CS254251B1 - Způsob výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném průtoku nízkoteplotním dělením vzduchu a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Způsob výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném způsobu řeší optimální využití tlakového vzduchu podle momentálně žádaného průtoku produktu dělení· Uvedeného cíle se dosahuje tím, že při sníženém nebo zvýšeném průtoku produktu dělení se přímo úměrně regulátorem otáček pohonu vzduchového kompresoru sníží anebo zvýší otáčky pohonu vzduchového kompresoru, přičemž při dosažení maximálního průtoku produktu dělení se akční armatura v potrubí vyráběného produktu udržuje jeho průtok. Zařízení k realizaci uvedeného způsobu výroby se zakládá na tom, že regulátor průtoku produktu dělení je propojení s regulátorem otoček pohonu vzduchového kompresoru a současně s akční armaturou v potrubí produktu dělení. Způsob výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném průtoku nízkoteplotním dělením vzduchu i zařízení k provádění tohoto způsobu najde uplatnění tam, kde jsou žádány časté změny u průtoku produktu dělení nebo kde dochází k častým změnám v průtoku produktu dělení.

Description

Vynález se týká výroby kyslíku nebo dusíku nízkoteplotním dělením vzduchu s častým proměn ným průtokem produktů dělení a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Kyslík nebo dusík se vyrábí rektifikací zkapalněného vzduchu, přičemž chladicí výkon je získáván expansí částí zpracovávaného vzduchu, nebo expansí odpadního kyslíku či dusíku za konání vnější práce v expansní turbině. Technologický režim rektifikačního systému charakterizuje průtok a koncentrace vystupujícího kyslíku a nebo dusíku a dále průtok vzduchu pro nízkoteplotní rektifikací. Průtok vzduchu, potřebný pro výrobu kyslíku a nebo dusíku, určuje energetickou náročnost výroby. Doposud známý způsob výroby požadovaného průtočného množství produktu nízkoteplotního dělení vzduchu, stlačovaného například objemovým kompresorem, kde je požadavek na časté změny v regulaci průtoku vyráběného produktu a kde pohon kompresoru je elektromotorem, spočíval například na tom, že vzduchový kompresor se škrtil v sání podle požadovaného průtoku produktu dělení.

škrcení v sání kompresoru vede ke snížení tlaku vzduchu ve válci na konci sání a tím . i ke snížení hmotnosti nasávaného vzduchu. U objemových kompresorů se tak zhoršuje objemová účinnost. S klesajícím tlakem v sání roste tlakový poměr, stoupá konečná kompresní teplota a je třeba dbát na to, aby nedosáhla nebezpečně vysoké hodnoty. Po stránce energetické je výroba nižšího průtočného množství kyslíku než je jmenovité množství energeticky náročnější, nebot měrná kompresní práce se při sníženém průtoku vzduchu zvyšuje. Jiné řešení používalo pro spojitou regulaci vyráběného kyslíku plynulé zvětšování a nebo zmenšování škodlivého prostoru vzduchového kompresoru. Výkonnost pístového kompresoru se měnila změnou objemové účinnosti, která je úměrná velikosti škodlivého prostoru. Zařízení pro regulaci tímto způsobem se však pro složitost nevyrábí. Nejčastěji doposud používané snížení průtoků vyráběného produktu ze vzduchu, který je stlačován objemovým kompresorem, je přepouštěním částí stlačeného vzduchu z výtlaku do atmosféry. Toto řešení je výhodné z hlediska spojitosti a jednoduchostí .regulace, má však vážnou nevýhodu plné spotřeby elektrické energie i při sníženém průtoku * vyráběného produktu dělení.

Tyto nevýhody jsou odstraněny způsobem výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném průtoku nízkoteplotním dělení tlakového vzduchu spočívající v tom, že při sníženém nebo zvýšeném průtoku produktu dělení se přímo úměrně regulátorem otáček pohonu vzduchového kompresoru sníží nebo zvýší otáčky pohonu vzduchového kompresoru, přičemž při dosažení maximálního průtoku produktu dělení se akční armaturou v potrubí vyráběného produktu udržuje jeho maximální průtok.

Nevýhody stávajících zařízení odstraňuje zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které sestává především ze vzduchového kompresoru s pohonem a z nízkoteplotního bloku pro dělení vzduchu, ze kterého je vyvedeno potrubí dusíku a nebo kyslíku s regulátorem průtoku produktu dělení vzduchu, vyznačující se tím, že regulátor průtoku produktu dělení je připojený na regulátor otáček pohonu vzduchového kompresoru a současně na akční armaturu v potrubí produktu dělení.

Hlavní výhodou způsobu výroby kyslíku nebo dusíku podle vynálezu je to, že umožňuje vyrábět kyslík a nebo dusík o proměnném průtoku podle požadavků navazujících technologií s nízkou měrnou spotřebou elektrické energie, která se blíží měrné spotřebě elektrické energie při nominálním režimu. Zařízení k provádění způsobu dle vynálezu je vhodné při využití tyristorové regulace otáček elektropohonu vzduchového kompresoru především tam, kde se vzduch stlačuje v objemovém kompresoru a kde jiná regulace by byla nevhodná.

Příkladný způsob výroby proměnného požadovaného množství kyslíku nebo dusíku z nízkoteplotního dělení vzduchu dle vynálezu je zobrazen na výkrese. Z výkresu je zřejmé i zařízení k provádění, uvedeného způsobu. Na výkrese je zjednodušeně zakresleno zařízení pro výrobu čistého dusíku a odpadního ksylíku, kde vzduch pro nízkoteplotní dělení je stlačován šroubovým kompresorem, který je poháněn asynchronním elektromotorem.

Zařízení pro výrobu čistého dusíku a odpadního kyslíku sestává především ze šroubového kompresoru Ί_ poháněného asynchronním elektromotorem 6_, čistícího bloku 25 a z nízkoteplotního bloku 26 pro dělení vzduchu. Nízkoteplotní blok 26 se skládá z hlavního výměníku 21, z tlakové kolony 19, z podchlazujícího výměníku 20, vařáku - kondenzátoru 18 a z expansní turbiny

11. Hlavní aparáty čistícího bloku 25 jsou adsorbéry 12, 13 a elektroohřívač 14.

Šroubový kompresor 1_ je sáním spojen přes filtr 8^ s atmosférou, kdežto výtlak kompresoru je propojen přes chladič 9_, odlučovač 10, jeden z adsorbérů 12, 13 a hlavní výměník 21 s tlakovou kolonou 19. Dolní část tlakové kolony 19 je připojena přes podchlazovací výměník 20 a regulační ventil 22 s vařákovou částí vařáku - kondenzátoru 18, kdežto horní část tlakové kolony 19 je propojena s výstupním potrubím 24 čistého dusíku přes kondensátorovou část vařáku - kondensátoru 18 a hlavní výměník 21.

Výstupní potrubí 23 z vařákové části vařáku - kondensátoru 18 je napojeno přes pod- . chlazovací výměník 20 a hlavní výměník 21 na vstup do expansní turbiny 11 a výstup z expanzní turbiny je propojen s atmosférou přes hlavní výměník 21 a dále jednak přes elektroohřívač 14 a jeden z adsorbérů 12 nebo 13 a též paralelně potrubím 16 odpadního dusíku s instalovanou regulační klapkou 15. Ve výstupním potrubí 24 čistého dusíku je instalována akční armatura 27 a snímač 17 pro měření průtoku čistého dusíku. Pohon akční armatury 27 je propojen přes regulátor průtoku FC 2_ se snímačem 17. Regulátor průtoku FC 2. je současně připojen na tyristorový regulátor 1. otáček asynchronního motoru 6. přes regulační zařízení SC 5^

Na regulační zařízení SC _5 je připojen též regulátor koncentrace QC 3_ přes korekční člen 4.

Atmosférický vzduch pro výrobu se nasává přes filtr 8_ šroubovým kompresorem Ί_ a stlačí se na tlak 1,0 MPa a z výtlaku kompresoru 7_ ^se P° ochlazení .vodou na teplotu 20 °C v chladiči 2 vede přes odlučovač 10 k adsorpčnímu čištění od vodní páry a kysličníku uhličitého do čistícího bloku 25 a odtud do nízkoteplotního bloku 26. Vzduch zbavený vodní páry a kysličníku uhličitého v adsorbérů 12 a nebo 13 se dále v nízkoteplotním bloku 26 chladí k teplotě sytosti vystupujícími produkty dělení v hlavním výměníku 21. Takto ochlazený vzduch se potom rozdělí reaktifikací v tlakové koloně 19 na čistý dusík s obsahem 5 ppm a na odpadní kyslík s koncentrací 40% 02« Odpadní kyslík ve formě kapaliny se shromažďuje v patě tlakové kolony 19 a po podchlazení v podchlazujícím výměníku 20 odpařeným odpadním kyslíkem se nastřikuje do vařáku - kondensátoru 18.

Ve vařáku - kondensátoru 18 se kapalný odpadní kyslík odpařuje při tlaku 0,4 MPa na úkor kondensace části čistého dusíku při tlaku 0,9 MPa, který tvoří reflux v tlakové koloně 19. Odpařený odpadní kyslík po předehřátí v podchlazujícím výměníku 20 kapalným odpadním kyslíkem a v hlavním výměníku 21 ochlazovaným vzduchem expanduje v expansní turbině 11 za konání vnější práce. Expandovaný odpadní kyslík po ohřátí vstupujícím vzduchem v hlavním výměníku 21 na teplotu okolí se z části, po ohřátí v elektrickém ohřívači 14 na teplotu 300 °C, využívá k regeneraci adsorbentů v adsorbérů 12 nebo 13 a z části se vypouští do atmosféry potrubím 16 odpadního kyslíku přes regulační klapku 15. Hlavní produkt dělení, nezkondensovaný čistý dusík ve vařáku - kondensátoru 18, odtahovaný z hlavy tlakové kolony 19 a ohřátý v hlavním výměníku 21 na teplotu okolí vstupujícím vzduchem, se výstupním potrubím 24 čistého dusíku o tlaku 0,85 MPa vede do sítě ke spotřebě.

Průtok čistého dusíku se měří snímačem 17 a jeho signál je zaveden do regulátoru FC 2_. Výstupní signál z regulátoru FC se zavádí do regulačního zařízení SC j>, které slouží k nastavení otáček asynchronního elektromotoru £ za pomoci tyristorového regulátoru JL. Na základě změn v odběru v síti tlakového dusíku dochází k nárůstu nebo k poklesu tlaku v síti, což zapříčiňuje změny v průtoku čistého dusíku. Příkladně, když se sníží průtok čistého dusíku potom se úměrně sníží otáčky asynchronního elektromotoru Tím dojde k poklesu průtoku zpracovávaného vzduchu a ke snížení spotřeby elektrické energie. Naopak, když se zvýší průtok čistého dusíku, otáčky se zvyšují. Dojde-li ke zvýšení průtoků čistého dusíku nad nastavenou maximální hodnotu na regulátoru FC 2., potom se akční armaturou 27 seškrtí průtok dusíku tak, aby se držel na této maximální hodnotě.

Způsob výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném průtoku nízkoteplotním dělením vzduchu podle vynálezu i zařízeni k provádění způsobu najde uplatnění tam, kde je požadována častá změna v průtoku produktů, především u tlakového dusíku. Výroba kyslíku nebo dusíku tímto způsobem se stane energeticky méně náročná.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby kyslíku nebo dusíku o proměnném průtoku nízkoteplotním dělením tlakového vzduchu s následnou výměnou tepla ochlazením, zkapalněním a dělením rektifikací, vyznačující se tím, že při sníženém nebo zvýšeném průtoku produktu dělení se přímo úměrně regulátorem otáček pohonu vzduchového kompresoru sníží nebo zvýší otáčky pohonu vzduchového kompresoru, přičemž při dosažení maximálního průtoku produktu dělení se akční armaturou v potrubí produktu dělení udržuje jeho maximální průtok.
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, sestávající ze vzduchového kompresoru s pohonem a ze zařízení pro dělení vzduchu, přičemž výtlak kompresoru je připojen na nízkoteplotní blok pro dělení vzduchu, ze kterého je vyvedeno potrubí dusíku a nebo kyslíku s regulátorem průtoku produktu dělení vzduchu, vyznačující se tím, že regulátor (2) průtoku produktu dělení je připojený na regulátor (1) otáček pohonu vzduchového kompresoru a současně na akční armaturu (27) v potrubí produktu dělení.