаторе-испарителе 3. Жидкой кислород сливают через адсорбер 4 в ресивер 5 и хранят при температуре, соответствующей температуре конденсации при давлении 0,6 МПа. Жидкий воздух перед испарением сжимают насосом 9 до давления 1,1 - 1,3 МПа, Часть испарившегося воздуха (примерно, 30%) расширяют с производством внешней работы газовой турбине 10. Полученную после оасшиосяпя парожпдкостпую смесь нагревают сначала в теплообменникс 11 за счет конденсации кислорода, а затем в регенераторе 8. Этот воздух служит для удаления с насадки регенератора примесей, После нагрева до 290 - 300 К его выбрасывают в атмосферу. Остальной поток воздуха (примерно, 707 о) пропускают через другой регенератор 12, нагревают в нем до 290 - 300 К и направляют на технологию.При расширении на низком температурном уровне более 35 ополученных паров некоторое количество кислорода или жидкого воздуха может быть получено в жидком виде и выведено из установки.При увеличении потребления кислорода процесс осуществляется аналогично описанному выше. При этом около 2 - 3 моль кислорода испаряют за счет теплопритока из окружающей среды,По схеме (фиг. 2) работа регенераторов будет периодической, так как самоочистка насадки от примесей не обеспечивается. При работе установки по схемам (фиг. 3, 4, 5) может быть обеспечена самоочистка насадки регенераторов или поверхности теплообменников, или по крайней мере периодичность их отогрева может быть существенно увеличена.По схемам (фиг. 4, 5) способ осуществляют при наименьших энергозатратах. В период с уменьшенным потреблением кис 6лорода (фиг. 4) кислород, например 100моль, сжимают в компрессоре 1 до давления 0,3 - 0,4 МПа, Желательно для сжатияотбирать сухой кислород, тогда теплообмен5 осуществляют в одном теплообменнике (регенераторе). Кислород пропускают по змеевикам регенератора 2, охлаждают и около85 моль конденсируют в конденсаторе-испарителе 3 за счет испарения жидкого возН духа. Около 15 моль кислорода в виде газавводят непосредственно в жидкость черезсмеситель 13. В ресивере 5 вводимый газообразный кислород сжижается, подогреваяжидкий кислород и несколько повышая его15 давление. По мере повышения давленияжидкого кислорода скрытая теплота конденсации его уменьшается и, как было показано вьцце, при давлении около 0,6 -0,8 МПа может быть достигнуто полное20 равновесие со скрытой теплотой парообразования воздуха, то есть при конденсации1 моль кислорода будет испаряться 1 мольжидкого воздуха и наоборот.жидкий воздух в количестве 96 - 97 моль25 отбирают из ресивера 6, сжимают насосом9 до давления 0,75 - 9,8 МПа, испаряют вконденсаторе-испарителе 3 и большей частью (около 80 моль) нагревают в регенераторе 8 до температуры 290 в 3 К,30 после чего направляют на технологию 16 -17 моль воздуха, отбирают из средней части регенератопа 8 при 120 - 122 К и расширяют с производством внепней работы вгазовой турбине 10, после чего его воздухЗ 5 нагревают сначала в теплообменнике 11за счет части тной конденсации кпслопода,а затем в регенераторе 2 до 290 в 3 К,затем выбрасывают в атмосферу.В период с увеличенным потреблением40 кислорода (фиг, 5) отбирают из ресивера5 жидкий кислород, дросселируют его ввентиле 7 и испаряют в конденсаторе-испарителе 3. Испарившийся кислород пропускают по змеевикам регенератора 2, после45 которого направляют потребителю. Прямым потоком по регенератору 2 служитвоздух, сжатый в компрессоре 1 до давления 0,39 - 0,42 МПа, Охлажденный иочищенный в регенераторе воздух копден 50 пируют в регенеоаторе, воздух конденспруют в конденсаторе-испарителе 3 и сливают через адсорбер 4 в ресивер 6. Для очистки насадки регенератора 2 от примесейчасть кислорода пропускают через насадку55 регеператора и (или) периодически включают в работу другой регенератор на время отогрева и удаления примесей с насадки работающего регенератора,Внедрение данного изобретения на ме 60 таллургических заводах позволит отказаться от строительства новых газгольдеров газообразного кислорода, значительно уменьшить территорию для этих целей и, чтосамое главное, существенно улучшить ки 05 слородоснабжение металлургических заводов, исключить выбросы кислорода и утилизировать жидкость, сливаемую из воздухоразделительных установок при их остановках на ремонты. Формула изобретения1, Способ выпуска кислорода из воздухоразделительной установки в условиях неравномерного потребления, включающий охлаждение избытка кислорода, получающегося в период пониженного потребления, конденсацию и хранение запаса жидкости с последующим его испарением в период повышенного потребления с использованием для конденсации и испарения кислорода, соответственно, жидкого или газообразного азота или воздуха, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и увеличения компенсационной способности, избыток кислорода передохлаждением сжимают до давления 0,3 -0,8 МПа.2. Способ по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я5 тем, что жидкий воздух или азот перед испарением сжимают до давления 0,7 -2,0 МПа и после испарения и нагреваниярасширяют с производством внешней работы,1 О 3. Способ по пп. 1 и 2, отл и ч а ю щи йс я тем, что часть воздуха или азота послеиспарения расширяют при 100 - 200 С.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе15 1, Патент Лнглии964947, кл. Р 4 Р,1961.2. Справочник Кислород под ред, Д.Л.Глизманенко. М., т, 2, 1973, с. 279 - 285,3. Патент Японии2 - 1032, кл. 13 (7)20 В 32, 1974 (прототип),777372 Составитель В. Ивочкин Техред И. Заболотнова Редактор Л. Курасова Корректор А. Галахова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2710/19 Изд Лг 600 Тираж 583 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5