CS271122B1

CS271122B1 - Device for air low-temperature separation

Info

Publication number: CS271122B1
Application number: CS882563A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Csc Sykora; Vaclav Ing Csc Chrz; Jan Ing Jirsa
Original assignee: Sykora Jiri; Chrz Vaclav; Jirsa Jan
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1990-08-14
Also published as: CS256388A1

Abstract

The low temperature air fractionation system consists of an air compressor, whose outlet is interconnected, via an absorption purifying block, to a low temperature block with heat exchangers and colons for dual rectification and an expansion turbine, retarded by a compressor. It is characteristic of the system that between the air outlet from the compressor and the absorption purifying block there is a retarding compressor directly connected with the expansion turbine, whose outlet is interconnected, via heat exchangers, with the inlet into the air compressor. The inlet into the turbine is further interconnected, via a step-down valve, with the lower rectification colon, and, via the heat exchanger, with the outlet from the absorption block.<IMAGE>

Description

Předmět vynálezu se týká zařízení na nízkoteplotní dělení vzduchu к produkci malých množství plynného 1 kapalného kyslíku a dusíku o zvýšeném tlaku.The present invention relates to a device for low temperature air separation to produce small amounts of gaseous liquid oxygen and nitrogen at elevated pressure.

Dosavadní známá zařízení, která vyrábějí menší množství kapalného a plynného kyslíku a dusíku mají kompresory vzduchu в průtokem 200 až 2 000 kg/h s výstupním tlakemExisting known plants that produce smaller quantities of liquid and gaseous oxygen and nitrogen have air compressors at a flow rate of 200 to 2,000 kg / h with an outlet pressure

1,5 až 15 MPa. Tyto kompresory jsou většinou pístové a musí být z důvodů provozní bezpečnosti bezmezné. Na výstupu z kompresoru vzduchu bývá zapojena adsorpční Čisticí baterie к odstraňování vodní páry a oxidu uhličitého. Dále bývá zapojen vlastní nízkoteplotní blok s výměníky tepla a kolonami dvojnásobné rektifikace. Potřebný chlad bývá získáván prací expanzního stroje, jehož výstup bývá propojen příkladně do dolní tlakové kolony, která je prvním stupněm rektifikace nebo do horní nízkotlaké kolony, která je druhým stupněm rektifikace. Pístové expanzní stroje Jsou používány pro vyšší tlaky, zatímco pro nižší tlaky jsou používány expanzní turbiny. Expanzní stroje mohou být brzděny elektrickými generátory nebo olejovými brzdami, popřípadě rotačními kompresory. Jsou známa zapojení, ve kterých brzdicí kompresory expanzních turbin stlačují odpadní dusík к regeneraci adsorpční baterie, nebo komprimují proud vzduchu určený к expanzi v expanzní turbině» Tato dosavadní řešení zařízení na dělení vzduchu neumožňují použít rotačních kompresorů vzduchu a zařízení jsou investičně i provozně nákladná.1.5 to 15 MPa. These compressors are mostly reciprocating and must be limitless for reasons of operational safety. At the outlet of the air compressor an adsorption purification battery is used to remove water vapor and carbon dioxide. In addition, a low-temperature block with heat exchangers and double rectification columns is used. The necessary cold is obtained by the operation of an expansion machine, the output of which is connected, for example, to a lower pressure column which is the first stage of rectification or to an upper low pressure column which is the second stage of rectification. Piston Expansion Machines They are used for higher pressures while expansion turbines are used for lower pressures. Expansion machines can be braked by electric generators or oil brakes or rotary compressors. Connections are known in which expansion turbine compressors compress waste nitrogen to regenerate the adsorption battery, or compress the air flow to expand in an expansion turbine. These prior art air separation systems do not allow the use of rotary air compressors and are costly and costly to operate.

Tyto nevýhody Jsou odstraněny zařízením na nízkoteplotní dělení vzduchu, které sestává především z kompresoru vzduchu, Jehož výstup je propojen přes adsorpční čisticí baterii s nízkoteplotním blokem s výměníky tepla a s kolonami dvojnásobné rektifikace a s turbinou brzděnou kompresorem, vyznačující se tím, že mezi výstupem z kompresoru vzduchu a adsorpční čisticí baterií Je zapojen brzdicí kompresor, přímo spojeny a expanzní turbinou, jejíž výstup je propojen přes výměníky tepla se vstupem do kompresoru vzduchu a jejíž vstup Je propojen Jednak přes výměník tepla s výstupem z adsorpční čisticí baterie a jednak přes výměník tepla a redukční armaturu e dolní rektifikační kolonou.These drawbacks are overcome by a low temperature air separation device consisting essentially of an air compressor whose output is connected via an adsorption purification battery to a low temperature block with heat exchangers and double rectification columns and a compressor-braked turbine, characterized in that between the air compressor outlet and an adsorption purification battery A braking compressor is connected, directly connected to an expansion turbine, the output of which is connected via a heat exchanger to an inlet of an air compressor and whose input is connected via a heat exchanger to an outlet of an adsorption purification battery e lower rectification column.

Hlavní výhodou zařízení na dělení vzduchu podle vynálezu je to, že je možné pro výrobu menších množství produktů dělení použít rotační kompresory vzduchu, a to Jak dvoustupňové šroubové kompresory, tak turbokompreeory s výtlačným tlakem 0,6 až 1 MPa. Zapojení brzdicího kompresoru a expanzní turbiny umožňuje cirkulovat velkou čáat vzduchu mezi tlakovými úrovněmi 0,6 až 1 MPa a 0,12 MPa. Díky zapojení brzdicího kompresoru před adsorpční baterii je možné vyrábět tlakový dusík o tlaku větším, než je výstupní tlak kompresoru vzduchu. Odpadní dusík z horní nízkotlaké kolony dvojnásobné rektifikace má zvýšený tlak, což umožňuje přímou regeneraci adsorpční baterie. Produkovaný plynný kyslík může mít tlak až 0,14 MPa. Zařízení je investičně méně nákladné než dosavadní známá zařízení pro obdobné parametry.The main advantage of the air separation device according to the invention is that it is possible to use rotary air compressors for the production of smaller quantities of separation products, both two-stage screw compressors and turbo-compressors with a discharge pressure of 0.6 to 1 MPa. The connection of the braking compressor and the expansion turbine allows a large amount of air to circulate between the pressure levels of 0.6 to 1 MPa and 0.12 MPa. By connecting the braking compressor upstream of the adsorption battery, it is possible to produce pressurized nitrogen at a pressure greater than the air compressor outlet pressure. The waste nitrogen from the upper low-pressure double rectification column has increased pressure, allowing direct adsorption battery recovery. The oxygen gas produced can have a pressure of up to 0.14 MPa. The device is less expensive to invest than prior art devices for similar parameters.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je patrné z připojeného výkresu, kde je zjednodušené technologické schéma zařízení na dělení vzduchu vyrábějící 150 kg/h plynného a kapalného dusíku a 43 kg/h plynného a kapalného kyslíku. Atmosferický vzduch je nasáván přes filtr £ z ovzduší v množství, které odpovídá množství produkovaného kyslíku a dusíku. Mezi filtr £ a dvoustupňový Šroubový kompresor 2 je zapojeno potrubí, které je spojeno přes výměníky 8, 9 tepla в výstupem z expanzní turbiny 7. Za výstupem z kompresoru 2 vzduchu je zapojen chladič 2 ^s chladicí jednotkou £ tak, aby bylo možné vzduch ochladit na 5 až 10 °C. Tlak vzduchu na výstupu z kompresoru 2 Je 0,93 MPa. Brzdicí kompresor 6 je zapojen před vstupem do adsorpční čisticí baterie 5- Tlak vzduchu se v brzdicím kompresoru zvětší až na 1.16 MPa. V adsorpční čisticí baterii 5 se vzduch zbaví oxidu uhličitého a vodní páry, je veden do nízkoteplotního bloku 12. Ten obsahuje především výměníky tepla 8, 9 a systém kolon 10, 11 dvojnásobné rektifikace. Vstup vzduchu do nízkoteplotního bloku 12 je propojen přes první výměník 8 tepla, který bývá nazýván hlavní výměník, do expanzní turbiny 7· Z potrubí vstupu do expanzní turbiny 7 odbočuje potrubí přes druhý výměník 9« zkapalňovač a redukční armaturu do dolní tlakové rektifikaČní kolony 10, V expanzní turbině 7 expanduje vzduch na tlak 0,12 MPa, přičemž odebíraná práce je přímo využívaná v brzdicím kompresoru 6, V systému kolon 10, 11 dvojnásobné rektifikace je vzduch dělen na kyslík a dusík. Plynné produkty dělení jsou vyváděny z nízkoteplotního bloku přes výměníky 8, 9» ve kterých se ohřívají protiproudou výměnou tepla se vstupujícím vzduchem. Plynný tlakový dusík o tlaku 1 MPa je vyváděn 2 bloku potrubím 16, plynný kyslík o tlaku 0,14 MPa potrubím 17, Kapalný dusík je vyváděn potrubím 14 a kapalný kyslík potrubím 15. Odpadní dusík z horní rektifikaČní kolony 11 je veden potrubím přes výměníky 8, 9 a elektroohřívač 13 do adsorpční čisticí baterie 5, kde regeneruje náplň adsorbentu. Podle konkrétních podmínek a požadavků na produkci může být mezi brzdicím kompresorem 6 a adsorpční čisticí baterií 5 zapojena chladicí jednotka.An exemplary embodiment of the device according to the invention is apparent from the accompanying drawing, which is a simplified flow diagram of an air separation device producing 150 kg / h of gaseous and liquid nitrogen and 43 kg / h of gaseous and liquid oxygen. The atmospheric air is sucked through the air filter 6 in an amount corresponding to the amount of oxygen and nitrogen produced. A duct is connected between the filter 6 and the two-stage screw compressor 2, which is connected via heat exchangers 8, 9 in the outlet of the expansion turbine 7. Downstream of the air compressor 2, a cooler 2 is connected ^{with a} cooling unit 8 so that air can be cooled to 5-10 ° C. The air pressure at the compressor outlet 2 is 0.93 MPa. The braking compressor 6 is connected before entering the adsorption cleaning battery 5- The air pressure in the braking compressor increases up to 1.16 MPa. In the adsorption purification battery 5, the air is freed of carbon dioxide and water vapor, and is fed to a low temperature block 12. It comprises mainly heat exchangers 8, 9 and a double rectification column system 10, 11. The air inlet to the low temperature block 12 is connected via a first heat exchanger 8, which is called the main exchanger, to the expansion turbine 7. From the inlet to the expansion turbine 7, the conduit crosses the second exchanger 9 into the lower pressure rectification column 10. In the expansion turbine 7, the air expands to a pressure of 0.12 MPa, the work being taken directly into the braking compressor 6. In the double rectification column system 10, 11, the air is divided into oxygen and nitrogen. The gaseous separation products are discharged from the low-temperature block through exchangers 8, 9 in which they are heated by countercurrent heat exchange with the incoming air. Gaseous pressurized nitrogen of 1 MPa is discharged in 2 blocks through line 16, gaseous oxygen of 0.14 MPa in line 17, Liquid nitrogen is discharged through line 14 and liquid oxygen through line 15. The waste nitrogen from the upper rectification column 11 is led through the exchangers 8 9 and an electric heater 13 into an adsorption purification battery 5, where it regenerates the adsorbent charge. Depending on the specific conditions and production requirements, a cooling unit may be connected between the braking compressor 6 and the adsorption cleaning battery 5.

Zařízení nalezne uplatnění v případech, kdy je požadována produkce kyslíku v plynném a kapalném stavu do cca 300 kg/h. Umožňuje použít nízkotlakých rotačních strojů pro expanzi a kompresi.The device will find application in cases where oxygen production in gaseous and liquid state up to approx. 300 kg / h is required. Allows the use of low pressure rotary machines for expansion and compression.

Claims

A low temperature air separation device, consisting of an air compressor, the output of which is connected through an adorption scavenging battery to a low temperature block in heat exchangers and double rectification β columns and an 8 compressor-braked expansion turbine, characterized in that and an adsorption cleaning battery (5) is connected to a brake compressor (6) directly connected to the expansion turbine (7), the output of which is connected via heat exchangers (8, 9) to the air compressor (2). first heat exchanger (8) and outlet of the adsorption cleaning battery (5) and second heat exchanger (9) and reducing fitting with a lower rectification column (10),