CS197102B1 - Způsob zkapalňování a dělení vzduchu, zejména pro velký podíl kapalných produktů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu zkapalňování a dělení vzduchu pro velký podíl kapalných produktů dělení a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Podle dosavadních známých způsobů zkapalňování a dělení vzduchu pro velký podíl kapalných produktů dělení se používá většinou komprese vzduchu na vysoký tlak, okolo 20 MPa, načež následuje adsorpční odstraňování vodní páry a kysličníku uhličitého. Hlavním zdrojem chladu je pak expanze komprimovaného vzduchu z tlaku 20 MPa na tlak 0,6 MPa, přičemž tato expanze se uskutečňuje za konání vnější práce, buS v pístovém expansním stroji nebo v expananí turbině. Při použití odstředivých kompresorů pro stlačování vzduchu musí být vzduch stlačen na tlak okolo 3 MPa a hlavní výroba chladu pro získávání kapalných produktů dělení je uskutečňována pomocí zvláštního cirkulačního okruhu, ve kterém cirkuluje dusík mezi tlakovou úrovní 3 MPa a 0,5 MPa, přičemž je chlad vyráběn expanzí tohoto dusíku v expansním stroji za konání vnější práce. Nevýhodou tohoto způsobu dělení vzduchu je především poměrně velká měrná spotřeba energie. Dusík potřebný pro doplňování cirkulačního okruhu musí být odebírán ze systému kolon dvojnásobné rektifikace. Dochází tak k ochuzování refluxního poměru v rektifikačních kolonách a ke snížení výtěžnosti čistých produktů dělení vzduchu.

K získávání chladu dochází také nevýhodně na teplotní úrovni beztlakého kapalného dusíku. Strojní zařízení k provádění známých způsobů zkapalňování vzduchu je komplikované a nákladné.

197 102

197 102

Tyto nevýhody jsou odstraněny způsobem zkapalňování a dělení vzduchu, zejména pro velký podíl kapalných produktů, při němž je atmosférický vzduch, komprimovaný a zbavený C0₂ a vlhkosti adsorpci, chlazen v systému protiproudých výměníků tepla vystupujícími plynnými produkty dělení a dále chlazen expanzí za konání vnější práce a dělen rektifikaci, jehož podstatou je, že v expansní turbině za konání vnější práce je expandováno větší množství vzduchu než je adsorpčně zbavováno vlhkosti a kysličníku uhličitého, přičemž vzduch expanduje na tlak minimálně odpovídající tlaku tlakové kolony.

Zařízení k provádění způsobu zkapalňování a dělení vzduchu podle vynálezu pak sestává především ze vzduchového kompresoru, cirkulačního kompresoru, adsorpční jednotky k odstraňování vody a kysličníku uhličitého, výměníku tepla, expansní turbiny, rektifikačních kolon a příslušného potrubí a armatur a jeho podstatou je, že vstup do expansní turbiny je propojen jednak přes výměníky tepla a adsorpění jednotku s výtlakem vzduchového kompresoru a jednak přes výměníky tepla s výtlakem cirkulačního kompresoru, přičemž výstup expansní turbiny je propojen jednak š tlakovou kolonou a jednak přes výměníky tepla se sáním cirkulačního kompresoru.

Způsob zkapalňování a dělení vzduchu podle vynálezu má především tu výhodu, že dochází k získávání chladu v jediné expansní turbině, která zpracovává větší množství vzduchu než je čištěno v adsorpční jednotce na výstupu ze vzduchového kompresoru. Větší množství vzduchu, které expanduje v expansní turbině je dosahováno tím, že přes výměníky tepla cirkuluje potřebné množství vzduchu pomocí cirkulačního kompresoru, a to mezi tlakovými úrovněmi, které zhruba odpovídají tlaku na výstupu z expansní turbiny a tlaku na výstupu z hlavního vzduchového kompresoru. Dochází tak k výhodnému získávání chladícího výkonu na vyšší teplotní úrovni, což je termodynamicky výhodné. Mimo to strojní zařízení k provádění způsobu je jednoduché, neboí z točivých strojů obsahuje pouze vzduchové kompresory a expansní turbinu. Způsob zkapalňování a dělení vzduchu podle vynálezu umožňuje získávat značné množství kapalných produktů vzduchu při použití rotačních strojů jak pro kompresi, tak pro expansi.

Příklad způsobu zkapalňování a dělení vzduchu podle vynálezu, je zřejmý ze zjednodušeného technologického schématu na přiloženém obrázku.

Na tomto obrázku je zjednodušené technologické schéma zařízení, které je určeno k výrobě kapalného kyslíku. Atmosferický vzduch je nasáván do kompresoru 1, kde je stlačován na tlak 3 MPa. V koncovém chladiči 2 je teplota vzduchu patřičně snížena. Komprimovaný vzduch je dále v adsorpční jednotce 2 zbavován adsorpci vody a kysličníku uhličitého.

Suchý vzduch je pak veden do vlastního zařízení na dělení vzduchu, kde je postupně ochlazován v systému protiproudých výměníků tepla. Nejprve je jeho teplota snižována ve výměníku 6 vystupujícím dusíkem. Dále je jeho teplota snížena v přídavné chladicí jednotce 8.

K dalšímu ochlazování dochází ve výměníku 10, odkud je část vzduchu vedena na expansní turbinu 11. V expansní turbině 11 dochází za konání vnější práce k expanzi vzduchu z tlaku 3 MPa na tlak 0,6 MPa. Přitom množství vzduchu, které expanduje v expansní turbině 11 je podstatně větší než množství vzduchu, které je komprimováno ve vzduchovém kompresoru 1.

197 102

Je tomu tak proto, že na výstupu z expansní turbiny 11 je část vzduchu vedena přea systém protlproudnýoh výměníků tepla 13. 2» Z ^na sání cirkulačního vzduchového turbokompresoru £.

V cirkulačním turbokompresoru £ se vzduch stlačuje z tlaku 0,6 MPa na tlak 3 MPa. V koncovém chladiči 2 cirkulačního turbokompresoru £ je patřičně upravena teplota cirkulačního vzduchu. Cirkulační vzduoh jo veden zpět přes systém protiproudých výměníků tepla J, 2 ^a přes přídavnou chladicí jednotku 8 na vstup do eipansní turbiny 11. Chladicí výkon zařízení je možné regulovat výkonem cirkulačního vzduchového turbokompresoru £. Z expansní turbiny 11 část vzduchu, určená pro nízkoteplotní dělení, je vedena do tlakové kolony 17 systému kolon dvojnásobné rektiflkaoe. Do tlakové kolony 17 je také vedena část vzduchu přes zkapalňovače 12. 13. V závislosti na patrech dělicího zařízení může být výhodné některý ze zkapalňovačů i2» 12 vypustit. V tlakové koloně 1£, hlavním kondensátoru 16 a horní koloně 15 dochází ke konečnému rozdělení vzduchu na produkty dělení, dusík a kyslík. Podohlazovaoí výměník 14 slouží k podchlazování meziproduktů dělení z tlakové kolony 17 do horní kolony 15. Kapalný kyslík je odebírán z hlavního kondenzátoru 16 a je nejprve podchlazen v hlavním výměníku 14 a vystupuje ze zařízení potrubím 18 jako podohlazený kapalný produkt. Plynný dusík odchází z nízkotlaké kolony 1£ přes podchlazovaní výměník 1£ a dále přes zkapalňovač j.2 a systém výměníků 10. 6, přičemž předává své teplo vstupujícímu komprimovanému vzduchu. Ze zařízení pak vystupuje jako plynný produkt potrubím 19. Výstup expansní turbiny JI Je propojen přes výměníky 12, 2» 1 ^se sáním vzduchového cirkulačního kompresoru £ a dále s tlakovou kolonou 17. Vstup do expansní turbiny 11 Je propojen přes výměníky 2» I ⁸ výstupem vzduchového cirkulačního kompresoru £ a jednak přes výměníky 10, a adsorpční jednotku 2 s výstupem vzduchového turbokompresoru 1. Při jiném příkladném řečení zařízení může být některý z výměníků 13 nebo 12 vypuštěn. Stejně tak může být vypuštěna chladicí jednotka.

Claims (2)

1. Způsob zkapalňování a dělení vzduchu, zejména pro velký podíl kapalných produktů, přičemž je atmosferický vzduoh, komprimovaný a zbavený C0₂ a vlhkosti adsorpci, chlazen v systému protiproudých výměníků tepla vystupujícími plynnými produkty dělení a a dále ohlazen expanzi za konáni vnější práoe a dělen rektifikací, vyznačující se tím, že v expansní turbině, za konání vnější práce, expanduje větší množství vzduchu než je adeorpčně zbavováno vlhkosti a kysličníku uhličitého, přičemž vzduoh expanduje na tlak větží nebo rovný tlaku tlakové kolony.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, sestávající ze vzduchového kompresoru, cirkulačního kompresoru, adsorpční jednotky k odstraňování COg a vlhkosti, výměníků tepla, expansní turbiny, rektlfikačních kolon a příslušného potrubí a armatur, vyznačující se tím, že vstup do expansní turbiny (11) je propojen jednak přee výměníky (10, 6) a adsorpční jednotku (3) s výtlakem vzduchového kompresoru (1), jednak přes

I

197 102 výměníky (9, 7) s výtlakem cirkulačního kompresoru (4)» přičemž výstup expanžní tur hiny (11) je propojen jednak β tlakovou kolonou (17)» jednak přes výměníky (7, 9) a popřípadě přes výměník (19) ee sáním cirkulačního kompresoru (4).

1 výkres