CS258533B1 - Způsob dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů - Google Patents

Abstract

Řešení se týká problému výroby kapalného kyslíku a dusíku ve velkých množstvích v chladicím cyklu, ve kterém vzduch z expanzní turbiny je zčásti veden do tlakové rektifikační kolony a zčásti recirkulován. Podstata řešení spočívá v tom, že druhý, recirkulovaný proud se mísí s proudem adsorpčně vyčištěného atmosférického vzduchu a je spolu s ním dále stlačován turbokompresorem a potom brzdicím kompresorem expansní turbiny. Řešení může být využito ve výrobních závodech technických plynů, zaměřených na distribuci kapalného kyslíku a dusíku.

Description

Vynález se týká způsobu dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou relativně velkého podílu kapalných produktů, to je více než jedna pětina zpracovávaného atmosférického vzduchu.

Dosud známé způsoby dělení vzduchu pracuji s okruhem atmosférického vzduchu, který dodává vzduch pro rektifikační dělení na kyslík a dusík a s dusíkovým chladicím okruhem, ve kterém je zařazena expanzní turbina, která vyrábí chlad, potřebný pro zkapalňování kyslíku a dusíku a pro tepelnou rovnováhu nízkoteplotního procesu. Jiné známé způsoby využívají vzduchový chladicí okruh, u něhož proudy stlačeného vyčištěného atmosférického vzduchu a cirkulačního vzduchu vstupují do zařízení přes samostatné výměníky tepla. Je znám rovněž způsob, v němž jsou oba tyto proudy před adsorpčním vyčištěním smíseny.

Nevýhodou těchto známých způsobů je složitost procesu a z toho vyplývající náročnost regulace procesu a nákladnost zařízení, potřebného k realizaci procesu.

Tyto nevýhody jsou odstraněny způsobem dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů podle vynálezu, jehož podstatou je, že druhý proud expandovaného vzduchu po ohřátí vstupujícím vzduchem tvoří smíšením se vzduchem, vystupujícím z procesu adsorpčního čištění vstupující vzduch nízkoteplotního procesu, který je pak stlačen na tlak vyšší než 2 MPa a po dalším stlačení v brzdicím kompresoru expanzní turbiny a po ochlazení výměnou tepla s druhým proudem a plynným dusíkem veden na vstup expanzní turbiny.

Výhodou vynálezu je jednoduchost procesu, zejména jednoduchost komprese a systému výměny tepla. Vyčištěný atmosférický vzduch je smísen s cirkulačním vzduchem a oba jsou společně stlačovány, což se vzhledem k velkému průtoku provádí s dobrou energetickou účinností. Systém výměny tepla je jednoduchý a z toho vyplývají nízké nároky na regulaci procesu a nízké náklady na zařízení, potřebné k realizaci procesu.

Příklad způsobu dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů podle vynálezu je zřejmý ze zjednodušeného technologického schématu na přiloženém obrázku.

Na obrázku je zjednodušené technologické schéma zařízení, které je určeno k výrobě kapalného kyslíku a kapalného dusíku.

Příklad

Atmosf. vzduch je nasáván nízkotlakým kompresorem 2 o výkonu 500 kmol/h a stlačován na tlak 0,6 MPa. V chladiči 2 se jeho teplota sníží na 5 °C a za této teploty se z něj v adsor béru 2 odstraňuje oxid uhličitý a voda adsorpcí na molekulových sítech. Na výstupu z procesu adsorpčního čištění se smísí s druhým proudem expandovaného vzduchu a tvoří tak vstupující vzduch nízkoteplotního procesu. Ten vstupuje do turbokompresoru £ o výkonu 1 000 kmol/h, kde je stlačen na tlak 3 MPa a ochlazen vodou v dochlazovači 5. na 30 °C. Dále je veden do brzdicího kompresoru 2 expansní turbiny, kde se jeho tlak dále zvýší přímým využitím práce, konané stlačeným vzduchem v expanzní turbině 7_. Při zvýšeném tlaku je vzduch dále ochlazován v ochlazovači 8 na teplotu 28 °C a veden do teplého výměníku 9, kde je chlazen druhým proudem expandovanéhovzduchu a plynným dusíkem, dále do freonového chladiče 10, pro který je freon zkapalňován chladicí jednotkou 11.

Zde je teplota vzduchu snížena odebíráním tepla vroucím freonem při teplotě -60 °C. Ochlazený vzduch dále vstupuje do středního výměníku 12, kde se dále ochladí druhým proudem expandovaného vzduchu a plynným dusíkem na teplotu vhodnou pro expanzi v turbině. Na výstupu ze středního výměníku 12 se vzduch rozděluje na zkapalňovaný vzduch, který se zkapalňuje ve studeném výměníku 13 a v kapalném stavu vede do tlakové kolony 14, a na expandovaný vzduch, který vstupuje do expanzní turbiny T_ a v ní expanduje za konání vnější práce na tlak 0,6 MPa a teplotu blízkou mezi kondenzace. Expandovaný vzduch se rozděluje na první a druhý proud. První proud je veden do tlakové kolony a spolu se zkapalňovaným vzduchem dělen na kapalný dusík, který je zčásti odtahován z procesu výstupem 15 kapalného dusíku jako produkt, zčásti veden přes podchlazovač 16 do nízkotlaké kolony 17, a na bohatou kapalinu, obsahující 38 % kyslíku, která se shromažduje v dolní části tlakové kolony 14,. Odtud je vedena rovněž přes podchlazovač 16 do nízkotlaké kolony 17. Výměnu tepla mezi oběma kolonami a tím nezbytný zpětný tok kapaliny v tlakové koloně 14 a páry v nízkotlaké koloně 17 pro funkci procesu rektifikace zajištuje kondenzátor 18. V nízkotlaké koloně 17 probíhá rozdělení vzduchu na kapalný kyslík, který se přes kondenzátor 18 odtahuje z procesu výstupem 19 kapalného kyslíku a na plynný dusík, který se odebírá z hlavy nízkotlaké kolony 17, ohřívá se postupně v podchlazovači 1J5, studeném výměníku 13, středním výměníku 12 a teplém výměníku £ a vystupuje z procesu výstupem 20 plynného dusíku. Druhý proud je veden do studeného výměníku 23, kde je ohříván zkapalňovaným vzduchem, dále do středního výměníku 12 a teplého výměníku 9, v nichž se ohřívá a zároveň ochlazuje vstupní vzduch nízkoteplotního procesu, a dále na výstup procesu adsorpčního čištění, kde se mísí s vyčištěným vzduchem z atmosféry a tvoří tak vstupující vzduch nízkoteplotního procesu.

Claims (2)

1. Způsob dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů, při němž se atmosférický vzduch stlačuje na tlak 0,5 až 0,7 MPa, chladí a adsorpčně čistí od oxidu uhličitého a vody a chlad pro nízkoteplotní proces se získává expanzí vzduchu za konání vnější práce v expanzní turbině brzděné kompresorem a expandovaný vzduch se rozděluje na první a druhý proud, přičemž první proud je veden do rektifikační kolony, vyznačující se tím, že druhý proud po ohřátí vstupujícím vzduchem tvoří smíšením se vzduchem, vystupujícím z procesu adsorpčního čištěni vstupující vzduch nízkoteplotního procesu, který je pak stlačen na tlak vyšší než
2. 2 MPa a po dalším stlačení v brzdicím kompresoru expanzní turbiny a po ochlazení výměnou tepla s druhým proudem a plynným dusíkem veden na vstup expanzní turbiny.