CS265572B1 - Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDF

Info

Publication number
CS265572B1
CS265572B1 CS876341A CS634187A CS265572B1 CS 265572 B1 CS265572 B1 CS 265572B1 CS 876341 A CS876341 A CS 876341A CS 634187 A CS634187 A CS 634187A CS 265572 B1 CS265572 B1 CS 265572B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
nitrogen
gas
mixture
amount
gas mixture
Prior art date
Application number
CS876341A
Other languages
English (en)
Other versions
CS634187A1 (en
Inventor
Ludek Ing Csc Vins
Original Assignee
Vins Ludek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vins Ludek filed Critical Vins Ludek
Priority to CS876341A priority Critical patent/CS265572B1/cs
Publication of CS634187A1 publication Critical patent/CS634187A1/cs
Publication of CS265572B1 publication Critical patent/CS265572B1/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0219—Refinery gas, cracking gas, coke oven gas, gaseous mixtures containing aliphatic unsaturated CnHm or gaseous mixtures of undefined nature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0276—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of H2/N2 mixtures, i.e. of ammonia synthesis gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/20—H2/N2 mixture, i.e. synthesis gas for or purge gas from ammonia synthesis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se plynová směs po ochlazení na -175 °C až -182 °C a po odloučení metanové frakce pere kapalným dusíkem, přičemž se plynová směs ochlazuje zbytkem dusíkovodíkové směsi s přídavkem kapalného dusíku a topným plynem vzniklým z kapaliny z praní plynu kapalným dusíkem a zbytkem metanové frakce. Topný plyn se odpaří a ohřeje za tlaku 0,8 až 1,2 MPa na teplotu -80 °C až -40 °C, načež polytropicky expanduje. Práce expanze se využije na zvýšení tlaku dusíku před jeho ochlazením a zkapalněním. K realizaci uvedeného způsobu se přispěje tím, že množství pracího dusíku je tak veliké, aby množství topného plynu k celkovému množství dusíku bylo nejméně 1:3. Zlepšení se dosáhne tím, že množství dusíkovodíkové směsi proti výchozímu plynu je úměrné množství tohoto plynu a množstvím metanové frakce proudící proti výchozímu plynu se zajišťuje ochlazením tohoto plynu na žádanou teplotu., Dalšího zlepšení se dosáhne tím, že množství dusíku přidávaného do dusíkovodíkové směsi zajišťuje ochlazení dusíku na žádanou teplotu, přičemž množství přídavného dusíku nesmí způsobit překročení obsahu dusíku v dusíkovodíkové směsi 25 % po smísení obou proudů dusíkovodíkové směsi. K provádění navrženého způsobu dělení plynové směsi bylo navrženo zařízení, které tvoří výměníky tepla, prací kolony, expanzní turbiny, potrubí, armatury a přístroje měření a regulace. Expanzní turbina spojená s potrubím tlakového nízkotlakého topného plynu je přímo spojena s tur- bokompresorem dusíku vloženým do potrubí dusíku na vstupu do zařízení na dělení plynové směsi. Škrticí ventil kapaliny na výstupu z kolony je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem topného plynu a škrticí ventil promývacího dusíku je ovládán regu- látorém, spojeným s hladinou kapaliny v'promývací koloně. Regulační ventil na výstupu dusíkovodíkové směsi z výměníku plynové směsi je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem plynové směsi a škrticí ventil metanové frakce je ovládán regulátorem, spojeným s teplotou plynové směsi za výměníkem tepla, škrticí ventil přídavného dusíku je ovládán regulátorem, spojeným s teplotou podchlazeného dusíku a s analyzátorem spojené dusíkovodíkové směsi.

Description

Vynález se týká způsobu dělení plynové směsi obsahující vodík, metan a dále oxid uhelnatý, dusík, argon, popřípadě kyslík, a vyšší uhlovodíky, například plynové směsi vzniklé zplyňováním uhlí v sesuvném loži s následující konverzi oxidu uhelnatého a praním plynu studeným metanolem, s praním kapalným dusíkem za účelem výroby dusíkovodíkové směsi pro syntézu amoniaku, metanové frakce a topného plynu.
Známé způsoby děleni jsou všeobecně založeny na parciální kondenzaci metanu a vyšších uhlovodíků ochlazením plynové směsi s následným praním zbylého plynu kapalným dusíkem.
Zatímco tlak plynové směsi je většinou dán předcházející technologií, zabezpečuje tlak dusíku náhradu ztrát chladu v zařízeni. Starší zařízení pracují s dusíkem o tlaku až 20 MPa. Při tomto provedeni lze vyrábět kromě dusíkovodíkové směsi další frakce o složení v širokých mezích. Nevýhodou těchto zařízení je velká spotřeba energie na stlačování dusíku a nutnost použití pístových kompresorů. Dále jsou známá provedení se středotlakým dusíkem stlačovaným v turbokompresoru, kde chybějící chladicí výkon je dán kapalným dusíkem přiváděným z dělení vzduchu. Nevýhodou tohoto řešení je závislost na provozu zařízeni na dělení vzduchu a spotřeba energie na zkapalňováni dusíku. Podobně jako u dělení plynové směsi s malým obsahem metanu byly činěny pokusy využít k výrobě chladu polytroplcké expanze odpařené a ohřáté kapaliny z promývací kolony, tzv. CO frakce, v expanzní turbině. To je však možné jen v případě příznivého tlaku a složení plynové směsi a se značným přebytkem pracího dusíku, což opět znamená vydávat vice energie na kompresi dusíku než je třeba, a rovněž zvýšit spotřebu energie na dělení vzduchu při výrobě většího množství čistého dusíku. Je též známá možnost zvýšení množství expandované CO frakce přidáváním části metanové frakce, její množství je však omezeno teplotním spádem mezi kondenzujícím dusíkem a odpařující se kapalinou za tlaku před pólytropickou expanzí. Zvýšení tlaku dusíku znamená jednak zvýšení spotřeby energie, jednak potíže s realizací komprese v turbokompresoru, kde dosažitelný tlak závisí do značné míry na množství stlačovaného dusíku. Expanzní turbiny, používané při dělení plynové směsi s malým obsahem metanu, jsou brzděny asynchronními generátory. Z dělení vzduchu jsou sice známy případy použití expanzních turbin brzděných kompresory, avšak jejich použití v řešeném případě plynových směsí naráží na nevhodný poměr mezi expandovaným a komprimovaným množstvím. Plynová směs a dusík jsou obvykle ochlazovány ve dvou samostatných řadách výměníků tepla. Jsou známé různé kombinace rozděleni zpětných proudů do těchto dvou řad, včetně nerovnoměrného rozdělení přídavného dusíku do proudů dusíkovodíkové směsi proti plynové směsi a proti dusíku. Těmito opatřeními se sice snížily ztráty výměnou tepla a tím se zvýšil i chladicí výkon polytropické expanze, přijatelných výsledků se však dosáhlo jen pro případ nízkého obsahu metanu ve výchozím plynu.
Nevýhody dosavadního stavu odstraňuje způsob dělení plynové směsi, jehož podstata spočívá v tom, že se plynová směs ochlazuje na teplotu -175 °C až -182 °C, přičemž se odloučí metanová frakce tímto ochlazením vzniklá, částí dusíkovodíkové směsi z praní plynu kapalným dusíkem a částí metanové frakce seškrcené na tlak blízký atmosferickému, načež se zbylý plyn pere kapalným dusíkem ochlazeným, zkondenzovaným a podchlazeným druhou části dusíkovodíkové směsi z praní plynu kapalným dusíkem, obohacenou přídavným dusíkem, a topným plynem vzniklým z kapaliny z praní plynu kapalným dusíkem a zbytku metanové frakce, ohřívaným, odpařovaným a dále ohřívaným na teplotu -80 °C až -40 °C za tlaku 0,8 až 1,2 MPa a dále za tlaku blízkém atmosférickému po polytropické expanzi, jejíž práce je využita na zvýšení tlaku dusíku před jeho ochlazením a zkapalněním.
K realizaci uvedeného způsobu se přispěje tím, že množství pracího dusíku je tak veliké, aby množství topného plynu k celkovému množství dusíku, přiváděného do dělení, bylo nejméně 1:3.
Zlepšení způsobu se dosáhne tím, že množství dusíkovodíkové směsi proti výchozímu plynu je úměrné množství tohoto plynu a množství metanové frakce proudící proti výchozímu plynu se zajištuje ochlazení tohoto plynu na žádanou teplotu.
Dalšího zlepšení způsobu se dosáhne tím, že množství dusíku přidávaného do dusíkovodíkové i
směsi, ochlazující dusík, zajištuje ochlazení dusíku na žádanou teplotu, přičemž množství přídavného dusíku nesmí způsobit překročení obsahu dusíku v dusíkovodíkové směsi 25 % po smísení obou proudů dusíkovodíkové směsi,
K provádění navrženého způsobu dělení plynové směsi bylo navrženo nové zařízení, sestávající z výměníků tepla, prací kolony, expanzní turbiny, potrubí, armatury a přístrojů měření a regulace, které se vyznačuje tím, že expanzní turbina, spojená s potrubím tlakového a nízkotlakého topného plynu je přímo spojena s turbokompresorem dusíku vloženým do potrubí dusíku na vstupu do zařízení na dělení plynové směsi.
Zařízení se dále vyznačuje tím, že škrticí ventil kapaliny na výstupu z kolony je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem topného plynu a škrticí ventil promývacfho dusíku je ovládán regulátorem, spojeným s hladinou kapaliny v promývací koloně.
Zařízení se dále vyznačuje tím, že regulační ventil na výstupu dusíkovodíkové směsi z výměníku plynové směsi je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem plynové směsi a škrticí ventil metanové frakce je ovládán regulátorem, spojeným s teplotou plynové směsi za výměníkem tepla.
Zařízení se dále vyznačuje tím, že škrticí ventil přídavného dusíku je ovládán regulátorem, spojeným jednak s teplotou podchlazeného kapalného dusíku, jednak s analyzátorem spojeni dusíkovodíkové směsi.
Výhoda způsobu podle vynálezu a příslušného zařízení spočívá především v tom, že kombinací části metanové frakce a části dusíkovodíkové směsi lze dosáhnout při ochlazování plynové směsi malého teplotního spádu téměř v celém rozsahu teplot, což je z termodynamického hlediska velmi příznivé. Relativně menším množstvím frakcí proti dusíku, přičemž potřebného chladicího efektu se dosahuje přídavným kapalným dusíkem, se podařilo umístit polytropickou expanzi na vysoké teplotní úrovni. Tím se podařilo zvýšit chladicí výkon polytropické expanze, přičemž množství expandovaného topného plynu vzrostlo přidáním metanové frakce při dostatečném množství promývacího dusíku natolik, že je možné brzdit polytropickou expanzi kompresí dusíku. Zvýšením tlaku dusíku se dosáhne dostatečného teplotního spádu ve střední a dolní části ochlazování dusíku. Výsledný efekt tohoto řešení je nízká spotřeba energie na dělení plynové směsi. Řešení podle vynálezu umožňuje použití provozně spolehlivých rotačních strojů a brzdění expanzní turbiny turbokompresorem, což je výhodnější investičně i z hle diska provozní spolehlivosti.
Způsob provedení regulace jednotlivých zpětných proudů přispívá k větší stabilitě provozu.
Uskutečnění způsobu a provedení zařízení je zřejmé z následujícího příkladu s přiloženým výkresem.
Zařízení sestává z výměníku _1 tepla plynové směsi, sběrače 2» prací kolony J3, chladiče dusíku, výměníků 5, 6, 7. tepla dusíku, expanzní turbiny jí, turbokompresoru 9. Zařízeni na dělení plynové směsi navazuje na zařízení na praní plynu studeným metanolem 10 Jednotlivé části zařízeni na dělení plynové směsi jsou mezi sebou a s navazujícím zařízením propojeny potrubím 11 plynové směsi, potrubím 12 dusíkovodíkové směsi proti plynové směsi, potrubím 13 dusíkovodíkové směsi z praní plynu studeným metanolem 10, potrubím 14 dusíkovodíkové směsi proti dusíku, potrubím 15 spojené dusíkovodíkové směsi, potrubím 16 metanové frakce proti plynové směsi, potrubím 17 metanové frakce do topného plynu, potrubím 18 kapaliny z praní plynu kapalným dusíkem, potrubím 19 tlakového topného plynu, potrubím 20 nízkotlakého topného plynu, potrubím 21 dusíku, potrubím 22 promývacího dusíku a potrubím 23 přídavného dusíku. V potrubí 16 metanové frakce proti plynové směsi je umístěn škrticí ventil 24, v potrubí 17 metanové frakce do topného plynu je umístěn škrticí ventil 25
V potrubí 18 kapaliny z praní plynu kapalným dusíkem je škrticí ventil 26, v potrubí 22 promývacího dusíku je škrticí ventil 27, v potrubí 23 přídavného dusíku je škrticí ventil 28. V potrubí 12 dusíkovodíkové směsi proti plynové směsi je umístěn regulační ventil 29 a v potrubí 14 dusíkovodíkové směsi proti dusíku je regulační ventil 30.
Příklad 1
Plynová směs přichází potrubím 11 o tlaku 2,77 MPa, teplotě -54 °C a složení v mol % (H2 “ 81,42; CO - 0,74; N2 + Ar - 1,48; CH^ - 15,74; - 0,62) a ochlazuje se ve výměníku tepla 2 na teplotu -180 °C. Přitom z plynu vykondenzuje téměř 94 % metanu a všechny vyšší uhlovodíky. Kondenzát se shromažSuje ve sběrači 2. Plynová směs se potom pere v prací koloně 2 kapalným dusíkem. Dusíkovodíkové směs na výstupu z kolony se dělí na dvě části. Jedna část (asi 96 %) jde do výměníku 1. tepla, kde se ohřívá na teplotu -59 °C a jde potrubím 12 do zařízení na praní plynu studeným metanolem 10, kde se ohřívá na okolní teplotu a jde dále potrubím 13 do potrubí 15 spojené dusíkovodíkové směsi. Množství dusíkovodíkové směsi, proudící potrubím 12 se reguluje v závislosti na množství plynové směsi proudící potrubím 11. Zbytek dusíkovodíkové směsi (asi 4 %) jde potrubím 14 proti dusíku, přičemž se do něj před vstupem do výměníku 7_ přidává přídavný kapalný dusík. Takto upravená dusíkovodíková směs, obsahující 18,93 mol % H2 a 81,57 mol % N2 se ohřívá ve výměnících 2, A' A tepla na teplotu 28 °C, načež se přivádí do potrubí 15 spojené dusíkovodíkové směsi. Smísením obou proudů dusíkovodíkové směsi vznikne směs obsahující 75,85 % H2 a 24,15 % N2· Množství dusíkovodíkové směsi proudící potrubím 14 se reguluje regulačním ventilem 30 tak, aby před ventilem byl konstantní tlak. Větší část metanové frakce (asi 76 %) ze sběrače 2 se po seškrcení ve škrticím ventilu 24 zavádí do výměníku 2 tepla, kde se odpaří a ohřeje na teplotu -59 °C, načež se odvádí potrubím 16 do zařízení na praní plynu studeným metanolem 10. Zbytek metanové frakce (asi 24 %) se po seškrcení ve škrticím ventilu 25 odvádí potrubím 17 do topného plynu. Množství této části metanové frakce je jen tak veliké, aby se udržovala konstantní hladina ve sběrači 2. Kapalina z promývací kolony 2 sa po seškrcení ve škrticím ventilu 26 zavádí potrubím 18 rovněž do topného plynu. Takto vzniklý topný plyn se ohřívá, odpařuje a dále ohřívá ve výměnících 2 a 6 tepla až na teplotu -53 °C a za tlaku 1 MPa vstupuje do expanzní turbiny 2» kde expanduje na tlak 0,12 MPa, čímž se sníží jeho teplota asi na -123 °C. Nízkotlaký topný plyn se potom ohřívá ve výměnících 6 a 5 tepla a o teplotě 28 °C vystupuje potrubím 20 ze zařízení. Množství kapaliny odpouštěné z kolony 2 se řídi tak, aby množství topného plynu bylo konstantní a bylo v určitém poměru k množství přivádě- . ného dusíku. V popisovaném příkladu je tento poměr asi 1:2,8. Tento poměr závisí na parametrech topného plynu a dusíku a na provedení expanzní turbiny a turbokompresoru.
Příklad 2
Dusík o tlaku 3 MPa a teplotě 35 °C se přivádí potrubím 21 do turbokompresoru 9_, kde se stlačuje na tlak 3,54 MPa, načež se po ochlazení v chladiči A na teplotu 35 °C zavádí do výměníků 5, 2 a 2' kde se postupně ochladí, zkapalní a podchladí na teplotu asi -185 °C. Kapalný dusík se pak dělí na promývací, který se odvádí potrubím 22 na vrch promývací kolony 2, a na přídavný dusík, který se odvádí potrubím 23 do dusíkovodíkové směsi proti dusíku. Množství promývacího dusíku se reguluje škrticím ventilem 27 tak, aby se udržovala konstantní hladina kapaliny na spodku promývací kolony 2· Množství přídavného dusíku se reguluje ventilem 28 tak, aby se zajistila konstantní teplota podchlazeného dusíku za výměníkem 7_ tepla. Množství přídavného dusíku však nesmí způsobit překročení obsahu dusíku v potrubí 15 spojené dusíkovodíkové směsi nesmí překročit 25 %. Předpokládá se, že množství dusíku, přiváděného potrubím 21, bude tak veliké, aby se udržoval konstantní tlak na vstupu do turbokompresoru 9.
Řešení podle vynálezu je vhodné pro plynové směsi v širokém rozsahu složení, pokud není požadován velký výtěžek metanové frakce. To je v případě, že se využije metanové frakce a topného plynu k výrobě další dusíkovodíkové směsi v parním reformingu. Pokud se metanová frakce a topný plyn míchají do jednoho topného plynu, rovněž nezáleží na výtěžku metanové frakce. V případě, že plynová směs obsahuje větší množství oxidu uhelnatého (nad 1 %) je vhodné doplnit zařízení sytičem dusíkovodíkové směsi umístěným nad promývací kolonou, aby se dosáhlo snížení teploty, a tím i lepšího praní vodíku v promývací koloně.

Claims (8)

1. Způsob dělení plynové směsi, obsahující vodík, metan a dále oxid uhelnatý, dusík, argon, popř. kyslík a vyšší uhlovodíky, s praním kapalným dusíkem za účelem výroby dusíkovodíkové směsi pro syntézu amoniaku, metanové frakce a topného plynu, s polytropickou expanzí topného plynu a s přidáváním dusíku do dusíkovodíkové směsi jen do části ochlazující dusík, vyznačený tím, že se plynová směs ochlazuje na teplotu -175 °C až -182 °C, přičemž se odloučí metanová frakce tímto ochlazením vzniklá, částí dusíkovodíkové směsi z praní plynu kapalným dusíkem a částí metanové frakce, seškrcené na tlak blízký atmosferickému, načež se zbylý plyn pere kapalným dusíkem ochlazeným, zkondenzovaným a podchlazeným druhou částí dusíkovodíkové směsi z praní plynu kapalným dusíkem, obohacenou přídavným dusíkem, a topným plynem, vzniklým z kapaliny z praní plynu kapalným dusíkem a zbytku metanové frakce, ohřívaným, odpařovaným a dále ohřívaným, na teplotu -80 °C až -40 °C za tlaku 0,8 až 1,2 MPa, a dále za tlaku blízkém atmosferickému po polytropické expanzi, jejíž práce je využita na zvýšení tlaku dusíku před jeho ochlazením a zkapalněním.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že množství pracího dusíku je tak veliké, aby množství topného plynu k celkovému množství dusíku, přiváděného do dělení, bylo nejméně v poměru 1:3.
3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že množství dusíkovodíkové směsi proti výchozímu plynu je úměrné množství tohoto plynu a množstvím metanové frakce proudící proti výchozímu plynu se zajištuje ochlazení tohoto plynu na žádanou teplotu.
4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že množství dusíku, přidávaného do dusíkovodíkové směsi, ochlazující dusík, zajištuje ochlazení dusíku na žádanou teplotu, přičemž množství přidávaného dusíku nesmí způsobit překročení obsahu dusíku v dusíkovodíkové směsi 25 % po smísení obou proudů dusíkovodíkové směsi.
5. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, sestávající z výměníků tepla, prací kolony, expanzní turbiny, potrubí, armatury a přístrojů měření a regulace, vyznačené tím, že expanzní turbina (8), spojená s potrubím (19) tlakového a potrubím (20) topného plynu, je přímo spojena s turbokompresorem (9) dusíku vloženým do potrubí (21) dusíku na vstupu do zařízení na dělení plynové směsi.
6. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že škrticí ventil (26) kapaliny na výstupu z kolony (3) je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem topného plynu a škrticí ventil (27) promývacího dusíku je ovládán regulátorem, spojeným s hladinou kapaliny v promývací koloně (3).
7. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že regulační ventil (29) na výstupu dusíkovodíkové směsi z výměníku plynové směsi je ovládán regulátorem, spojeným s průtokoměrem plynové směsi a škrticí ventil (24) metanové frakce je ovládán regulátorem, spojeným s teplotou plynové směsi za výměníkem tepla.
8. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že škrticí ventil (28) přídavného dusíku je ovládán regulátorem, spojeným jednak s teplotou podchlazeného kapalného dusíku, jednak s analyzátorem spojené dusíkovodíkové směsi.
CS876341A 1987-08-31 1987-08-31 Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu CS265572B1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS876341A CS265572B1 (cs) 1987-08-31 1987-08-31 Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS876341A CS265572B1 (cs) 1987-08-31 1987-08-31 Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS634187A1 CS634187A1 (en) 1989-02-10
CS265572B1 true CS265572B1 (cs) 1989-10-13

Family

ID=5410227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS876341A CS265572B1 (cs) 1987-08-31 1987-08-31 Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS265572B1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2665678A4 (en) * 2011-01-17 2018-04-04 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for production of ammonia synthesis gas and pure methane by cryogenic separation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2665678A4 (en) * 2011-01-17 2018-04-04 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for production of ammonia synthesis gas and pure methane by cryogenic separation

Also Published As

Publication number Publication date
CS634187A1 (en) 1989-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2005200532B2 (en) Method for utilizing gas reserves with low methane concentrations and high inert gas concentrations for fueling gas turbines
US5388395A (en) Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output
US20080028765A1 (en) Syngas Power Systems and Method for Use Thereof
CN114034158B (zh) 一种氢气液化装置
GB2117053A (en) Gas turbines and engines
CN105180595B (zh) 一种制取富氢气和液态甲烷的系统及方法
CN101392983B (zh) 一种液化富甲烷气的过程
US11801474B2 (en) Method of transporting hydrogen
CN101680713A (zh) 通过低温蒸馏分离包含一氧化碳、甲烷、氢和可选的氮的混合物的方法
US20200318897A1 (en) CO2 Removal or Capture from CO2-rich Gas Mixtures
CN114061264B (zh) 一种具有吸附器再生管路的氢气液化装置
US6085545A (en) Liquid natural gas system with an integrated engine, compressor and expander assembly
CN108469150B (zh) 氢气液化装置
CN110762392A (zh) 一种双制冷循环分离煤制合成气中甲烷生产lng和cng的装置
US20240043273A1 (en) Method for production of h2 with high carbon capture ratio and efficiency
CS265572B1 (cs) Způsob dělení plynové směsi a zařízení k provádění tohoto způsobu
CN211624871U (zh) 双制冷循环分离煤制合成气中甲烷生产lng和cng的装置
GB2073393A (en) Recovery or fractionating of a mixture of butane and propane
JPS61130769A (ja) 低温廃ガスを利用した寒冷発生方法
CN114777412B (zh) 一种具有热虹吸式氢过冷器的氢气液化装置
CN114777411A (zh) 一种具再生管路的氢气液化装置
CN205079542U (zh) 一种制取富氢气和液态甲烷的系统
CN201662301U (zh) 煤气化装置来原料气甲烷深冷分离装置的换热系统
CN113862051B (zh) 双制冷循环甲烷洗合成气深冷分离装置及分离方法
CN217330409U (zh) 一种氢液化装置