CS225247B1

CS225247B1 - Liquefaction of the compressed oxygen and apparatus for making same

Info

Publication number: CS225247B1
Application number: CS748681A
Authority: CS
Inventors: Petr Ing Csc Pistek; Jan Ing Jirsa
Original assignee: Petr Ing Csc Pistek; Jirsa Jan
Priority date: 1981-10-13
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1984-02-13

Description

Vynález se týká způsobu zkapalnování komprimovaného kyslíku získaného nízkoteplotním dělením vzduchu s produkcí chladu škrticím efektem přídavného vysokotlakého cyklu a současně expanzí plynného media v základním cyklu zařízení na dělení vzduchu a zařízení k provádění tohoto způsobu·BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for liquefying compressed oxygen obtained by low temperature air separation with the production of cold by the throttling effect of an additional high pressure cycle, and at the same time by expanding the gaseous medium in the basic cycle of the air separation device.

Doposud známé způsoby a zařízení k výrobě kapalných produk tů dělení vzduchu používají k výrobě chladu jednak expanzi vzdu chu, nebo dusíku v expansních turbinách základního cyklu a zároveň expanzi dusíku ze středního tlaku na 0,6 MPa v expansníoh -turbinách přídavného cyklu. Převážná část chladu potřebného pro zkapalnění produktů dělení·, je produkována přídavným chladicím cyklem. U malých zařízení však dochází instalací přídavných cyklů K,nárůstu investičních nákladů. Je to způsobeno investiční národností kompletujících strojů, především cirkulačních komp&,esOřů>a expansních turbin.The prior art methods and apparatuses for producing liquid air separation products use both air or nitrogen expansion in expansion cycles of the basic cycle and expansion of nitrogen from medium pressure to 0.6 MPa in expansion cycles of the additional cycle. The bulk of the cold required to liquefy the separation products is produced by an additional cooling cycle. However, in the case of small plants, the investment costs are increased by installing additional cycles K. This is due to the investment nationality of assembling machines, especially circulating components, expansion turbines.

Tyto nevýhod^jsou odstraněny způsobem zkapalnování komprimovaného kyslíku protiproudou výměnou tepla s následnou redukcí tlaku a s produkcí chladu expansí plyného media za konání vnější práce v cyklu dělení vzduchu a škrticím efektem cirkulujícího dusíku.přídavného dusíkového cyklu podle vynálezu, jehož podstatou je to, že část produkovaného plynného komprimovaného kyslíku se ve výměnících tepla přídavného dusíkového cyklu postupně v protiproudu ochlazuje vratným seškrceným dusíkem, až se zkapalní, načež se zkapalněný kyslík seškrtí, separuje se kapalná fáze od fáze plynné, přičemž plynná fáze je vedena nazpět do základního cyklu, kde je buč zkapalňována na úkor odpaření kapalného dusíku, nebo směšována s produkovaným plynným kyslíkem, zatímco kapalná fáze je skladována jako produkt.These drawbacks are overcome by the method of liquefying compressed oxygen by countercurrent heat exchange, followed by pressure reduction and cooling gas expansion by performing external work in the air separation cycle and the throttling effect of the circulating nitrogen of the additional nitrogen cycle of the present invention. gaseous compressed oxygen in the heat exchangers of the additional nitrogen cycle is gradually cooled in countercurrent with the restrained throttled nitrogen until it liquefies, after which the liquefied oxygen is cut off, the liquid phase is separated from the gaseous phase, the gas phase is led back into the basic cycle where at the expense of liquid nitrogen evaporation, or mixed with the oxygen gas produced, while the liquid phase is stored as a product.

225 247225 247

Zařízení k provádění způsobu, dle vynálezu sestává především ze zařízení na dělení vzduchu s příslušnými výměníky tepla, kolonami a regenerátory, a z kyslíkového kompresoru, který je propojen s výstupem plyného kyslíku se zařízením a z dusíkového kompresoru, který je propojen s výstupem plynného dusíku ze zařízení a s výměníky tepla přídavného dusíkového cyklu a jeho podstatou je, že výtlak kyslíkového kompresoru je propojen přes výměníky tepla přídavného dusíkového cyklu a škrtící armaturu se vstupem do zásobníku kapalného kyslíku a výstup plynného kyslíku ze zásobníku kapalného kyslíku je propojen přes kondenzátor kyslíku spojovacím potrubím s patou horní kolony· Výstup kapalného kyslíku z kondenzátoru kyslíku je s výhodou připojen přes armaturu na vstup do zásobníku kapalného kyslíku·The apparatus for carrying out the method according to the invention consists primarily of an air separation apparatus with respective heat exchangers, columns and regenerators, and an oxygen compressor which is connected to the oxygen gas outlet of the apparatus and a nitrogen compressor which is connected to the nitrogen gas outlet of the apparatus. The supplementary nitrogen cycle heat exchangers and its essence is that the oxygen compressor discharge is connected via the supplemental nitrogen cycle heat exchangers and the throttle fitting to the liquid oxygen storage tank inlet and the oxygen gas outlet from the liquid oxygen storage tank is connected via an oxygen condenser through the top column The liquid oxygen outlet from the oxygen condenser is preferably connected via a fitting to the liquid oxygen reservoir inlet.

Využití způsobu zkapalňování komprimovaného kyslíku podle vynálezu a zařízení k provádění tohoto způsobu, především využití škrticího efektu vysokotlakého dusíku v přídavném cyklu a současně využití expanze plynného media v základním cyklu pro zkapalnění kyslíku, umožňuje použít již instalovaných strojů a zařízení původně určených pro výrobu plynného kyslíku.The use of the compressed oxygen liquefaction method according to the invention and the apparatus for carrying out the process, in particular the use of the high-pressure nitrogen throttling effect in an additional cycle, while exploiting the expansion of the gaseous medium in the basic oxygen liquefaction cycle

Tím dochází k podstatnému snížení nákladů na instalaci přídávných cyklů· Tímto způsobem a zařízením podle vynálezu lze efektivně zkapalňovat přebytky kyslíku, který se v době, kdy není odběr odfukuje do atmosféry·In this way and with the apparatus according to the invention it is possible to efficiently liquefy excess oxygen, which is blown into the atmosphere at a time when there is no offtake.

Na připojeném obrázku je příkladně zobrazeno zjednodušené technologické schéma způsobu a zařízení k provádění tohoto způsobu, podle vynálezu· Jedná se o případ, kdy základní cyklus zařízení na dělení vzduchu je nízkotlaký a zařízení je určeno k výrobě technického plynného a kapalného kyslíku· Vzduch z kompresoru o tlaku 0,63 MPa a teplotě 20 °C se přivádí vzduchovým potrubím 15 střídavě do jednoho z dvojice regenerátorů 16 nebo 17, kde se na náplni regenerátorů ochlazuje k mezi sytosti· V obráceném směru po náplni proudí odpadní dusík a uvnitř kyslíkových hadů 18 a 19 produkovaný kyslík· Odpadní dusík náplň ochlazuje a současně vynáší z náplně vymrzlé nečistoty z ochlazovaného vzduchu· Ochlazený vzduch z regenerátorů 16 a /nebo 17 se vede před ventilovou komoru 23 a / nebo 22 doThe attached figure shows, by way of example, a simplified flow diagram of a method and apparatus for carrying out the method according to the invention. This is the case when the basic cycle of an air separation device is low pressure and the apparatus is designed to produce technical gaseous and liquid oxygen. The pressure of 0.63 MPa and the temperature of 20 ° C is led through the air duct 15 alternately to one of the pair of regenerators 16 or 17, where the regenerator charge cools to the saturation limit. Oxygen produced · Waste nitrogen cools the cartridge and at the same time removes the frozen air from the cooled air from the cartridge · Cooled air from the regenerators 16 and / or 17 is led in front of the valve chamber 23 and / or 22 into

225 247 dolní kolony 24» kde dojde k předběžnému rozdělení na dusík a. bohatou kapalinu za tlaku 0,56 MPa. Plynný dusík odebíraný z hlavy dolní kolony 24 se vede do hlavního kondenzátoru 25« kde kondenzuje na úkor odpaření kyslíku. Zkondenzovaný dusík se vrací do dolní kolony, kde z části tvoří reflux a druhá část se nástřikuje do hlavy horní kolony 2» kde rovněž tvoří reflux.225 247 of the lower column 24, where a preliminary separation into nitrogen and a rich liquid occurs at a pressure of 0.56 MPa. The nitrogen gas taken from the head of the bottom column 24 is fed to the main condenser 25 where it condenses at the expense of the oxygen evaporation. The condensed nitrogen is returned to the bottom column where some of it forms reflux and the other part is injected into the top of the top column 2 where it also forms reflux.

V patě dolní kolony 24 se shromažďuje bohatá kapalina, která se nastřikuje do střední části horní-kolony 2 poú místo vstupu expandovaného vzduchu· Výroba chladu základního zařízení na dělení vzduchu je kryta expanzí části vzduchu, který se odebírá z paty dolní kolony 24· Po přehřátí vzduchu ve vratných hadech 29 a 30 ochlazovaným vzduchem se vzduch vede do expansní turbiny 27« kde expanduje na tlak 0,13 MPa za konání vnější práce a potom se vede ke konečnému rozdělení do středu horní kolony 2*At the bottom of the bottom column 24 a rich liquid is collected which is injected into the central part of the top-column 2 instead of the inlet of the expanded air · The cold production of the basic air separation device is covered by expansion of some air that is taken from the bottom of the bottom column 24 of air in the return snakes 29 and 30 with cooled air, the air is fed to an expansion turbine 27 ' where it expands to a pressure of 0.13 MPa under external work and then leads to a final distribution to the center of the upper column 2 *.

V horní koloně dojde ke konečnému rozdělení vzduchu rektifikací na požadované produkty· část odpařeného kyslíku z hlavního kondenzátoru 25 se vyvádí kyslíkovými hady 18 a 19 na sání kyslíkového kompresoru 2» kde se stlačí na tlak 1,6 MPa· Po stlačení se kyslík ochladí v doohlazovači 2 kyslíkového kompresoru 2 chladicí vodou a potom se tlakový kyslík z části vede kyslíkovým potrubím 28 ke spotřebě a z části se zavádí do výměníku 2» 4 ^a 5 přídavného chladicího cyklu ke zkapalnění· Výroba chladu potřebného pro zkapalnění je kryta škrticím efektem vysokotlakého dusíku· Nízkotlaký cirkulační dusík o tlaku 0,55 MPa se stlačuje v dusíkovém kompresoru 33 na tlak 20,0 MPa* Po ochlazení chladicí vodou v doohlazovači 34 dusíkového kompresoru 33 se vysokotlaký dusík chladí seškrceným vratným dusíkem v předchlazovaoím výměníku 35 dusíku na teplotu 5 °0· K dalšímu ochlazení ve výparaíku 37 se vysokotlaký dusík vede přes odlučovač 25· Ve výparníku 37 se dusík ochlazuje odpařujícím se čpavkem na teplotu -45 °C· Takto ochlazený vysokotlaký dusík se vede do hlavního výměníku 4 přídavného cyklu společně s již předohlazeným tlakovým kyslíkem· Zde se vysokotlaký dusík i tlakový kyslík ochlazují vratným seškrceným dusíkem na teplotu —150 °0· Vysokotlaký dusík se potom seškrtí na škrticím ventilu 38 na tlak 0,56 MPa, přičemž se ochladí na teplotu -170 °C a vede se do zkapalňovače 2 přídavného cyklu· Zde na úkor ohřátí studeného seškrceného dusíku kondenzuje tlakový kyslík. Seškrcený dusík ý·In the upper column, the air is finally separated by rectification into the desired products · part of the vaporized oxygen from the main condenser 25 is discharged through oxygen snakes 18 and 19 to suction the oxygen compressor 2 »where it is compressed to 1.6 MPa · 2 of the oxygen compressor 2 with cooling water, and then the pressurized oxygen is partially fed through the oxygen line 28 for consumption and is partially fed to the exchanger 2 »4 ^and 5 of the additional cooling cycle for liquefaction. nitrogen at a pressure of 0.55 MPa is compressed in a nitrogen compressor 33 to a pressure of 20.0 MPa * After cooling with cooling water in a nitrogen compressor 33 aftercooler 33, the high-pressure nitrogen is cooled with stranded return nitrogen in a pre-cooled nitrogen exchanger 35 cooling in evaporator 37 is high pressurized nitrogen passes through separator 25 · In evaporator 37 the nitrogen is cooled by evaporating ammonia to -45 ° C · The cooled high pressure nitrogen is led to the main exchanger 4 of the additional cycle together with pre-cooled pressurized oxygen · Here both high pressure nitrogen and pressurized oxygen cool · The high-pressure nitrogen is then cut on the throttle 38 to a pressure of 0.56 MPa, cooled to -170 ° C and fed to the condenser 2 of the additional cycle. Here at the expense of heating the cold throttled. Nitrogen condenses pressurized oxygen. Strangled nitrogen ý ·

225 247 se vrací přes výměníky 2 ^a 35, kde předá svůj chlad vysokotlakému dusíku a tlakovému kyslíku, na sání dusíkového kompresoru 22· Ztráty cirkulačního dusíku jsou doplňovány plynným dusíkem odebíraným z hlavy dolní kolony přes dusíkové hady 20, 21. v regenerátorech 16. 17» Zkapalněný' tlakový kyslík ve zkapalňovači 2 přídavného cyklu se vede přes škrticí armaturu 8 na vstup 10 do zásobníku 6. Zde se oddělí plynná fáze od fáze kapalné a vede se^- nazpět do základního zařízení na dělení vzduchu, kde je bud v kondenzátoru 2 kyslíku zkapalnována na úkor odpaření kapalného dusíku, nebo směšována s produkovaným plynným kyslíkem, zatímco kapalná fáze je skladována v zásobníku 6 kapalného kyslíku. Zkapalněný kyslík z kondenzátoru 2 kyslíku stéká samospádem isolovaným potrubím do zásobníku 6. Pro oddělení prostoru zásobníku 6 a kondenzátoru 2 slouží armatura li·225 247 returns via heat exchangers 2 ^and 35, where it transfers its cold to high pressure nitrogen and pressurized oxygen at the suction of the nitrogen compressor 22 · Circulation nitrogen losses are replenished by nitrogen gas drawn from the bottom column head through nitrogen snakes 20, 21 in regenerators 16. 17 »Liquefied 'pressurized oxygen liquefier 2 in the additional cycle is conducted through the throttle valve 8 at the inlet 10 to the reservoir 6. Here, the gaseous phase is separated from the liquid phase and is fed ^- back to the main air separation plant which is either in the condenser 2 O liquefied at the expense of liquid nitrogen evaporation, or mixed with the produced oxygen gas, while the liquid phase is stored in the liquid oxygen container 6. The liquefied oxygen flows from the oxygen condenser 2 through a gravity-insulated pipe to the reservoir 6. To separate the space of the reservoir 6 and the condenser 2, the fitting li ·

Jiné uspořádání přídavného dusíkového cyklu využívajícího škrticího efektu může být takové, že vysokotlaký dusík se seškrtí na tlak <^>a 0,11 MPa. Tímto řešením se zvýší chladicí výkon přídavného cyklu.Another configuration of the additional nitrogen cycle using the throttling effect may be such that the high pressure nitrogen is cut to a pressure < This solution increases the cooling capacity of the additional cycle.

Způsob zkapalňování komprimovaného kyslíku dle vynálezu najde uplatnění hlavně na kyslíkámách, které mají rozsáhlejší starší strojní vybavení a umožňuje pak získávat ekonomicky kapalný kyslík ve větším množství než je tomu pouze u základního bloku.The method of liquefying compressed oxygen of the present invention finds application mainly on oxygen, which has a larger, older machine, and thus enables to obtain economically liquid oxygen in a larger quantity than is the case with the basic block only.

Claims

CLAIMS 1. A method of liquefying compressed oxygen by countercurrent heat exchange followed by pressure reduction and producing gaseous medium expansion by performing external work in an air separation cycle and throttling nitrogen of an additional nitrogen cycle characterized in that part of the compressed oxygen gas produced is cooled by countercurrent exchange. of the circulating nitrogen in the additional nitrogen cycle heat exchangers to a temperature such that, upon reduction of the oxygen pressure, a liquid phase is produced which is a product and a gaseous phase which is fed to a basic air separation cycle where it is either liquefied at the expense of nitrogen evaporation or mixed with the produced oxygen gas ·

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising, in particular, an air separation device, the oxygen gas outlet of which is coupled to an oxygen compressor and the nitrogen gas outlet of which is coupled to a nitrogen compressor and an additional nitrogen cycle thaw exchanger, the oxygen compressor (1) is connected via the additional nitrogen cycle heat exchangers (3, 4, 5) and the throttle (8) to the inlet (10) to the liquid oxygen reservoir (b), the oxygen gas outlet (11) from the reservoir (6) the liquid oxygen is connected via an oxygen condenser (7) via a connecting line (12) to the foot of the upper column (9) and the liquefied oxygen outlet (13) from the oxygen condenser (7) is connected via an armature (14) to the inlet (10) (6) liquid oxygen.