CS261790B1 - Způsob výroby tlakového dusíku - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu výroby tlakového dusíku nízkoteplotní jednostupňovou rektifikaci stlačené adsorpčně čištěné směsi dusíku, kyslíku a argonu, při kterém je směs před rektifikaci protiproudně ochlazována produkty a chlad získáván expanzí odpadního plynu v turbíně. Podstata spočívá v tom, že práce získaná v expanzní turbíně se přímo využívá ke zvyšování tlaku směsi určené k rektifikaci.

Description

Vynález se týká způsobu výroby tlakového dusíku jednostupňovou nízkoteplotní rektifikací stlačené adsorpčně čištěné směsi dusíku, kyslíku a argonu.

Podle známých způsobů výroby čistého tlakového dusíku jednostupňovou nízkoteplotní rektifikací vzduchu nebo směsi kyslíku, dusíku a argonu je většinou vyráběn dusík o tlaku větším než 0,5 MPa a ztráty chladu jsou kryty expansí odpadního plynu v expansní turbině. Odpadni plyn s obsahem 30 % až 40 % kyslíku v ní expanduje z tlaku 400 KPa na tlak blízký tlaku atmosferickému. Práce získaná v expansní turbině se u malých jednotek maří ve vhodném brzdicím stroji, jako je například dmychadlo, nebo olejová brzda. V větších jednotek je využívána k výrobě elektrické energie v brzdicím generátoru. Při výrobě větších množství tlakového dusíku mají však výše uvedené způsoby některé nevýhody. Získávání elektrické energie v brzdicím generátoru expansní turbiny se děje s poměrně nízkou účinností a celé soustrojí je složité a nákladné. Přímo ztrátové je maření energie v dmychadle či v olejové brzdě. Výraznějšího zlepšení se nedosáhne ani využitím dmychadla pro kompresi pomocného produktu, například regeneračního plynu pro adsorpční čištění.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny způsobem výroby tlakového dusíku podle vynálezu prováděný jednostupňovou rektifikací stlačené adsorpčně čištěné směsi dusíku, kyslíku a argonu, při kterém je směs před rektifikací protiproudně ochlazována produkovaným dusíkem a odpadním plynem a potřebný chlad získáván expansí odpadního plynu v expansní turbině, který je charakterizován tím, že práce získaná v expansní turbině se přímo využívá ke zvyšování tlaku směsi určené k rektifikaci. Stlačená směs se adsorpčně čistí od vodní páry a oxidu uhličitého po zvýšení jejího tlaku využitím práce získané v expansní turbině.

Výhoda způsobu výroby tlakového dusíku podle vynálezu tkví v tom, že umožňuje dosáhnout nižší měrné spotřeby energie oproti známým způsobům. V důsledku toho, že je přímo využívána práce získaná v expansní turbině expansí odpadního plynu k zvýšení tlaku směsi pro rektifikaci dochází ke snížení spotřeby energie pro základní stlačení. Je možné při stejné spotřebě energie na základní stlačení vyrábět kromě plynného tlakového dusíku i části produkce v kapalném stavu.

Zjednodušené technologické schéma příkladného postupu výroby tlakového dusíku jednostupňovou nízkoteplotní rektifikací podle vynálezu je na obrázku. Jde o výrobu dusíku o čistotě 99,999 I Bj a tlaku 800 kPa. Směs dělená rektifikací je v tomto případě vzduch. Vzduch se odebírá z atmosféry a sacím potrubím 2 se vede do základního kompresoru 2· ^v základním kompresoru 2 se vzduch stlačuje na tlak 775 kPa, následuje ochlazení stlačeného vzduchu v chladiči 3 chladicí vodou na teplotu 30 °C a odloučení vodních kapek v prvním odlučovači <1. Tlak vzduchu se dále zvyšuje v brzdicím kompresoru 5 na hodnotu 885 kPa přímým využitím práce získané expansí odpadního plynu v expansní turbině 6. Vzduch se pak chladí v dochlazovači 2, teplém výměníku 2 ^a výparníku 2 chladicí jednotky až na teplotu 2 °C. Po odloučeni kapkové vody v druhém odlučovači 10 se vzduch adsorpčně čistí od vodní páry a kysličníku uhličitého v levém adsorbéru 11, zatímco pravý adsorbér 12 je regenerován. Adsorbentem jsou molekulová síta. Vyčištěný stlačený vzduch se ochlazuje protiproudně v hlavních výměnících 13 vystupujícím dusíkem a odpadním plynem na teplotu blízkou teplotě sytosti (104 K). Ochlazený vzduch je dělen jednostupňovou rektifikací v koloně 14 na dusík s obsahem kyslíku menším než 0,01 % 0^, který je odebírán z hlavy kolony 14 jako produkt, a na bohatou kapalinu a obsahem 30 až 32 % Oj, která se shromažduje v patě kolony 24. Produkovaný tlakový dusík protiproudně ohřívá vstupující vzduch v hlavních výměnících 13 a teplém výměníku 2 ^a vystupuje potrubím 17 tlakového dusíku. Reflux v koloně 14 se zajištuje kondensátorem 15, ve kterém na úkor kondenzace tlakového dusíku vře seškrcená bohatá kapalina za tlaku 440 kPa. Odpařená bohatá kapalina je odpadním plynem. Ten se ohřívá v hlavních výměnících 13 na teplotu 124 Κ. V expansní turbině 2 expanduje odpadní plyn na tlak 120 kPa. Práce získaná expansí v expansní turbině 6 se přímo používá k dotlačování vzduchu v brzdicím kompresoru 2 díky spojení obou strojů hřídelem 12· Při expansi se odpadní plyn ochladl na teplotu 90 K a po ohřátí v hlavních výměnících 13 a teplém výměníku 2 jo ² části vypouštěn do atmosféry potrubím 19 odpadního plynu, zčásti je využíván pro regeneraci pravého adsorbéru po ohřátí v ohřívači 20. Část dusíku ·· xískává v kapalné· stave a odtahuj· se a hlavy kolony potrubím 18 kapalného dusíku.

Hlavní výhodou způsobu výroby tlakového dusíku podle vynálezu je snížení měrné spotřeby energie a nižší investiční náklady. Způsob proto nalezne uplatněni při výrobě větších množství tlakového čistého dusíku.

Claims (2)

1. Způsob výroby tlakového dusíku jednostupňovou nízkoteplotní rektifikaci stlačené adsorpčně čištěné směsi dusíku, kyslíku a argonu, při kterém je směs před rektifikaci protiproudně ochlazována produkovaným dusíkem a odpadním plynem a potřebný chlad získáván expansí odpadního plynu v expansní turbině, vyznačující se tím, že práce získaná v expansní turbině se přímo využívá ke zvyšování tlaku směsi určené k rektifikaci.

2. Způsob výroby podle bodu 1, vyznačující se tím, že stlačená směs se adsorpčně čistí od vodní páry a oxidu uhličitého po zvýšení jejího tlaku využitím práce získané v expansní turbině.