PROCEDE POUR L'EXTENSION DES POSSIBILITES D'UTILISATION DES TURBINES A EXPANSION
DANS LES INSTALLATIONS DE FRACTIONNEMENT D'AIR.
On sait que l'utilisation des turbines., qui fournissent le froid nécessaire pour le processus de fractionnement est limitée par le fait qu' un certain volume minimum est nécessaire pour l'exploitation rationnelle d'une turbine. Un procédé qui permettrait d'utiliser les turbines même pour les rendements réduits des appareils de fractionnement d'air, serait des plus avantageux dans le domaine de la technique du froid, étant donné que le rendement des turbines est très élevé.
Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que la totalité de l'air à fractionner est pré-fractionnée dans la colenne à pression d'un double rectificateur et que l'oxygène impur produit et qui est soutiré à l'état liquide du fond de la colonne à pression, est d'abord détendu à une pression moyenne suffisamment élevée,,, pour que l'oxygène impur puisse être vaporisé par la chaleur de l'azote gazeux. condensé à la tête de la colonne à pression. Cette vapeur ainsi produite est ensuite partiellement chauffée,. comme d'habitude. par échange avec un gaz plus chaud et détendue en produisant de l'énergie. par exemple par une turbine, dans la colonne supérieure de l'appareil de fractionnement d'air.
Il est, par exemple, possible de vaporiser l'oxygène impur de la co-
<EMI ID=1.1>
atm. par échange de température avec l'azote se condensant dans la colonne à pression. Pour la transmission de chaleur de l'azote se condensant dans la colonne à pression, à l'oxygène se vaporisant. on dispose
<EMI ID=2.1>
La différence avec le procédé habituel est caractérisée en ce que dans la colonne supérieure pas ou seulement un peu d'oxygène impur est détendu à l'état liquide et que par conséquent la rectification dans la partie inférieure de la colonne se déroule un peu moins favorablement.
Par contres le ruissellement avec de l'azote liquide dans la partie supé-
<EMI ID=3.1>
une rectification un peu moins favorable dans la partie inférieure de la colonne il existe donc des conditions de rectification plus favorables
dans la partie supérieure de la colonne. Gomme le montre le calcul, le
même effet de séparation est conservé que dans les procédés utilisés jusqu' après, malgré ces modifications assez importantes des conditions de rectification.
Par contre, le procédé suivant l'invention travaille plus économiquement que le procédé antérieur. Comme le montre le calcul., le rendement frigorifique de l'expansion de 2,7 à 1,3 aime en supposant un ren-
<EMI ID=4.1>
forme d'oxygène impur soient détendus par la turbine.
Le procédé utilisé jusqu'à présent, dans lequel une partie d'air beaucoup moins importante de 23.6 % de la quantité d'air totale est
<EMI ID=5.1>
trouve', lors de l'expansion de l'oxygène impur, plutôt à la limite inférieure, parce que, lors d'une chute de pression, qui est moins importante dans le présent cas que lors du procédé usuel, on peut compter sur un rendement de turbine plus favorable. La raison justifiant ce résultat mathématique plus favorable sans diminution du degré de séparatien réside dans le fait que, contrairement à l'injection d'air, la quantité totale
<EMI ID=6.1>
la colonne supérieure, est plus importante, que celle qui peut être produite par l'air injecté suivant le procédé usuel. Il n'est pas toujours nécessaire ou possible de vaporiser toute la quantité d'oxygène impur et de la détendre en produisant de l'énergie, mais il suffit éventuellement, lorsque la partie la plus importante est ainsi traitée, que la partie moins importante soit introduite directement à l'état liquide dans la colonne supérieure, en évitant le vaporisateur et la turbine.
Une forme d'exécution, donnée à titre d'exemple, est représentée au dessin annexé.
<EMI ID=7.1>
ainsi préfractionné en oxygène impur et en azote pur. Ce dernier est condensé à la tête de la colonne par échange de température, partiellement avec de l'oxygène pur se vaporisant et partiellement avec de l'oxygène impur. L'oxygène impur se vaporisant, accumulé au fond de la colonne à pression, est soutiré en 8 et détendu par la soupape 7 jusqu'à la pression
de vaporisation. il est ensuite vaporisé complètement dans le vaporisa-
<EMI ID=8.1>
gaz plus chaud 16, puis détendu dans la turbine 10 jusqu'à la pression
de la colonne 2, en produisant de l'énergie, et introduit en 11 dans
cette colonne. Le réchauffage de l'oxygène impur à détendre avec production d'énergie, peut par exemple, s'effectuer avec une partie de l'air, qui a été soutirée d'un endroit plus chaud de l'échangeur de température
(régénérateur).
Une autre possibilité de réchauffage de l'oxygène devant être détendu, consiste en ce que celui-ci est partiellement chauffé dans les tubes installés dans la partie plus froide du régérénateur non représenté, par échange avec de l'air à fractionner. et est conduit ensuite vers la turbine
<EMI ID=9.1>
condenseur à contre-courant 6, est détendu par la soupape 13 jusqu'à la pression de la colonne supérieure et envoyé en 14 comme azote de lavage. L'oxygène produit est, comme d'habitude soutiré en 15.
Les produits de fractionnements sont réchauffés jusqu'à la température ambiante dans des échangeurs de température non représentés par échange avec de l'air à fractionner.
Evidemment., le procédé suivant l'invention peut être réalisé non seulement avec des' turbines. mais avec tout type de machines d'expansion appropriés à cet effet.
REVENDICATIONS.
1) Procédé pour l'extension des possibilités d'utilisation
de turbines d'expansion dans les installations de fractionnement d'air. caractérisé en ce que la quantité d'air totale à traiter est préfractionnée dans la colonne à pression d'un double rectificateur. l'oxygène liquide impur est ensuite détendu jusqu'à une pression moyenne et vaporisé sous cette pression par échange de température avec l'azote condensé de la colonne à pression, il est partiellement chauffé par un courant de gaz plus chaud et détendu., en produisant de 1.'énergie, dans la colonne supérieure du double rectificateur, l'azote liquide produit étant utilisé comme liquide de lavage.
PROCESS FOR EXTENSION OF THE POSSIBILITIES OF USING EXPANSION TURBINES
IN AIR FRACTIONING PLANTS.
It is known that the use of turbines, which provide the cooling necessary for the fractionation process is limited by the fact that a certain minimum volume is necessary for the rational operation of a turbine. A method which would make it possible to use the turbines even for the reduced yields of air fractionation devices would be most advantageous in the field of refrigeration technology, given that the efficiency of the turbines is very high.
According to the invention, this problem is solved by the fact that all of the air to be fractionated is pre-fractionated in the pressure column of a double rectifier and that the impure oxygen produced and which is withdrawn in the state liquid at the bottom of the pressure column, is first expanded to a sufficiently high average pressure ,,, so that the impure oxygen can be vaporized by the heat of the nitrogen gas. condensed at the top of the pressure column. This vapor thus produced is then partially heated. as usual. by exchange with a hotter gas and relaxed by producing energy. for example by a turbine, in the upper column of the air fractionation apparatus.
It is, for example, possible to vaporize impure oxygen from the co-
<EMI ID = 1.1>
ATM. by temperature exchange with nitrogen condensing in the pressure column. For the transfer of heat from nitrogen condensing in the pressure column to vaporizing oxygen. We dispose
<EMI ID = 2.1>
The difference with the usual process is characterized in that in the upper column no or only a little impure oxygen is expanded in the liquid state and therefore the rectification in the lower part of the column proceeds somewhat less favorably. .
On the other hand, the runoff with liquid nitrogen in the upper part
<EMI ID = 3.1>
a slightly less favorable rectification in the lower part of the column there are therefore more favorable rectification conditions
at the top of the column. As the calculation shows, the
The same separation effect is retained as in the processes used hereafter, despite these fairly significant changes in the rectification conditions.
On the other hand, the process according to the invention works more economically than the prior process. As the calculation shows, the cooling efficiency of the expansion from 2.7 to 1.3 likes assuming a return
<EMI ID = 4.1>
form of impure oxygen are expanded by the turbine.
The process used so far, in which a much smaller air part of 23.6% of the total air quantity is
<EMI ID = 5.1>
found ', during the expansion of the impure oxygen, rather at the lower limit, because, during a pressure drop, which is less important in this case than in the usual process, one can count on a more favorable turbine efficiency. The reason justifying this more favorable mathematical result without reducing the degree of separatian lies in the fact that, unlike the injection of air, the total quantity
<EMI ID = 6.1>
the upper column is larger than that which can be produced by the air injected according to the usual process. It is not always necessary or possible to vaporize all the quantity of impure oxygen and to relax it by producing energy, but it may be sufficient, when the most important part is thus treated, that the less important part be introduced directly in the liquid state into the upper column, avoiding the vaporizer and the turbine.
One embodiment, given by way of example, is shown in the accompanying drawing.
<EMI ID = 7.1>
thus pre-fractionated into impure oxygen and pure nitrogen. The latter is condensed at the top of the column by temperature exchange, partially with pure oxygen vaporizing and partially with impure oxygen. The vaporizing impure oxygen, accumulated at the bottom of the pressure column, is withdrawn at 8 and expanded by valve 7 to the pressure
vaporization. it is then vaporized completely in the vaporisa-
<EMI ID = 8.1>
hotter gas 16, then expanded in the turbine 10 to the pressure
of column 2, producing energy, and introduced at 11 into
this column. The reheating of the impure oxygen to be expanded with energy production can, for example, be carried out with part of the air, which has been withdrawn from a warmer part of the heat exchanger
(regenerator).
Another possibility of reheating the oxygen which has to be relaxed consists of the latter being partially heated in the tubes installed in the colder part of the regenerator, not shown, by exchange with air to be fractionated. and is then led to the turbine
<EMI ID = 9.1>
countercurrent condenser 6, is expanded by valve 13 to the pressure of the upper column and sent to 14 as washing nitrogen. The oxygen produced is, as usual, withdrawn at 15.
The fractionation products are reheated to ambient temperature in temperature exchangers not shown by exchange with air to be fractionated.
Obviously, the process according to the invention can be carried out not only with turbines. but with any type of expansion machines suitable for this purpose.
CLAIMS.
1) Procedure for extending the possibilities of use
of expansion turbines in air fractionation plants. characterized in that the total quantity of air to be treated is pre-fractionated in the pressure column of a double rectifier. the impure liquid oxygen is then expanded to a medium pressure and vaporized under this pressure by temperature exchange with the condensed nitrogen from the pressure column, it is partially heated by a stream of hotter and expanded gas., in generating energy, in the upper column of the double rectifier, the liquid nitrogen produced being used as washing liquid.