CS266842B1

CS266842B1 - Apparatus for cutting air

Info

Publication number: CS266842B1
Application number: CS878702A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Sykora; Vaclav Ing Csc Chrz
Original assignee: Sykora Jiri; Chrz Vaclav
Priority date: 1987-12-01
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1990-01-12
Also published as: CS870287A1

Abstract

Zařízení na dělení vzduchu za nízkých ceplot sestávající z výměníků tepla, rektifikačních kolon a expanzní turbiny, jejíž výstup je propojen s prostorem pod prvním rektifikačním patrem tlakové rektifikační kolony, jehož principem je to, že výstup vzduchu ze zkapalňovače vzduchu je propojen přes redukční ventil s prostorem nad prvním nebo vyšším rektifikačním patrem tlakové rektifikační kolony. S výhodou je na této cestě zařazen odlučovač tak, že jeho výstup kapalné fáze je zaústěn nejméně o jedno rektifikační patro výše než je zaústěn výstup plynné fáze z odlučovače.A device for separating air at low temperatures consisting of heat exchangers, rectification columns and an expansion turbine, the outlet of which is connected to the space below the first rectification stage of the pressure rectification column, the principle of which is that the air outlet from the air liquefier is connected via a pressure reducing valve to the space above the first or higher rectification stage of the pressure rectification column. Preferably, a separator is included in this path so that its liquid phase outlet is at least one rectification stage higher than the gas phase outlet from the separator.

Description

Předmět vynálezu se týká zařízení na dělení vzduchu za nízkých teplot rektifikaci.The present invention relates to a device for separating air at low rectification temperatures.

V stávajících zařízeních na dělení vzduchu s výměníky, rektifikačními kolonami a expanzními turbinami, u kterých je výstup expanzní turbiny propojen s prostorem pod prvním rektifikačním patrem tlakové rektifikační kolony, bývá do stejného prostoru propojen i výstup vzduchu ze zkapalňovače vzduchu. V důsledku toho vstupuje do paty tlakové rektifikační kolony jednak plynný vzduch z expanzní turbiny, kte^ý je ve stavu přehřáté páry a ze zkapalňovače vzduchu seškrcený proud vzduchu ve stavu mu/iié páry. V důsledku toho dochází v rektifikačních kolonách k zhoršení refluxních poměrů a kolony musí být vybaveny větším množstvím rektifikačních pater, což přináší zvýšené investiční i provozní náklady.In existing air separation plants with exchangers, rectification columns and expansion turbines, in which the outlet of the expansion turbine is connected to the space below the first rectification floor of the pressure rectification column, the air outlet from the air liquefier is usually connected to the same space. As a result, gaseous air enters the bottom of the pressure rectification column on the one hand from the expansion turbine, which is in the superheated steam state, and from the air liquefier, the air stream is throttled in the mu / m steam state. As a result, the reflux ratios in the rectification columns deteriorate and the columns must be equipped with a larger number of rectification trays, which brings increased investment and operating costs.

Tyto nevýhody jsou odstraněny zařízením na dělení vzduchu dle vynálezu, které sestává z výměníků tepla, rektifikačních kolon a expanzní turbiny, jejíž výstup je propojen s prostorem pod prvním rektifikačním patrem tlakové rektifikační kolony, které je charakterizováno tím, že výstup vzduchu ze zkapalňovače vzduchu je propojen přes redukční ventil s prostorem nad prvním nebo vyšším patrem tlakové rektifikační kolony. Mezi výstupem vzduchu ze zkapalňovače a prostorem pod rektifikačními patry tlakové rektifikační kolony je zařazen odlučovač parní a kapalné fáze, jehož výstup kapalné fáze je zaústěn nejméně o jedno rektifikační patro výš než je zaústěn výstup plynné fáze z odlučovače.These disadvantages are eliminated by the air separation device according to the invention, which consists of heat exchangers, rectification columns and an expansion turbine, the outlet of which is connected to the space below the first rectification floor of the pressure rectification column, which is characterized by via a reduction valve with a space above the first or higher floor of the pressure rectification column. Between the air outlet from the liquefier and the space below the rectification trays of the pressure rectification column, a vapor and liquid phase separator is arranged, the liquid phase outlet of which opens at least one rectification floor higher than the gas phase outlet of the separator.

Hlavní výhoda zařízení na dělení vzduchu podle vynálezu tkví v tom, že v porovnání s klasickými řešeními je v tlakové rektifikační koloně zapotřebí pro dosažení produktů o dané koncentraci menší počet pater. V důsledku toho je rektifikační kolona méně nákladná a díky menšímu hydraulickému odporu má zařízení i nižší spotřebu energie.The main advantage of the air separation device according to the invention is that, in comparison with conventional solutions, a smaller number of trays is required in a pressure rectification column in order to obtain products of a given concentration. As a result, the rectification column is less expensive and, due to the lower hydraulic resistance, the device also has lower energy consumption.

PříkladExample

Příkladné řešení zařízení podle vynálezu je patrno z přiloženého obrázku na kterém je zjednodušené technologické schéma zařízení na dělení vzduchu na produkci kyslíku a dusíku. Do hlavního výměníku JL vstupuje vzduch zbavený vody a CO2 o tlaku minimálně 1 MPa vstupním potrubím 17 Převážná část vzduchu je z hlavního výměníku 1^ vedena potrubím 15 tlakového vzduchu na vstup expanzní turbiny 2, jejíž výstup je propojen potrubím 11 expandovaného vzduchu s prostorem pod prvním patrem tlakové rektifikační kolony Rektifikační systém se skládá z tlakové rektifikační kolony Q, hlavního kondensátoru 5 a nízkotlaké rektifikační kolony ·4. Obě kolony jj, jí jsou propojeny potrubím 10 bohaté kapaliny a potrubím 2 kapalného dusíku. Z hlavy nízkotlaké rektifikační kolony 4^ vystupuje dusík potrubím 12 horního produktu přes zkapalňovač 2 vzduchu a hlavní výměník JI výstupním potrubím .16 dusíku ke spotřebě. Výstup plynného kyslíku z kondensátoru 5. je propojen potrubím 13 dolního produktu přes zkapalňovač 2 vzduchu a hlavní výměník JI s výstupním potrubím 18 kyslíku. Potrubí 15 tlakového vzduchu je rozvětveno tak, že jedna větev je p.opojena se vstupem do zkapalňovače 2 vzduchu, zatímco druhá je propojena s expanzní turbinou _3. Výstup vzduchu ze zkapalňovače 2 vzduchu je propojen potrubím 14 zkapalněného vzduchu přes redukční ventil J7 s odlučovačem £. Ze zkapalňovače 2 vzduchu vystupuje vzduch ve stavu podchlazené kapaliny. V redukčním ventilu J7 se jeho tlak redukuje na tlak tlakové rektifikační kolony ji a vzniká tak mokrá pára. V odlučovači jj je odloučena kapalná fáze, která je potrubím 20 kapaliny vedená nad třetí patro tlakové rektifikační kolony. Odloučená plynná fáze je z odlučovače ji vedena potrubím 19 páry nad druhé rektifikační patro tlakové rektifikační kolony 8_. V důsledku tohoto řešení dojde k výraznému zlepšení refluxních poměrů v rektifikačních kolonách jj. Je tomu tak proto, že v odlučovači jj se nastaví rovnováha mezi kapalnou a plynnou fází. Kapalná fáze se obohatí těžší složkou - kyslíkem a plynné fáze lehčí složkou - dusíkem. Díky lepším refluxním poměrům může být v kolonách i, jj menší počet pater.An exemplary solution of the device according to the invention can be seen in the attached figure, in which a simplified technological diagram of a device for separating air for the production of oxygen and nitrogen is shown. Air deprived of water and CO2 at a pressure of at least 1 MPa enters the main exchanger JL through an inlet pipe 17. Most of the air is led from the main exchanger 1 by a compressed air pipe 15 to the inlet of the expansion turbine 2, the outlet of which is connected by an expanded air pipe 11 to the space below the first. floor of the pressure rectification column The rectification system consists of a pressure rectification column Q, a main condenser 5 and a low pressure rectification column · 4. The two columns are connected to it by a rich liquid line 10 and a liquid nitrogen line 2. From the head of the low-pressure rectification column 4, nitrogen exits through the overhead product line 12 via the air liquefier 2 and the main exchanger 11 through the nitrogen outlet line 16 for consumption. The outlet of the gaseous oxygen from the condenser 5 is connected by a pipe 13 of the lower product via an air liquefier 2 and a main exchanger 11 with an outlet pipe 18 of the oxygen. The compressed air line 15 is branched so that one branch is connected to the inlet of the air liquefier 2, while the other is connected to the expansion turbine 3. The air outlet from the air condenser 2 is connected by a liquefied air pipe 14 via a reduction valve J7 to a separator 6. Air in the state of subcooled liquid emerges from the air liquefier 2. In the pressure reducing valve J7, its pressure is reduced to the pressure of the pressure rectification column jj, and thus wet steam is formed. In the separator jj, the liquid phase is separated, which is led through the liquid line 20 above the third floor of the pressure rectification column. The separated gas phase is led from the separator through a steam line 19 above the second rectification floor of the pressure rectification column 8. As a result of this solution, the reflux ratios in the rectification columns jj. This is because the equilibrium between the liquid and gas phases is set in the separator jj. The liquid phase is enriched with a heavier component - oxygen and the gaseous phase with a lighter component - nitrogen. Due to better reflux ratios, there may be fewer trays in the columns.

Zařízení podle vynálezu nalezne uplatnění především v případecři středotlakých zařízení na dělení vzduchu, nebo v případě přídavných vzduchových chladicích cyklů. Dosáhne se tak snížení nákladů na výrobu zařízení.The device according to the invention finds application in particular in the case of medium-pressure air separation devices or in the case of additional air cooling cycles. This reduces the cost of manufacturing the equipment.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A low temperature air separation device comprising heat exchangers, rectification columns and an expansion turbine, the outlet of which is connected to a space below the first rectification floor of a pressure rectification column, characterized in that the air outlet of the air liquefier (2) is connected via a reducing valve (7) with a space above the first or higher rectification tray of the pressure rectification column (8).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a vapor and liquid phase separator (6) is arranged between the air outlet of the air liquefier (2) and the space above the rectification trays of the pressure rectification column (8), the liquid phase outlet of which opens at least one rectification tray higher than the outlet of the gas phase from the separator (6).