CS199388B1

CS199388B1 - Method of carbon dioxide disposal from the air in the process of low-temperature disintegration of the air and equipment for execution of this method

Info

Publication number: CS199388B1
Application number: CS574477A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Brabec; Jiri Sykora
Original assignee: Jaroslav Brabec; Jiri Sykora
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález ee týká způsobu odstraňování kysličníku uhličitého v procesu nízkoteplotního dělení vzduchu a zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for removing carbon dioxide in a low temperature air separation process and to an apparatus for carrying out the process.

Vzduch, který má být za nízkých teplot dělen rektifikací, musí být zcela zbaven kysličníku uhličitého. Hlavní množství vzduchu u nízkotlakého zařízení je čištěno od kysličníku uhličitého v regenerátorech. Aby věak byla zachována tepelné bilance regenerátorů současně s jejich čistící funkci, je ze středů regenerátorů nutné odtahovat jisté množství vzduchu s kysličníkem uhličitým. Podle dosavadních způsobů je tento vzduch zbavován kysličníku uhličitého buá vymražováním ve vymrazovaoích výměnících, nebo je veden do adsorbérů, kde je adsorpci na silikagelu za nízkých teplot zbavován kysličníku uhličitého. Tento proces probíhá teplotě 140 až 160 K. Vzduch zbavený kysličníku uhličitého je potom míchán se vzduchem z dolní kolony, který’má teplotu zhruba 100 K a jeho teplota je upravována na teplotu, která je potřebná na vstupu do expanzní turbiny a která se pohybuje mezi 125 až 130 K. Tyto způsoby odstraňování kysličníku uhličitého v prooesu dělení zzduchu mají věak některé nevýhody. Vymražováním lze jen obtížně dosáhnout dokonalého odstranění kysličníku uhličitého a dosavadní způsoby odstraňování kysličníku uhličitého adsorpci probíhají za poměrně vysokých adsorbčních teplot, kdy je adsorpční kapacita silikagelu na kysličník uhličitý poměrně malá. Proto je nutná i častá regenerace lože adsorbentu, což je spojené se ztrátami chladu a tím i ee značnými ztrátami na energii.The air to be separated by rectification at low temperatures must be completely free of carbon dioxide. The main air volume at low pressure equipment is purified from carbon dioxide in the regenerators. However, in order to maintain the heat balance of the regenerators at the same time as their cleaning function, it is necessary to extract a certain amount of carbon dioxide air from the centers of the regenerators. According to the prior art, this air is freed of carbon dioxide either by freeze-thawing in exchanger freezers or fed to adsorbers, where the adsorption on silica gel at low temperatures is freed of carbon dioxide. The process is carried out at a temperature of 140 to 160 K. The deoxygenated air is then mixed with the bottom column air, which is at a temperature of about 100 K and is adjusted to the temperature required at the inlet of the expansion turbine and between However, these methods of removing carbon dioxide in the air separation process have some disadvantages. Freezing is difficult to achieve complete removal of carbon dioxide, and the present methods of removing carbon dioxide by adsorption proceed at relatively high adsorption temperatures, where the adsorption capacity of silica gel to carbon dioxide is relatively low. Therefore, frequent regeneration of the adsorbent bed is also required, which is associated with cold losses and thus considerable energy losses.

199 388199 388

198388198388

Tyto nevýhody odstraňuje způsob odstraňování kysličníku uhličitého ze vzduchu v procesu nízkoteplotního dělení podle uvedeného vynálezu, při kterém se vzduch obsahující kysličník uhličitý ochlazuje smícháním s proudem vzduchu, který má teplotu o min. 3 ⁰ nižěí a obsah kysličníku uhličitého meněí než 300 ppm, načež je kysličník uhličitý odstraněn adeorpcí na silikagelu. Zařízení k provádění způsobu sestává předevěím z regenerátorů, ventilových komor, kolon, výměníků tepla, adeorberů, expanzních turbin a propojovacího potrubí a je konstruováno tak, že ventilová komora odběru je propojena e dolní kolonou potrubím před adsorbery kysličníku uhličitého.These disadvantages are overcome by a method of removing carbon dioxide from the air in the low temperature separation process of the present invention, wherein the air containing carbon dioxide is cooled by mixing with an air stream having a temperature of min. ⁰ 3 below and the carbon dioxide content less than 300 ppm, whereupon the carbon dioxide is removed adeorpcí gel. The apparatus for carrying out the method consists primarily of regenerators, valve chambers, columns, heat exchangers, adeorbers, expansion turbines and a manifold and is constructed such that the sampling valve chamber is connected to the lower column by a manifold before the carbon dioxide adsorber.

Hlavní výhoda způaobu odstraňování kysličníku uhličitého podle vynálezu tkví v tom že odstraňování kysličníku uhličitého probíhá za teploty, která je potřebná na vstupu do expanzní turbiny a tedy za teploty podstatně nižěí, než tomu bylo doposud. Za těchto teplot má silikagel podstatně větěí adsorpční kapacitu na kysličník uhličitý a dochází i tím k prodloužení pracovní periody adeorberů a tím ks snížení ztrát chladu a ztrát energie. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je velmi jednoduché a umožňuje snížit provozní náklady.The main advantage of the method of removing carbon dioxide according to the invention is that the removal of carbon dioxide takes place at the temperature required at the inlet of the expansion turbine and thus at a temperature substantially lower than hitherto. At these temperatures, silica gel has a substantially higher adsorption capacity to carbon dioxide and thus also prolongs the working period of the adeorbers, thereby reducing cold and energy losses. The device for carrying out the method according to the invention is very simple and makes it possible to reduce operating costs.

Objasnění způsobu odstraňování kysličníku uhličitého v procesu nízkoteplotního dělení vzduchu bude ukázáno v souvislosti s výkresem, kde je zobrazeno zjednodušené technologické schéma nízkotlakého zařízení na dělení vzduchu. Vstupující vzduch o tlaku 0,6 MPa do zařízení potrubím 13 je veden do dvojice kyslíkových regenerátorů 2 a do 2. V regenerátorech 2» 2 js vzduch ochlazován blízko mezi sytosti a zároveň na náplni ze vzduchu vymrzá voda a kysličník uhličitý. Přes ventilové komory J, 4, které slouží k rozdělování produktu dělení do regenerátorů, je veden v zduch do dolní kolony IQ.» kde je za tlaku 0,6 MPa předběžně dělen na bohatou kapalinu a kapalný dusík. Aby byla zajištěna aamovynáěeoí funkce dusíkových regenerátorů £, je z jejich středů za teploty cca 140 až 160 K odtahován v¹., uch obsahující kysličník uhličitý do ventilové komory odběru g. Tento vzduch je ochlazován smícháním s proudem vzduchu, který je prost kysličníku uhličitého a je o teplotě cca 100 K odtahován z dolní kolony. Množství přimíchávaného vzduchu z dolní kolony 10 je voleno takové, aby byla dosažena maximální adsorpční kapacita v adeorberech 6. Po smíchání je vzduch veden do adeorberů, kde je zbavován kysličníku uhličitého adeorpel na silikagelu. Konečná teplota na vstupu do expanzní turbiny J je upravována přimícháním dalšího množství vzduchu z dolní kolony potrubím 20. Vzduch z expanzní turbiny χ je veden ke konečnému rozdělení do horní kolony 8. Z hlavy horní kolony 8 potom proudí surový dusík do podchlazovacího výměníku 1£, kde v protiproudu podchlazuje kapalný dusík z dolní kolony 10 do horní kolony 8 a bohatou kapalinu, která je po podchlazení čištěna v adeorberech 11 a naetřikovaná do horní kolony 8. Surový dusík z podchlazovacího výměníku 12 je veden do ventilových komor £ a odtud do dusíkových regenerátorů 2.An explanation of the method of removing carbon dioxide in the low temperature air separation process will be shown in conjunction with the drawing where a simplified flow diagram of the low pressure air separation device is shown. The incoming air at a pressure of 0.6 MPa to the device via a duct 13 is led to a pair of oxygen regenerators 2 and to 2. In the regenerators 2, 2 the air is cooled close to saturation while water and carbon dioxide freeze on the air charge. Through the valve chambers 14, which serve to distribute the separation product to the regenerators, it is led to the bottom column 10 where it is pre-separated into a rich liquid and liquid nitrogen at a pressure of 0.6 MPa. To ensure aamovynáěeoí function nitrogen regenerators £, from their centers at a temperature of about 140 to 160 for withdrawing the ^first, uh containing carbon dioxide into the valve chamber receive grams. This air is cooled by mixing with an air stream which is free of carbon dioxide and is withdrawn from the bottom column at a temperature of about 100 K. The amount of admixed air from the bottom column 10 is selected such that the maximum adsorption capacity in the adeorber 6 is reached. After mixing, the air is directed to the adeorber, where it is stripped of adeorpel carbon dioxide on silica gel. The final temperature at the inlet to the expansion turbine J is adjusted by admixing additional air from the bottom column through line 20. The air from the expansion turbine χ is led to the final separation into the upper column 8. Raw nitrogen then flows from the top column head to the subcooling exchanger 16. wherein, in countercurrent, the liquid nitrogen from the lower column 10 to the upper column 8 and the rich liquid, which, after subcooling, is purified in the adeorber 11 and injected into the upper column 8. The crude nitrogen from the subcooling exchanger 12 2.

V dusíkových regenerátorech ee od náplně ohřívá a vynáší vymrzlý kysličník uhličitý a vodní páru. V hlavním kondenzátorů 2 ⁸⁶ shromažďuje kapalný kyslík,kkterý po odpaření vystupuje potrubím do ventilových komor J a kyslíkových regenerátorů χ. Odtud potom vystupuje ze zařízení potrubím 15. zatím co dusík z dusíkových regenerátorů 2 vystupuje potrubím 14. Při smíchávání vzduchu, který obsahuje cca 300 ppm kysličníku uhličitého zeIn nitrogen regenerators, ee heats and carries out frozen carbon dioxide and water vapor from the charge. In the main capacitor 2 ⁸⁶ collects liquid oxygen kkterý after evaporation conduit extends into the valve chamber and oxygen regenerators J χ. From there it exits through the line 15 while nitrogen from the nitrogen regenerators 2 exits through line 14. While mixing the air, which contains about 300 ppm of carbon dioxide from the

199 381 středu dusíkových regenerátorů 2 se vzduchem z dolní kolony, dochází eice ke snížení parei álnlho tlaku kysličníku uhličitého ve eméai, ale zároveň i k poklesu teploty. Snížení parciálního tlaku kysličníku uhličitého ve vzduchu v potrubí 18. snižuje adsorpční kapacitu eilikagelu, ale vliv snížení adsorpční teploty je podstatné výraznější, takže celkově dojde při způsobu odstraňování kysličníku uhličitého podle vynálezu ke zvýšení adsorpční kapacity eilikagelu. Zařízení k provádění'způsobu je velmi jednoduché a je zřejmé z výkresu. Spočívá v propojení ventilová komory £ a dolní kolonou 10. potrubím 16 a 17. které ae spojují do potrubí 16 před adsorbery kysličníku uhličitého 6.199 381 of the center of the nitrogen regenerators 2 with the air from the lower column, there is also a decrease in the volatile carbon dioxide pressure in the emea but also a decrease in temperature. The reduction of the partial pressure of carbon dioxide in the air in the conduit 18 reduces the adsorption capacity of the eilica gel, but the effect of reducing the adsorption temperature is substantially more pronounced, so that the adsorption capacity of the eilica gel is increased overall. The apparatus for carrying out the method is very simple and is apparent from the drawing. It consists in connecting the valve chamber 6 and the lower column 10 with a line 16 and 17 which connect to the line 16 before the adsorber of the carbon dioxide 6.

Způsob odstraňování kysličníku uhličitého v procesu nízkoteplotního dělení vzduchu umožňuje snížit spotřebu energie pro nízkoteplotní dělení u stávajících zařízení neb dochází k prodloužení pracovní periody adsorberů kysličníku uhličitého. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu pak při atejné pracovní dobš adsorberů kysličníku uhličitého, umožňuje konstruovat menší adsorbery.The method of removing carbon dioxide in the low temperature air separation process makes it possible to reduce the energy consumption for the low temperature air separation of existing plants or to prolong the working period of the carbon dioxide adsorber. The apparatus for carrying out the process according to the invention, at the same working time of the carbon dioxide adsorber, allows the construction of smaller adsorberes.

Claims

1. A process for removing carbon dioxide from air in a low temperature air separation process, characterized in that the air containing carbon dioxide is cooled by mixing with an air stream having a temperature of at least ³⁰ and a carbon dioxide content of less than 300 ppm. carbon dioxide removes adsorption on silica gel.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising regenerators connected to β rectification columns via valve chambers and via adsorberas to expansion turbines, wherein heat exchangers are provided between the columns and the regenerators, characterized in that the valve chamber is drawn off. (5), is connected to the lower column (10) by a line (16), (17) or an air line connecting the valve chambers (7), (4) and the lower column (10) before the carbon dioxide adsorber (6).