CS261791B1

CS261791B1 - Method and device for pressurized nitrogen production

Info

Publication number: CS261791B1
Application number: CS869004A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Sykora; Vaclav Ing Csc Chrz; Jan Ing Jirsa
Original assignee: Sykora Jiri; Chrz Vaclav; Jirsa Jan
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS900486A1

Abstract

Podstata řešení spočívá v přímém využití energie expanzní turbíny pro brzdicí kompresor, který snižuje tlak na výstupu z turbíny.The essence of the solution lies in the direct utilizing the energy of the expansion turbine for a braking compressor that reduces pressure at the turbine outlet.

Description

Vynález se týká způsobu výroby tlakového dusíku nízkoteplotní jednostupňovou rektifikací vzduchu a zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a process for the production of pressurized nitrogen by a low-temperature single-stage rectification of air and to an apparatus for carrying out the process.

Podle dosavadních způsobů výroby tlakového dusíku je stlačený adsorpčně vyčištěný vzduch po protiproudém ochlazení dusíkem a odpadním plynem dělen jednostupňovou rektifikací. Ztráty chladu jsou kryty expanzí odpadního plynu v expanzní turbině z tlaku 400 kPa na tlak blízký tlaku atmosferickému. Odpadní plyn přitom obsahuje 30 až 40 % kyslíku. Práce získaná v expanzní turbině se u mnohých jednotek maří například v olejové brzdě. Bývá také využívána například pro pohon dmychadla pro regeneraci .'dsorpční stanice. U větších jednotek je využívána k výrobě elektrické energie v brzdicím generátoru.According to the prior art processes for the production of pressurized nitrogen, the compressed adsorption-purified air is divided by a single-stage rectification after countercurrent cooling with nitrogen and waste gas. The cold losses are covered by the expansion of the waste gas in the expansion turbine from a pressure of 400 kPa to a pressure close to atmospheric pressure. The waste gas contains 30 to 40% oxygen. The work obtained in the expansion turbine in many units frustrates the oil brake, for example. It is also used, for example, to drive a blower to regenerate the adsorption station. For larger units it is used to generate electricity in the braking generator.

Při výrobě větších množství tlakového dusíku je nevýhodné to, že se znovuzískání energie z expanzní turbiny děje s poměrně nízkou účinností. Soustrojí expanzní turbina a brzdicí generátor je složité a nákladné. Zařízení na výrobu tlakového dusíku známými způsoby je proto investičně nákladné.In the production of larger amounts of pressurized nitrogen, it is disadvantageous that energy recovery from the expansion turbine takes place with relatively low efficiency. The expansion turbine and brake generator sets are complex and expensive. The apparatus for producing pressurized nitrogen by known methods is therefore expensive to invest.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny způsobem výroby tlakového dusíku jednostupňovou nízkoteplotní rektifikací stlačeného adsorpčně čištěného vzduchu s protiproudým ochlazováním vzduchu dusíkem a odpadním plynem, přičemž je potřebný chlad získáván expanzí odpadního plynu v expanzní turbině, podle vynálezu, jehož podstata je v tom, že energie odebíraná v expanzní turbině se přímo využívá v brzdicím kompresoru k snížení tlaku odpadního plynu na výstupu z expanzní turbiny. Zařízení k prováděni způsobu výroby tlakového dusíku podle vynálezu sestává ze vzduchového kompresoru propojeného přes čisticí adsorpčnl stanici s nízkoteplotním blokem s výměníky tepla, rektifikačnl kolonou, kondenzátorem a expanzní turbinou na toku odpadního plynu, které je charakterizováno tím, že mezi výstupem odpadního plynu do atmosféry a expanzní turbinou je zapojen brzdicí kompresor přímo spojený s expanzní turbinou.These disadvantages are overcome by the process of producing pressurized nitrogen by a one-stage low-temperature rectification of compressed adsorption-purified air with countercurrent cooling of the air with nitrogen and waste gas, whereby the necessary cold is obtained by expanding the waste gas in the expansion turbine. The turbine is directly used in the braking compressor to reduce the off-gas pressure at the outlet of the expansion turbine. The apparatus for carrying out the process for producing pressurized nitrogen according to the invention consists of an air compressor interconnected through a low temperature block adsorption purification station with heat exchangers, a rectification column, a condenser and an expansion turbine on the waste gas flow. An expansion turbine is a braking compressor connected directly to the expansion turbine.

-Na přiloženém obrázku je zjednodušené technologické schéma způsobu výroby tlakového dusíku podle vynálezu. Základní kompresor 1. odebírá vzduch z atmosféry sacím potrubím 2. Stlačuje jej na tlak 800 kPa. Po ochlazení ve výparniku 3 chladicí jednotky na -2 °C je vzduch adsorpčně zbaven vody a kysličníku uhličitého v čisticí adsorpčnl stanici v levém adsorbéru 5,· Vzduch zbavený nečistot je veden do vlastního nízkoteplotního bloku. Nejprve se ochlazuje v hlavních výměnících 2 ^na teplotu blízkou teplotě zkapalnění. Pak je dělen v rektifikačnl koloně 7 jednostupňovou rektifikací. V hlavě kolony ]_ vzniká čistý dusík.The attached figure is a simplified flow diagram of the process for producing pressurized nitrogen according to the invention. The basic compressor 1. extracts air from the atmosphere through the intake manifold 2. It compresses it to a pressure of 800 kPa. After cooling in the evaporator 3 of the cooling unit to -2 [deg.] C., the air is adsorbed to remove water and carbon dioxide in a purification adsorption station in the left adsorber 5. Dirt-free air is routed to its own low temperature block. It is first cooled in the main exchangers 2 ^{to a} temperature close to the liquefaction temperature. It is then separated in the rectification column 7 by a one-stage rectification. Pure nitrogen is formed in the top of the column.

Z paty kolony 2 j® odebírána bohatá kapalina s obsahem 33 % kyslíku a vedena po seškrcení do kondensátoru 2· Zúe vře za tlaku 400 kPa a zajištuje tak reflux v koloně 2· Odpařená bohatá kapalina je odpadním plynem a po částečném ohřátí v hlavních výměnících 6_ expanduje z tlaku 370 kPa na tlak 90 kPa, tj, na tlak nižší než je tlak atmosferický. Po opětovném ohřátí ve výměnicích 6 až na teplotu blízkou teplotě vstupujícího vzduchu se odpadní plyn stlačuje v brzdicím kompresoru 10 přímým využitím práce, odebrané v expanzní turbině, na atmosferický tlak a vypouští se do atmosféry potrubím 12. Dochází tedy k nárůstu adiabatic kého spádu na expanzní turbině 9 neboť dochází k poklesu tlaku na jejím výstupu. V důsledku toho je větší výroba chladu a je možné vyrábět kromě plynného tlakového dusíku, který vystupuje potrubím 11, i kapalný dusík, vystupující potrubím 13. Zařízení k výrobě plynného tlakového dusíku je patrné z téhož obrázku. Mezi výstupem 12 odpadního plynu do atmosféry a expanzní turbinou 9 je zapojen brzdicí kompresor 10, přímo spojený s expanzní turbinou.A rich liquid containing 33% oxygen is withdrawn from the bottom of column 2 and fed to a condenser 2 after being throttled. It boils at 400 kPa to provide reflux in column 2. The vaporized rich liquid is a waste gas and partially heated in the main exchangers 6 it expands from a pressure of 370 kPa to a pressure of 90 kPa, i.e. to a pressure below atmospheric pressure. After reheating in the exchangers 6 to a temperature close to the inlet air temperature, the off-gas is compressed in the braking compressor 10 by direct utilization of the work taken in the expansion turbine to atmospheric pressure and discharged into the atmosphere via line 12. turbine 9 as the outlet pressure drops. As a result, the production of cold gas is greater and it is possible to produce, in addition to the gaseous pressurized nitrogen exiting through line 11, also liquid nitrogen exiting through line 13. The apparatus for producing pressurized nitrogen gas is shown in the same figure. A braking compressor 10, directly connected to the expansion turbine, is connected between the exhaust gas outlet 12 to the atmosphere and the expansion turbine 9.

Část odpadního plynu je před výstupem do atmosféry nasávána dmychadlem 14 a dopravována přes ohřívač 15 do pravého adsorbéru za účelem regenerace jeho náplně.A portion of the off-gas is sucked up by the blower 14 before it enters the atmosphere and transported through the heater 15 to the right adsorber to regenerate its charge.

Způsob výroby dusíku podle vynálezu nalezne uplatněni zejména v případech, kdy jsou požadována větší množství dusíku, neboť umožňuje vyrábět současně i část produktu v kapalném stavu. Zařízení k výrobě dusíku podle vynálezu má nižší měrné investiční náklady.The process for producing nitrogen according to the invention will find particular application in cases where larger amounts of nitrogen are required, since it also makes it possible to produce part of the product in the liquid state at the same time. The nitrogen plant according to the invention has lower specific investment costs.

Claims

A process for producing pressurized nitrogen by a one-stage low temperature rectification of compressed adsorption-purified air with countercurrent cooling of air with nitrogen and waste gas, wherein the necessary cold is obtained by expanding the waste gas in an expansion turbine. to reduce the off-gas pressure at the outlet of the expansion turbine.

2. An apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising an air compressor connected via a low temperature block adsorption station with heat exchangers, a rectification column, a condenser and an expansion turbine on the waste gas flow, characterized in that between the exhaust gas outlet (12). a braking compressor (10) directly connected to the expansion turbine (9) is connected to the atmosphere and the expansion turbine (9).