CS218489B1

CS218489B1 - Method of cooling the air before adsorption cleaning and low-temperature separating and device for executing the said method

Info

Publication number: CS218489B1
Application number: CS586681A
Authority: CS
Inventors: Jan Jirsa
Original assignee: Jan Jirsa
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1981-08-03
Publication date: 1983-02-25

Description

Vynález se týká chlazení tlakového atmosférického vzduchu před jeho adsorpčním čištěním a následným nízkoteplotním dělením na požadované produkty.The invention relates to the cooling of pressurized atmospheric air before its adsorption purification and subsequent low-temperature separation into desired products.

Podstatou vynálezu je to, že vzduch pro nízkoteplotní dělení se před adsorpčním čištěním nejdříve předchladí minimálně jedním produktem dělení vzduchu, potom se dochlazuje přímým stykem studenou vodou ochlazovanou vnějším zdrojem chladu.The essence of the invention is that the air for low-temperature separation is first precooled by at least one air separation product before adsorption cleaning, then it is cooled by direct contact with cold water cooled by an external cold source.

Vzduch před adsorpčním čištěním lze s výhodou ochlazovat studenou vodou, která cirkuluje v uzavřeném okruhu a ochlazuje se vnějším zdrojem chladu.Advantageously, the air prior to the adsorption purification can be cooled by cold water, which circulates in a closed circuit and is cooled by an external source of cold.

Zařízení pro chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním a nízkoteplotním dělením se skládá především z předchlazujícího výměníku, přímého chladiče vzduchu, z chladiče vody, z adsorbérů a z potrubí. Toto zařízení je uspořádáno tak, že vstup tlakového vzduchu pro nízkoteplotní dělení je propojen se vstupem do adsorbérů přes podchlazující výměník a přímý chladič vzduchu a výstup produktů nízkoteplotního dělení je spojen s odběrovými produktovými potrubími přes předchlazující výměník, zatímco vstup ochlazené vody do horní části přímého chladiče vzduchu je připojen přes chladič vody na přívod chladicí vody.The air cooling device prior to adsorption cleaning and low temperature separation consists mainly of a pre-cooling exchanger, a direct air cooler, a water cooler, adsorbers and piping. The apparatus is configured such that the low temperature separation compressed air inlet is connected to the adsorber inlet through a subcooling exchanger and a direct air cooler, and the low temperature separation product outlet is coupled to the product line through a precooling exchanger while the cooled water inlet to the top of the direct cooler air is connected to the cooling water supply via a water cooler.

Vynález řeší způsob chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním s následným nízkoteplotním dělením na kyslík a dusík a zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention provides a method of cooling air prior to adsorption purification followed by a low temperature oxygen and nitrogen separation and an apparatus for carrying out the method.

Dosavadní způsoby chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním a nízkoteplotním dělením spočívají v tom, že vzduch z výtlaku kompresoru se chladí v dochlazovači kompresoru chladicí vodou na teplotu 45 až 40 stupňů Celsia a potom se dochlazuje na teplotu 2 až 5 °C odpařujícím se chladivém nebo jiným zdrojem chladu. Takto ochlazený vzduch se potom adsorpčně čistí od vodní páry a kysličníku uhličitého. Vzduch zbavený nečistot se potom ochladí k mezi sytosti produkty dělení, na které se rozdělí nízkoteplotní rektifikací. Produkty dělení vystupují ze zařízení s teplotou 0 až 2 °C. Nedokuperace mezi vzduchem a vystupujícími produkty je 4 až 6 °C. U dosavadních způsobů chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním se pro předchlazení vzduchu před vlastním přímým ochlazením vzduchu vodou na 5 °C nevyužívá produktů dělení vzduchu.Existing methods of air cooling prior to adsorption purification and low temperature separation consist in cooling the compressor discharge air to 45 to 40 degrees Celsius in the compressor after-cooler and then cooling to 2 to 5 ° C with an evaporating refrigerant or other source. cold. The cooled air is then adsorbed from water vapor and carbon dioxide. The air free of impurities is then cooled to saturation by the separation products into which it is separated by low-temperature rectification. The separation products exit the apparatus at a temperature of 0 to 2 ° C. The under-heat between the air and the exiting products is 4 to 6 ° C. In the prior art methods of air cooling prior to adsorption purification, air separation products are not used to pre-cool the air prior to directly cooling the air to 5 ° C with water.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny způsobem podle vynálezu, jehož podstatou je, že vzduch pro nízkoteplotní dělení se nejdříve předchladí minimálně jedním produktem vzduchu, načež se dochlazuje přímým stykem studenou vodou ochlazovanou vnějším zdrojem chladu a potom se zbavuje vodní páry a kysličníku uhličitého adsorpcí.These disadvantages are overcome by the method according to the invention, which is characterized in that the air for low-temperature separation is first precooled by at least one air product, then cooled by direct contact with cold water cooled by an external cold source and then freed from water vapor and carbon dioxide by adsorption.

Vzduch pro nízkoteplotní dělení se může s výhodou dochlazovat studenou vodou, která cirkuluje v uzavřeném okruhu a ochlazuje se vnějším zdrojem chladu.The air for low-temperature separation can advantageously be cooled by cold water, which circulates in a closed circuit and is cooled by an external source of cold.

Nevýhody stávajících zařízení jsou odstraněny zařízením k provádění tohoto způsobu, jehož podstatou je, že potrubí tlakového vzduchu pro nízkoteplotní dělení je propojeno se vstupem do adsorbérů přes předchlazující výměník a přímý chladič vzduchu a výstup alespoň jednoho produktu nízkoteplotního dělení je spojen s odběrovým produktovým potrubím přes předchlazující výměník, přičemž vstup ochlazené vody do horní části přímého chladiče vzduchu je připojen přes chladič vody na přívod chladicí vody. Toto zařízení může být s výhodou doplněno o oběhové čerpadlo, které je sáním připojeno na výstup oteplené vody z přímého chladiče vzduchu a výtlak oběhového čerpadla je propojen přes chladič vody se vstupem chlazené vody do horní části přímého chladiče vzduchu.Disadvantages of existing plants are eliminated by the apparatus for carrying out this method, which consists in that the compressed air line for low temperature separation is connected to the adsorber inlet through a precooling exchanger and a direct air cooler and the outlet of at least one low temperature separation product is connected to The chilled water inlet to the top of the direct air cooler is connected to the cooling water supply via a water cooler. The device may advantageously be supplemented by a circulation pump, which is sucked into the outlet of the warmed water from the direct air cooler and the circulation pump discharge is connected via a water cooler to the chilled water inlet to the top of the direct air cooler.

Hlavní přednost způsobu chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním a nízkoteplotním dělením dle vynálezu je v tom, že umožňuje ochladit vzduch na teplotu blízkou 0 °C s malými náklady. Je to jednak proto, že k ochlazení se využívá produktů dělení, což umožňuje zmenšit chladicí výkon přídavného chlazení a tím i jeho elektrický příkon. To vede ke zmenšení velikosti přídavného chlazení; zmenšuje se výkon chladivového kompresoru, velikost výměnné plochy kondenzátoru i výparníku chladivá. Další výhoda je ta, že chlazení vzduchu přímým stykem se studenou vodou lze uskutečňovat na účinných vrstvách nebo náplních s malou tlakovou ztrátou.The main advantage of the air cooling method over the adsorption cleaning and low temperature separation according to the invention is that it allows the air to be cooled to a temperature close to 0 ° C at low cost. This is due to the fact that separation products are used for cooling, which makes it possible to reduce the cooling capacity of the additional cooling and hence its electrical input. This leads to a reduction in the size of the additional cooling; the capacity of the refrigerant compressor, the exchange surface area of the condenser and the refrigerant evaporator are reduced. A further advantage is that the cooling of the air by direct contact with the cold water can be carried out on efficient layers or cartridges with low pressure loss.

Konstrukce přímého chladiče vzduchu přitom umožňuje vestavění odlučovací vrstvy v hlavě chladiče, takže lze vypustit samostatný odlučovač vodních kapek. Pro chlazení vody vnějším zdrojem chladu lze s výhodou použít chladicí jednotky v blokovém uspořádání, které jsou vyráběny ve velkých sériích a proto jsou cenově přístupné. Zařízení pro chlazení vzduchu podle vynálezu je proto provozně méně nákladné, než doposud používané zařízení.The design of the direct air cooler makes it possible to incorporate a separating layer in the radiator head, so that a separate water drop separator can be omitted. For cooling water by an external source of cooling, it is advantageous to use block-type cooling units which are produced in large series and therefore are inexpensive. The air cooling device according to the invention is therefore less expensive to operate than the hitherto used device.

Na připojených obrázcích 1 a 2 je zjednodušené příkladné technologické schéma způsobu a zařízení k provádění tohoto způsobu. Na obr. 1 je znázorněné zjednodušené technologické schéma, kde chladicí voda pro chlazení vzduchu obíhá v otevřeném okruhu, kdežto na obr. 2 je zjednodušené schéma, kde chladicí voda obíhá v uzavřeném okruhu.1 and 2 is a simplified exemplary flow diagram of a method and apparatus for performing the method. Fig. 1 shows a simplified flow diagram where cooling water for cooling air circulates in an open circuit, while Fig. 2 is a simplified flow diagram where cooling water circulates in a closed circuit.

U schématu na obr. 1 je vzduch z kompresoru nebo tlakovzdušné sítě o tlaku 0,7 MPa, teplotě 45 °C a s relativní vlhkostí 100% veden potrubím 12 do přechlazujícího výměníku 1. Zde se v protiproudu ochlazuje produktem nízkoteplotního dělení, tlakovým dusíkem o tlaku 0,55 MPa a teplotě 2 °C.In the diagram of Fig. 1, air from a compressor or compressed air network of 0.7 MPa, 45 ° C and 100% relative humidity is routed through line 12 to the supercooler 1. Here, in countercurrent, it is cooled by the low temperature separation product, pressure nitrogen at pressure 0.55 MPa and 2 ° C.

Dusík se přivádí z nízkoteplotního zařízení v výstupu 13 produktu nízkoteplotního dělení. Tlakový vzduch se přechladí na teplotu 27 °C a dusík se přitom ohřeje na teplotu 37 °C. Předchlazený tlakový vzduch se potom vede potrubím 2 předchlazeného vzduchu do spodní části přímého chladiče 4 vzduchu. Zde se ze vzduchu odloučí vykondenzovaná vlhkost a na vestavbě nebo náplni se v protiproudu vzduch chladí stékající vodou, která je do přímého chladiče 4 vzduchu přiváděna vstupem 5 ochlazené vody.Nitrogen is supplied from the low temperature device at the outlet 13 of the low temperature separation product. The compressed air is cooled to 27 ° C and nitrogen is heated to 37 ° C. The pre-cooled compressed air is then led through the pre-cooled air line 2 to the bottom of the direct air cooler 4. Here, the condensed moisture is separated from the air and, on the installation or the filling, the air is cooled in countercurrent with running water, which is supplied to the direct air cooler 4 through the inlet 5 of the cooled water.

Přiváděná chladicí voda vstupem 18 chladicí vody o teplotě 15 °C se nejdříve ochladí vnějším zdrojem chladu v chladiči 6 vody a potom se vede do horní části přímého chladiče 4 vzduchu nad náplň nebo vestavbu. Chladicí voda se ochlazuje odpařujícím se kapalným chladivém, které se přivádí vstupním potrubím 8 kapalného chladivá do chladiče 6 vody.The incoming cooling water through the cooling water inlet 18 at a temperature of 15 ° C is first cooled by an external cooling source in the water cooler 6 and then fed to the top of the direct air cooler 4 above the charge or installation. The cooling water is cooled by the evaporating liquid refrigerant which is fed through the liquid refrigerant inlet line 8 to the water cooler 6.

Na úkor ochlazené vody z 15 ^|OC na 1 °C se kapalné chladivo odpařuje a výstupním potrubím 7 odpařeného chladivá se vede na sání chladivového kompresoru. Tlakový vzduch se v přímém chladiči 4 vzduchu ochladí na teplotu 5 °C. Po odloučení kapénkové vlhkosti ve vestavěné odlučovací vrstvě typu demistr se tlakový vzduch vede z přímého chladiče 4 vzduchu na vstup 17 do jednoho z adsorbérů 14 nebo 18. V adsorbéru 14 nebo v adsorbérů 16 se vzduch zbavuje zbytků vlhkosti a kysličníku uhličitého na náplni vhodného adsorbentu.At the expense of cooled water 15 ^{| O} C to 1 ° C, the liquid refrigerant evaporates and the outlet duct 7 of the vaporized refrigerant is conveyed to the suction of the refrigerant compressor. Compressed air is cooled to 5 ° C in a direct air cooler 4. After the droplet moisture has been separated in the built-in demister separator layer, the compressed air is led from the direct air cooler 4 to the inlet 17 to one of the adsorber 14 or 18. In the adsorber 14 or adsorber 16 the air is freed of moisture and carbon dioxide.

Takto upravený vzduch z výstupu 15 adsorbéru 14 nebo 16 se vede do nízkoteplotního zařízení k rozdělení na požadované produkty.The air thus treated from the outlet 15 of the adsorber 14 or 16 is fed to a low-temperature apparatus for separation into the desired products.

Jiné příkladné řešení je znázorněné na obr. 2. Zařízení Je doplněno o oběhové čerpadlo 10, které nasává oteplenou vodu z přímého chladiče 4 vzduchu. Výstup 11 oteplnené vody z přímého chladiče 4 je připojen na sání oběhového čerpadla 10. Oteplená voda se oběhovým čerpadlem 10 dopravuje přes chladič 6 vody na vstup 5 chlazené vody do přímého chladiče 4 vzduchu. V chladiči 6 vody se voda ochlazuje na teplotu 1 °C. Chladicí voda pomocí oběhového čerpadla 10 obíhá v uzavřeném okruhu přímý chladič 4 vzduchu, oběhové čerpadlo 10, chladič 6 vody a přímý chladič vzduchu.Another exemplary solution is shown in Fig. 2. The apparatus is completed with a circulation pump 10 which sucks in the heated water from the direct air cooler 4. The heated water outlet 11 from the direct cooler 4 is connected to the suction of the circulation pump 10. The heated water is circulated via the water cooler 6 to the chilled water inlet 5 to the direct air cooler 4. In the water cooler 6, the water is cooled to 1 ° C. Cooling water is circulated in a closed circuit by a direct air cooler 4, a circulating pump 10, a water cooler 6 and a direct air cooler by means of a circulation pump 10.

Způsob chlazení vzduchu před adsorpčním čištěním a nízkoteplotním dělením má především výhody u zařízení pro výrobu velkých množství čistých produktů a při výrobě tlakového dusíku, který se přímo vede do sítě ke spotřebě bez dodatečného stlačení a pří jehož výrobě odpadá vzduch obohacený kyslíkem, který nejde efektivně využít pro výparné ochlazení vody.The method of cooling air prior to adsorption cleaning and low temperature separation has particular advantages in a plant for the production of large quantities of pure products and in the production of pressurized nitrogen, which is directly fed into the network for consumption without additional compression and no oxygen-enriched air for evaporative cooling of water.

Claims

SUBJECT

A method of cooling air prior to adsorption purification and low temperature separation, characterized in that the low temperature separation air is first precooled by at least one air separation product, then cooled by direct contact with cold water cooled by an external cold source and then dehumidified by water vapor and carbon dioxide. adsorption.

2. The air-cooling method according to claim 1, characterized in that the air for low-temperature separation is cooled by cold water, which is circulated in a closed circuit and cooled by an external source of cold.

3. An apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising, in particular, a pre-cooling exchanger, a direct air cooler, a water cooler, adsorbers and a piping, characterized in that the low-pressure compressed air line (12) is proportional to the inlet (17). adsorber (14, 16) via a pre-cooling exchanger (1) and a direct air cooler (4) and the outlet (13) of the at least one low-temperature separation product is connected to the sampling product line (3) via a pre-cooling exchanger (1); ) of cooled water to the upper part of the direct cooler (4) is connected via a water cooler (6) and a cooling water inlet (18).

Device according to item 3, supplemented by a circulation pump for carrying out the method according to items 1 and 2, characterized in that the outlet (11) of the heated water from the direct air cooler (4) is connected to the suction of the circulation pump (10) and 10) is connected via a water cooler (6) to the chilled water inlet (5) to the top of the direct air cooler (4).