CS258327B1 - Způsob separace přebytečného dusíku a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu separace přebytečného dusíku kondenzací a praním plynu kondenzátem, vzniklým z výchozího.plynu obsahujícího přebytek dusíku, za účelem získání syntézní směsi, přičemž kondenzát -odpadní plyn se odpařuje za nízkého tlaku. Podstata způsobu spočívá v tom, že odpadní plyn ss odpařuje v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem proudícím vzhůru, přičemž vzniklý kondenzát proudí směrem dolů proti stoupajícímu výchozímu plynu, a dále že se odpadní plyn přehřívá v protiproudu a ochlazovaným výchozím plynem proudícího shora dolů, potom po polytropická expanzi se odpadní plyn.opět .ohřívá v protiproudu s ochlazovaným výonozím plynem a syntézní směs se také v protiproudu ohřívá nejdříve výchozím plynem proudícím vzhůru a potom výchozím plynem proudícím dolů. Zařízení k provedení způsobu sestává ze čtyřmédiového výměníku tepla, třímédiového výměníku tepla, přívodního potrubí, spojovacího potrubí, .škrticího ventilu, expanzní turbiny, prací kolony, výstupního potrubí, potrubí pro vstup výchozího plynu a spojovacího potrubí.

Description

Vynález se týká způsobu separace přebytečného dusíku a zařízeni k prováděni tohoto způsobu při výrobě syntézní směsi pro výrobu amoniaku z plynové směsi obsahující přebytek dusíku. Tato plynová směs může vzniknout například parciální oxidaci vzduchem většího množství zbylého metanu, než je zapotřebí pro výrobu stechiometr.lckého poměru vodíku a dusíku, po konverzí oxidu uhelnatého a po odstraněni oxidu uhličitého praním plynu kapalným absorbentem.

U známých způsobů separace přebytečného dusíku se postupuje tak, že. po ochlazeni a případné částečné kondenzaci se l .

výchozí plyn vede do kolony, jejíž kondenzátor je chlazen odpařováním odpadního plynu, tj. kapaliny ze spodku kolony za nízkého tlaku. Výchozí plyn se ochlazuje syntézní směsi z hlavy kolony a odpadním plynem. Pokud je dostatečně veliký tlak výchozího plynu, postačí jeho škrticí efekt ke kryti ztrát chladu zařízeni. Pro zajištěni potřebné výroby chladu v případě nižšího tlaku výchozího plynu, expanduje výchozí plyn pólytropicky v expanzní turbině, která je zařazena mezi dva výměníky tepla určené pro jeho ochlazování. Místo výchozího plynu bylo by možné expandovat polytroplcky syntézní směs. Expanzi výchozího plynu, resp. syntézní směsi se však zvyšuje spotřeba energie na výrobu čpavku. Při tomto známém uspořádání se odpadni plyn zcela odpařuje při teplotě odpovídající nejnižší teplotě v zařízeni, tj· o potřebný teplotní spád nižší než je rosný bod syntézní směsi.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob a zařízeni podle vynálezu. Podstata způsobu separace přebytečného dusíku kondenzaci a praní plynu kondenzátem vzniklým z výchozího plynu za účelem získáni syntézní směsi, přičemž kondenzát - odpadní

- 2 plyn se odpařuje za nízkého tlaku, spočívá v tom, že se odpadni plyn odpařuje v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem proudícím vzhůru, přičemž vzniklý kondenzát proudí dolů proti stoupajícímu výchozímu plynu, a tím dochází k výměně tepla a hmoty mezi kondenzátem a stoupajícím výchozím plynem, tj. k praní plynu, a dále že se odpadni plyn přehřívá v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem proudícím shora dolů, načež po polytroplcké expanzi se odpadni plyn opět ohřívá v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem-<a syntézní směs se rovněž v protiproudu ohřívá nejdříve výchozím plynem proudícím vzhůru a dále výchozím plynem proudícím dolů.

Zařízeni k prováděni tohoto způsobu sestává z výměníků tepla, expanzní turbiny a spojovacího potrubí a armatury. Podstata zařízení spočívá v tom, že spodní část mezi trubkového prostoru třlmediového výměníku tepla je spojena přívodním potrubím o mírném sklonu ve směru prouděni s mezi trubkovým prostorem čtyřmediového výměníku tepla, a horní část mezi trubkového prostoru třlmediového výměníku tepla je spojena potrubím s jedním trubkovým prostorem téhož výměníku tepla, přičemž druhý trubkový prostor třlmediového výměníku tepla je spojen potrubím s mezi trubkovým prostorem téhož výměníku tepla pod vstupem přívodního potrubí a opatřeným škrticím ventilem, a dále že jeden trubkový prostor čtyřmedlového výměníku tepla je.v teplejší části spojen potrubím se vstupem.do expanzní turbiny, a druhý trubkový prostor je ve studenější části spojen potrubím s výstupem expanzní turbiny.

Zařízeni tohoto provedeni podle vynálezu může být doplněno práci kolonou umístěnou pod třimediovým výměníkem tepla, která je propojena s jeho mezí trubkovým prostorem, přičemž pří vodní potrubí z mezi trubkového prostoru čtyřmediového výměníku tepla je spojeno se spodkem kolony a druhý trubkový prostor třlmediového výměníku tepla je spojen potrubím opat-* řeným Škrticím ventilem s kapalinovým prostorem spodku kolony.

Uskutečněni způsobu a provedeni zařízení je zřejmé z následujícího přikladu s přiloženými výkresy, na nichž je schematicky znázorněno příkladné provedeni podle vynálezu.

2*58327

- 3 Na obr.1 je znázorněno zařízeni sestávající z třlmedlového výměníku 2 tepla, čtyřmediového výměníku 2 tepla, třlmediového výměníku 2 tepla a expanzní turbiny 4. Zařízeni je vybaveno mimo jiné tímto propojovacím potrubím: potrubím 5 pro vstup výchozího plynu, přívodním potrubím d>, potrubím 2 syntéznl směsi, potrubím 8 odpadního plynu se škrticím ventilem 9, potrubím 10 odpadního plynu před expanzní turbinou £, potrubím 11 odpadního plynu za expanzní turbinou 4 a výstupním potrubím12 syntéznl směsi a výstupním potrubím 13 odpadního plynu.

Na obr.2 je znázorněno stejné zařízeni o stejném označeni doplněné promývaci kolonou 14 umístěnou pod třimediovým výměníkem 3 tepla a propojeným s promývaci kolonou 14 potrubím 15 a 16.

Příklad.¹ ₀

Výchozí plyn o tlaku 4,35 MPa a teplotě 35 C se ochladl v třimediovém výměníku 2 tepla a ve čtyřmediovém výměníku 2 tepla na teplotu 110 K, přičemž vykondenzuje asi polovina kondenzátu. Takto vzniklá dvoufázová směs se odvádí přivbdnim potrubím ť> do spodní části mezi trubkového prostoru třimediového výměníku 2 tepla. Zbylý plyn se potom ochlazuje dále na teplotu 100,5 IC v mezitrubkovém prostoru výměníku £ teplá, přičemž vznikající kondenzát stéká v protiproudu dolů. Mezi ochlazovaným plynem proudícím vzhůru a stékajícím kondenzá• tem dochází k výměně hmoty a tepla. Nezkondenzovaný plyn, tj. syntéznl plyn vystupující potrubím 2 ^se ohřívá v jednom z trubkových prostorů výměníků 2' — ^a -L ^a vystupuje potrublm 12 ze zařízeni. Kondenzát z výměníků 2 a 2 tepla, tj. odpadni plyn, se po seškrceni ventllem 9 na tlak 0,36 MPa odvádí potrubím 8. do jednoho z trubkových prostorů výměníků 2 a £ tepla, kde se odpaří a přehřeje na teplotu 133 K, načež se zavádí potrubím 1,0 do expanzní turbiny 4, kde expanduje na tlak 0,13 MPa. Expandovaný odpadni plyn vystupuje potrubím 11 a ohřívá se v jednom z trubkových prostorů ve výměnicích 2 ^a 2' ^a Potrubím 13 vystupuje ze zařízeni.

Pro dosaženi spolehlivého promyti plynu kondenzátem je vhodné zabudovat pod třlmedlový výměník 2 promývaci kolonu 14‘ ,258327

- 4 s několika patry spojenou s mezi trubkovým prostorem výměníku

3. teplá potrubím, například pro plyn - potrubí 15 a samostatně pro kapalinu - potrubí 16.

Materiálová bilance popsaného zařízeni je následující :

výchozí plyn syntéznl směs odpadni plyn

Složen!		Imol 5í|	Imol %l	Imol %i
»2		65,678	73,1	8,05
N2		27,049	24,7	43,12
Ar		0,344	0,27	0,85
ch4		6,929	0,93	47,98
Množství	]kmol/hl	8 000	6 980	1 020
Teplota	l°c 1	35	32	32
Tlak	iMPal	4,35	4,1	0,11
Výhoda řešeni	podle vynálezu	spočívá proti	současnému

stavu v tom, že nespotřebovává prakticky žádnou energii. Potřebný chlad získává expanzi odpadního plynu v expanzní turbině. Dostatečný tlak odpadního plynu před expanzní turbinou zajištuje protlproudá kondenzace výchozího plynu v mezltrybkovém prostoru výměníku 3 tepla a postupné, odpařováni odpadního plynu v protiproudu s výchozím plynem v tomtéž výměníku tepla.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob separace přebytečného dusíku kondenzaci a praní ply nu kondenzátem vzniklým z výchozího plynu obsahujícího pře bytek dusíku za účelem získáni syntéznl směsi, přičemž kon denzát - odpadni plyn se odpařuje za nízkého tlaku, vyznačený tim, že se odpadni plyn odpařuje v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem proudícím vzhůru, přičemž vzniklý kondenzát proudí směrem dolů proti stoupajícímu vý chozlmu plynu, a tím dochází k výměně tepla a hmoty mezi kondenzátem a stoupajícím výchozím plynem, tj. k praní ply nu a dále že se odpadni plyn přehřívá v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem proudím shora dolů, načež po polytroplcké expanzi se odpadni plyn opět ohřívá v protiproudu s ochlazovaným výchozím plynem a syntéznl směs se rovněž v protiproudu ohM.vá nejdříve výchozím plynem proudícím vzhůru a dále výchozím plynem proudícím dolů.
2. 2. Zařízeni k provádění způsobu podle bodu 1, sestávající z výměníků tepla, expanzní turbiny, spojovacího potrubí a armatury, vyznačující se tim, že spodní část mezi trubkového prostoru třlmedlového výměníku /3/ tepla je spojena při vodním potrubím /6/ o mírném sklonu ve směru prouděni s me zltrubkovým prostorem čtyřmedlového výměníku /2/ tepla a horní část mezltrubkového prostoru třlmediového výměníku /3/ tepla je spojena potrubím /7/ s jedním trubkovým prostorem téhož výměníku tepla, přičemž druhý trubkový prostor třlmedlového výměníku /3/ tepla je spojen potrubím s roezitrubkovým prostorem téhož výměníku tepla pod vstupem přívodního potrubí /6/ a opatřeným škrticím ventilem, a dále že jeden trubkový prostor čtyřmediového výměníku /2/ tepla je v teplejší části spojen potrubím /10/ se vstupem do expanzní turbiny /4/ a druhý trubkový prostor je ve studeněj 31 části spojen potrubím /11/ s výstupem expanzní turbiny /4/.
3. 3. Zařízeni podle bodu 2, vyznačené tím, že pod třimedlovým výměníkem /3/ tepla je umístěna prací kolona /14/, která je propojena s jeho mezitrubkovým prostorem potrubím /15/, /16/, přičemž přívodní potrubí /6/ z mezitrubkového pros1 toru Čtyřmedíového výměníku tepte je spojeno se spodkem kolony /6/, a druhý trubkový prostor třímedíového výměníku /3/ tepla je spojen potrubím /8/ opatřeným škrtícím ventilem /9/ s kapalinovým prostorem spodku kolony /14/.