CS199895B1 - Způsob získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

(54) Způsob získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem a zařízení k provádění tohoto způsobu

Vynález se týká způsobu získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní známé způsoby získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem s regenerátory využívají hlavně rezerv chladu vlastního dělicího zařízení. Ke krytí ztrát chladu je především využívána expanze vzduchu nebo dusíku v expanzní turbině za konání vnějěí práce. K expanzi dochází z tlaku, který je přibližně roven tlaku vzduchu v regenerátorech a pohybuje se mezi 0,6 až 0,9 MPa na tlak ,který je v horní koloně, a který bývá 0,14 MPa. Při zvyšování požadavku na výrobu kapalných produktů děleni vzduchu je nutné zvyšovat i množství vzduchu, které expanduje v expanzní turbině. Tím se podstatně zhoršuji podmínky rektifikace v systému kolon dvojnásobné rektifikace. Dochází k ochuzování refluxu a tím i ke snižování výtěžnosti produktu dělení vzduchu, kyslíku. Bez zhoršování výtěžnosti kyslíku je možné těmito způsoby produkovat max. 3 'i> produkce kyslíku v kapalném stavu. Další zvyšování produkce kapalných produktů děleni vzduchu nese s sebou i zvýšení spotřeby energie pro výrobu plynného kyslíku, což je svázáno s poklesem jeho výtěžnosti z děleného vzduchu.

Tyto nevýhody jsou odstraněny způsobem získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem s regenerativně rekuperativní výměnou tepla v regenerátorech se získáváním chladu expanzí plynného média v expanzních turbinách za konání vnějěí práce, s dě199 895

199 895 lením vzduchu rektifikací a zařízením k provádění tohoto způsobu podle uvedeného vynálezu. Způsob je charakterizován tím, Se je vzduch nejprve ochlazen v regenerátorech, načež je expandován dvoustupňové v expanzních turbinách, přičemž převážná část vzduchu z regenerátorů je po případné úpravě teploty smícháním s čáetí vzduchu, který je ohříván ve vratných hadech regenerátorů expandována v nejméně jedné expanzní turbině prvního stupně na tlak minimálně odpovídající tlaku v dolní koloně, do které je převážná část expandovaného vzduchu zavedena, zatímco v druhém stupni expanze v nejméně jedné expanzní turbině expanduje vzduch ohřátý ve vratných hadech regenerátorů po předchozí úpravě teploty smícháním s Částí vzduchu proudící přee vratné hady a který byl sem přiveden po expanzi v prvním stupni. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu pak sestává předevěím z regenerátorů, výměníku tepla, rektifikačnlch kolon, expanzních turbin a příslušného potrubí a je charakterizováno tím, Se výetup z regenerátorů je přee ventilové komory propojen e expanzní turbinou prvního stupně expanze a výtlak této expanzní turbiny je propojen e dolní kolonou, přičemž expanzní turbina druhého stupně expanze je na svém vstupu propojena jednak přee vratné hady regenerátorů a jednak přímo a dolní kolonou, a nebo s výstupem expanzní turbiny prvního stupně expanze a výstupem je tato turbina propojena e ventilovými komorami a regenerátory přee horní kolonu a nebo přímo.

Způsob dělení v zduchu podle vynálezu umožňuje při stejné výtěžnosti kyslíku dosáhnout větší produkce kapalných produktů dělení vzduchu a tlm i snižuje měrnou spotřebu energie. Tato výhoda ee obzvláště výrazně projevuje při současném požadavku na výrobu chudého kyslíku o nízké koncentraci např. 85 % Og se současnou produkci čistého kapalného kyslíku nebo dusíku. Za jinak srovnatelých podmínek lze podle vynálezu dosáhnout o 10 až 15 % měnáí měrné spotřeby energie na výrobu kapalných produktů, než je tomu u doposud známých způsobů.

Princip způsobu získávání kapalných produktů dělení vzduchu podle vynálezu je nejlépe patrný z výkresu, kde je zjednodušené technologické schéma zařízení na dělení vzduohu s regenerátory, které produkuje současně chudý kyelík o koncentraci 85 % Og epolu e kapalným čistým kyslíkem o koncentraci 99,5 % Og·

Vzduch určený kdělení je nasáván do kompresoru £, potrubím 13. kde je stlačován na tlak 0,9 MPa. Komprimovaný vzduch je potom veden potrubím 33 do péru kyslíkových regenerátorů £ a dusíkových regenerátorů £. V regenerátorech je vzduch ochlazován na kamenné náplni přičemž je zbavován vymrzáním kysličníku uhličitého a vodní páry. Tyto nečistoty jsou pak z náplně vynášeny produkty dělení. Ochlazený vzduch proudí z regenerátorů £, £ do ventilových komor £, £, které zabezpečují přepínání proudu vzduchu s proudem kyslíku a dusíku.

Z ventilových komor £, £ je veden vzduch ochlazený na teplotu blízkou mezi sytosti potrubím Ιέ. na expanzní turbinu £ prvního stupně expanze. Aby bylo dosaženo požadované teploty na vstupu do expanzní turbiny £, je část vzduchu odebírána potrubím 17 a vedena do vratných hadů regenerátorů 2, £, kde je ohřátá a vedena potrubím 18 před expanzní turbinu 6. V expanzní turbině £ ee uskutečňuje expanze vzduchu za konání vnější práce na tlak 0,5 MPa a expandovaný vzduch je veden potrubím 19 do dolní kolony £, kde dochází k jeho předběžnému rozdělení na bohatou kapalinu a dusík. Refluk v dolní koloně se uskutečňuje na úkor varu kyslíku

199 895 v hlavním kondenzátoru g. Z dolní kolony je odebírán vzduch potrubím 20 a je veden do vratných hadů v regenerátorech £, i· Rřed vstupem do expanzní turbiny 2. druhého stupně expanze je tento vzduch smíchán s částí vzduchu, který proudí potrubím 22 mimo vratné hady regenerátorů J, J a tím je dosažena požadované teplota na vstupu do expanzní turbiny 2· V expanzní turbině 2 expanduje vzduchu za konání vnější práce z tlaku 0,5 MPa na tlak 0,14 MPa, což je tlak horní kolony 10. do které je expandovaný vzduch veden potrubí® 23. V horní koloně 10 se uskutečňuje konečné rozdělení vzduchu na chudý kyslík a dusík, Reflux v horní koloně je zabezpečován bohatou kapalinou a kapalným dusíkem, které jsou sem přiváděny z dolní kolony £ potrubím 28 a 29 po předchozím ochlazeni v podchlazovacim výměníku 11. Podchlazování se uskutečňuje výměnou tepla s odpadním dusíkem, který vystupuje z hlavy nízkotlaké kolony 10, potrubím χθ. Chudý kapalný kyslík je odtahován z hlavního kondenzátoru g, do přídavné kolony čistého kyslíku 12. V koloně čistého kyslíku je rektifíkací získáván kapalný čistý kyslík, který ze zařízení vystupuje potrubím 25. Chudý kyslík vystupuje z této kolonky potrubím 26 a je veden přes ventilové komory g čo kyslíkových regenerátorů £ a vystupuje ze zařízení potrubím 14. Odpař kapalného čistého kyslíku v koloně technického kyslíku 12 se uskutečňuje na úkor kondenzace části vzduchu, který je sem veden z výstupu expanzní turbiny 6 prvního stupně expanze potrubím 24. Zkondenzovaný vzduch je potom veden do dolní kolony Plynný dusík z podehlazovacího výměníku proudí potrubím 27 do ventilových komor g a odtud do dusíkových regenerátorů X a vystupuje ze zařízení potrubím 15. V expanzní turbině prvního stupně expanze expanduje teoreticky veákBré množství zpracovaného vzduchu. Bez zhoršení výtěžnosti kyslíku může v expanzní turbině 2 druhého stupně expanze expandovat 22 až 24 % množství děleného vzduchu. Přitom množství čistého kapalného kyslíku se bude pohybovat mezi 10 až 12 % množství vyráběného plynného kyslíku. Množství vzduchu, které proudí přes vratné hady kyslíkových a dusíkových regenerátorů je takové, aby zabezpečilo tepelný režim regenerátorů, tj, zabezpečilo vynášení vymrzlého kysličníku uhličitého a vodní péry z náplně regenerátorů. Při jiných požadavcích na složení produktů a při jiném složení výroby kapalných produktů může být výhodnější přivádět přímo vzduch z regenerátorů přes ventilové komory £, g na expanzní turbinu g. Vzduch z dolní kolony g potrubím 20 může mít snížený obsah kyslíku, a proto může být někdy výhodnější odebírat ho přímo z výstupu expanzní turbiny g. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je zřejmé také z výkresu.

Způsob a zařízení podle vynálezu umožňuje vyrábět nízkotlakým cyklem dělení vzduchu s regenerátory kapalné produkce dělení vzduchu spolu a plynnými produkty dělení a podstatně nižší spotřebou energie, než tomu bylo doposud. Výhody tohoto zařízení podle vynálezu se projevují především u velkokapacitního zařízení na výrobu kyslíku pro obohacování větru do vysokých pecí ae současnou výrobou kapalného kyslíku a kapalného dusíku. V porovnání s obdobnými známými zařízeními a způsoby dochází k poklesu nejen provozních nákladů, sle i nákladů investičních.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob získávání kapalných produktů dělení vzduchu nízkotlakým cyklem a regenerativně rekuperativní výměnou tepla v regenerátorech a získáváním chladu dvoustupňovou expanzí plynného média v expanzních turbinách za konání vnější práce, a dělením vzduchu dvoustupňovou rektifikací, vyznačující se tím, že převážná čáat vzduchu z regenerátorů po případné úpravě teploty smícháním s částí vzduchu, který se ohřívá ve vratných hadech regenerátorů, expanduje nejméně v jedné expanzní turbině prvního stupně na tlak minimálně odpovídající tlaku v dolní koloně, do které se převážná část expandovaného vzduohu zavádí, zatímco v druhém stupni expanze, nejméně v jedné expanzní turbině expanduje vzduch ohřátý ve vratných hadech regenerátorů po předchozí úpravě teploty smícháním s částí vzduchu, proudícím mimo hady, a který byl sem přiveden po expanzi v prvním stupni.

2. Zařízení k provádění způeobu dle bodu 1, sestávající především z expanzních turbin, regenerátorů, které jsou přes ventilové komory propojeny s dolní a horní rektifikační kolonou hlavních kondenzátorů a podchlazovacích výměníků, vyznačující se tím, že výstup z regenerátorů (2), (3), je přes ventilové komory (4), (5), propojen bu3 přímo, anebo též přes vratné hady v regenerátorech (2), (3), a expanzní turbinou (6), prvního stupně expanze, jejíž výtlak je propojen s dolní kolonou (8), a expanzní turbina (7) druhého stupně expanze je na svém vstupu propojena přimo s dolní kolonou (8), nebo s výstupem expanzní turbiny (6) prvního stupně expanze, přičemž je svým výstupem propojena s ventilovými komorami (5) a regenerátory (3) bu3 přímo, anebo přee horní kolonu (10).