CS204931B1 - Způsob získávání čistého dusíku a zapojení k jeho provádění - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu získávání čistého dusíku z nízkotlakého zařízení na dělení vzduchu β regenerátory a zapojení k provádění tohoto způsobu.

Zařízení na dělení vzduchu s regenerátory používají k výměně tepla mezi vstupujícím vzduchem a vystupujícími produkty jako hlavní tsploaměnnou plochu kamennou náplň regenerátorů a pro vývod suchých a čistých produktů děleni trubkové vestavby umístěné v náplni. Vzniká občas požadavek dodatečné úpravy proceeu dělení vzduchu a zařízení tak, aby bylo možno vyrábět velmi čistý suchý dusík s obsahem kyslíku 1 až 10 ppm. V případě, že zařízení na dělení vzduchu bylo původně určeno pouze k výrobě produktů dělení o nízké čistotě, je toto řešení obtížné, neboť velikost teplosměnné plochy trubkové vestavby i její rozčlenění do jednotlivých trubkovnic je dáno původními požadavky na suché produkty, kterými bývají např. suchý vzduch pro měření a regulaci o tlaku 0,5 MPa a tlakový dusík pro regeneraci adaorberů. Podle dosavadních způsobů získávání čistého dusíku bylo možno příkladně využít k ohřevu čistého dusíku, který je získán rektifikaci meziproduktů dělení, trubkové vestavby v regenerátorech původně určené k ohřevu regeneračního dusíku. Vzduch vstupující do regenerátorů, určený k nízkoteplotnímu dělení, je pak ochlazován na náplni regenerátorů, přičemž z něj vymrzá voda a kysličník uhličitý a zároveň ohřívá čistý dusík proudící trubkovou vestavbou. Tento způeob získávání čistého dusíku má věak některé vážné nevýhody. Vzniká především nutnost využívat velmi čistého dusíku jako regeneračního média pro regeneraci adsor204 931

204 931 bérů. Z toho pak vyplývá značná kolísání množatví odebíraného dusíku a tlm i kolísáni jeho koncentrace, neb es mění rektifikačnl poměry v koloně čistého dusíku. Déle je nutné udržet vysokou těsnost trubkové vestavby regenerátorů tak, aby nedocházelo ka znečisťování vyráběného duaiku. Vznikem případné malé netěsnosti trubkové vestavby by došlo k úplnému znehodnocení produkovaného čistého duaiku přimícháváním ochlazovaného vzduchu z mezitrubkového prostoru regenerátoru do čistého duaiku v trubkách, neboť tlak vzduchu v regenerátoru ja vždy vyěěí než tlak čistého duaiku v trubkách.

Výše uvedené nevýhody jaou odstraněny způsobem získávání čistého duaiku v nízkotlakém zařízení na d ělení vzduchu e regenerátory rektifikací meziproduktů d ělenl tlakové kolony a výměnou tepla, jehož podstata spočívá v tom, že čistý dusík získaný rektifikací aa v protiproudu ohřívá suchým tlakovým dusíkem, nebo vzduchem, který byl ohřát na teplotu blízkou teplotě vstupujícího vzduchu do zařízení v trubková vestavbě regenerátorů, a který ee po ochlazeni a redukci tlaku veda buď do horni kolony, nebo do odpadního duaiku proudícího přee náplň regenerátorů.

Zapojení k provádění způsobu, sestávající z rektifikačních kolon, výměníku tepla, regenerátorů, adaorberů, expanenlch turbin, potrubí a pomocných armatur, je charakterizováno tim, že rektifikačnl kolona čistého dusíku je propojena e produkcí přee výměník tepla, zatímco v protiproudu je přee tento výměník propojen výstup tlakového dusíku nebo vzduchu z trubkové vestavby regenerátorů s nízkotlakou kolonou, nebo e potrubím odpadního dusíku přes regenerátory.

Hlavni výhoda způsobu získávání čistého duaiku podle vynálezu tkví v tom, že nedochází ke změnám množství čistého duaiku při regeneraci adaorberů a tlm i ka kolísání jeho koncentrace. Zapojení k provádění způsobu umožňuje použit pro ohřev čistého duaiku dokonale odzkoušené těsné výměníky. Tato výhoda vyniká obzvláště při dodatečné úpravě zařízeni na dělení vzduchu, která bylo již delší dobu v provozu a kde není zaručena těsnost trubkové vestavby regenerátorů. Při vzniku případná malá netěsnosti na teplosměnné ploše výměníku nedochází ke sníženi koncentrace čistého dusíku, neboť jeho tlak je stejný nebo vyěěí než tlak média používaného k ohřevu produkovaného čistého duaiku v tomto výměníku.

Příkladná řaěaní způsobu získávání čistého dusíku z nízkotlakého zařízení na děleni vzduchu e regenerátory podle vynálezu je zřejmá z připojeného obrázku, kde je zobrazeno zjednodušené technologická schéma zařízeni na výrobu kyslíku o koncentraci 8$ % Og, která bylo dodatečně upraveno na současnou produkci dusíku o koncentraci 1 ppm Og · tlaku 0,5 MPa. Vzduch o tlaku 0,5 MPa je ochlazován ve dvojici kyslíkových regenerátorů X a dusíkových regenerátorů 2. Vzduch je ochlazován na čedičová náplni na teplotu blízkou mezi sytosti a přitom z něj vymrzá voda a kysličník uhličitý. Regenerátory pracuji střídavě ve dvojicích a náplň je ochlazována u kyslíkových regenerátorů 1 plynným kyslíkem o koncentraci 85 % Og, u dusíkových regenerátorů £ odpadním dusíkem. Ochlazený vzduch z regenerátorů χ, je veden přes ventilové komory X, £ do dolní tlakové kolony 2, kde dochází k předběžnému rozdělaní vzduchu rektifikací na bohatou kapalinu shromažďující se y patě kolony a na dusík o koncentraci 97 až 99 % Mg v hlavě kolony 2* Bohatá kapalina a 36 až 38 % kyslíku je po

204 931 podchlazení ve výměníku 11 zbavována atop nebezpečných uhlovodíků v adsorbaraeh 12 a pak je naatřikována do horní nízkotlaké rektlfikační kolony 2. Reflux v tlakové koloně 2 J^{e za}~ jišťován funkci hlavního kondensátoru 10. kde dochází na úkor varu kapalného kyslíku při tlaku 0,15 MPa ke kondenzaci plynného dusíku při tlaku 0,55 MPa. Kapalný dusík z hlavy tlakové kolony £ je po podchlazení ve výměníku 11 veden do hlavy nízkotlaké rektlfikační kolony 2. tde doohází k rozdělení vzduchu na kyslík, shramažďující se v hlavním kondenzátoru 10. a odpadní dusík odcházející z hlavy kolony 2· Po předání čápti chladu ve výměníku 11 proudí odpadni dusík přes ventilové komory £ do dusíkových regenerátorů £, kde při ochla zování kamenné náplně současně aublimuje ze vzduchu vymrzlé vodní páry a kysličník uhličitý. Část plynného dusíku o koncentraci 1 až 3 % Og je z tlakové kolony £ odváděna jako meziprodukt děleni vzduchu k dalšímu dočištění rektifikaci v koloně čistého dusíku 8. Reflux v koloně čistého dusíku je zajišťován na úkor odpařování kapalného kyslíku, který je do deflegmátoru dusíkové kolony 8 přiváděn z hlavního kondenzátoru 10. Výroba chladu je zajišťována expansí vzduch v expanení turbině 6 z tlaku dolní kolony £ na tlak horní kolony 2·

V koloně čistého dusíku 8 dochází rektifikaci ke snížení obsahu kyslíku v dusíku až na hodnotu 1 až 10 ppm. Čistý dusík o tlaku 0,5 MPa je v protiproudu ohříván ve výměníku £ tlakovým surovým dusíkem, který je odebírán z dolní kolony £, je ohříván v trubkové vestavbě dusíkových regenerátorů 2 na teplotu blízkou teplotě vstupujícího vzduchu a pak je ochlazován ve výměníku £ vystupujícím čistým dusíkem. Po ochlazeni je tento surový dusík po .redukci tlaku veden do potrubí odpadního dusíku před dusíkovými regenerátory 2. Ze zařízení pak vystupuje čistý tlakový dusík a obsahem kyslíku 1 až 10 ppm potrubím 16. surový tlakový dusík pro regeneraci potrubím 17. odpadní dusík beztlakový potrubím 14. kyslík potrubím 13. zatímco vzduch do procesu je veden potrubím 15. Příklad zapojení k provádění výroby čistého dusíku podle vynálezu je též zřejmý z obrázku. Rektifikační kolona čistého dusíku 8 je propojena a produkcí přea výměník tepla £, zatímco v protiproudu je přes tento výměník £ propojen výstup tlakového dusíku z dusíkových regenerátorů 2 potrubím 18. s potrubím odpadního dusíku 19 před dusíkovými regenerátory 2.

Výhody způsobu výroby čistého dusíku a zapájení k provádění tohoto způsobu tkví v tom že umožňují stávající nízkotlaké zařízení na dělení vzduchu a regenerátory upravit jednoduchým způsobem pro výrobu velmi čistého dusíku.

Claims (2)

1. Způsob získávání čistého dusíku v nízkotlakém zařízení na dělení vzduchu s regenerátory rektifikací meziproduktů dělení tlakové kolony a výměnou tepla, vyznačující se tím, že čistj) dusík získaný rektifikací se v protiproudu ohřívá suchým tlakovým dusíkem nebo vzduchem, který byl ohřátý na teplotu blízkou teplotě vstupujícího vzduchu do zařízení v trubkové vestavbě regenerátorů, a který se po ochlazení a redukci tlaku vede buá do horní kolony nebo do odpadního dusíku, který proudí přes náplň regenerátorů.

2. Zapojení k provádění způsobu podle bodu 1 sestávající z rektifikačních kolon, výměníků tepla, regenerátorů, adsorberů expansních turbin, potrubí a pomocných armatur, vyznačující se tím, že rektifikačnl kolona čistého dusíku je propojena s produkcí přes v^měpík tepla, zatímco v protiproudu je přes tento výměník propojen výstup tlakového dusíku nebo vzduchu z trubkové vestavby regenerátorů s nízkotlakou kolonou, nebo s potrubím odpadního dusíku před regenerátory.