CS273038B1 - Method of argon cleaning - Google Patents

Description

Vynález es týká Slátáni surového argonu, vyráběného nízkoteplotním dělením' vzduchu, katalytickou deoxidaci.

Dosud známý způsob výroby čistého argonu ze vzduchu katalytickou deoxidaci surového argonu s následným sušeni™ a nízkoteplotní rafinaci se uskutečňuje tak, že ze základního rektlfikačniho systému se odtahuje argonová frakce obsahující 7 až 10 % argonu, méně než 1 % dusíku a zbytek kyslík. Tato frakce ee podrobí rektlfikaci a produktem je plynný surový argon obsahující od 1 do 10 % kyslíku a méně než 5 % dusíku. Malému průtoku surového argonu odpovídá nižší koncentrace kyelíku, většímu průtoku surového argonu odpovídá vyěěi koncentrace kyslíku. Dalším krokem při výrobě čistého argonu je odstraněni kyslíku katalytickou deoxidaci. Ke tlakovému surovému argonu se přidává vodík v množství o něco vyšším, než odpovídá etechiometrlckámu poměru pro reakci e kyslíkem, obsaženém v surovém argonu, na vodu. Reakce probíhá na katalyzátoru na vývinu tepla, kterým se katalyzátor i reagující směs ohřívají. Teplota reakce závisí na obsahu kyslíku před reakci. Maximální dovolená teplota, daná druhem použitého katalyzátoru, je cca 500 °C, což odpovídá koncentraci asi 1,7 % kyslíku v surovém argonu. Hodnota koncentrace kyelíku před reaktorem musí být udržována nižší, aby nedošlo k překročeni její předem známá hodnoty. Tam, kde se zajisti, že koncentrace kyslíku v surovém argonu nepřekročí hodnotu

1,7 %, lze z hlavního rektlfikačniho systému, z kolony surového argonu, odebírat surový argon kapalný a ten odpařovat za tlaku cca 320 kPa diky hydrostatickému sloupci kapalného argonu. Pro další rafinaci potom není zapotřebí kompresor. Tento způsob produkce má však hlavni nevýhodu v tom, ža při zvýšeni koncentrace kyslíku v surovém argonu nad

1,7 %, dojde k nedovolenému zvýšeni teploty reakce vodíku β kyslíkem, což by mělo ze následek poškozeni katalyzátoru. Proto ee musí deoxidace přerušit a provést opatřeni, která povede ke sníženi koncentrace kyslíku pod dovolenou hranici. Z tohoto způsobu výroby je potom dosahována nízká výtěžnost produkovaného argonu. Proto ve většině případů ee surový argon produkuje beztleký a míchá se e recyklovaným deoxovaným argonem tak, aby se před reaktorem nepřekročila dovolená koncentrace 1,7 % kyslíku. Tímto způsobem lze čistit surový argon prakticky s libovolnou koncentraci kyslíku. Smšs surového a deoxovaného argonu se potom.stlačuje na požadovaný tlak navazující rafinace. Přesto, že tento způsob umožňuje čistit surový argon s libovolnou koncentraci kyslíku a β maximální výtěžnosti surového argonu, .má hlavni nevýhodu v tom, že je náročný na kapacitu použitých kompresorů a na spotřebu elektrická energie pro kompresi surového argonu. Příkladně při výrobě 200 Nm /h surového argonu s obsahem 6 % kyslíku je zapotřebí kompresor β kapacitou 705 Nm³/h, který stlačuje surový a deoxovaný argon z tlaku 105 kPa na tlak 300 kPa, jehož příkon je 50 kW.

Výše uvedené nevýhody Jsou odstraněny způsobem čištěni argonu katalytickou deoxidaci surového argonu získávaného nízkoteplotním dělením vzduchu s následným sušením a nízkoteplotní rafinaci, jehož podstatou je, že tlakový surový srgon z nízkoteplotního děleni ee před deoxidečni reakci eměěujo a recyklovaným deoxidovaným argonem. Přitom zvyšováni průtoku recyklované části deoxovaného argonu se dosahuje zvyšováním tlaku v sáni kompresoru, zatímco eniženi průtoku reckylovanáho deoxidavaného argonu sa dosáhne snížením tlaku v sáni kompresoru a nebo ee průtok recyklovaná části reguluje obtokem u kompresoru. Cáeti vysušeného deoxovaného argonu se mohou regenerovat adeorpční sušiče, načež ee tato část recykluje kompresorem před deoxidačnl reakci. Tato čáet se po regeneraci může chladit.

Výhoda způsobu čištěni argonu podle vynálezu Je v tom, že kompresor dopravuje pouze recyklovanou část deoxidavaného argonu. Nemusí se stlačovat surový argon produkovaný v základním rektifikačnim systému. Dále při požadavku na zvýšení průtoku recyklovaného argonu se automaticky zvyšuje tlak v sání kompresoru a tim se zvýší výkonnost kompresoru. Při zvýšeni tlaku v sání kompresoru z 0,1 Wa na 0,2 MPa se dosáhne dvojnásobného zvýšeni výkonnosti bez nároků na zvyšováni kapacity kompresorů. Dalši výhodou způsobu čiětěCS 273 038 Bl ί» ni argonu podle vynálezu je sníženi spotřeby elektrická energie pro stlačováni argonu na tlak raflnace. U čištěni 200 Nm³/h surového argonu β obeahera 6 % kyslíku, kde se stlačuje pouze recyklovaná část 506 No /h deoxovanóho argonu z tlaku 0,2 MPa na tlak 0,3 MPa, ja potřebný příkon pouze 11 kw. Srovnáme-li způsob čištění argonu podle vynálezu β dosavadním řešením, kde ee rovněž čisti 200 Nm³/h surového argonu s obsahem 6 % 0₂ a tento proud sa stlačuje společně s recyklem z tlaku 0,103 MPa na 0,3 MPa, je úspora na příkonu pro kompresor 39 kwh.

Na připojeném výkresu je znázorněno příkladné řešeni technologického schématu zařízeni pro výrobu čistého argonu, ze kterého je zřejmý způsob výroby čistého argonu podle vynálezu. Zařízeni se skládá především z tlakové kolony 2, nízkotlaké kolony 6, hlavního kondenzátoru £ a argonové kolony 11, které jsou součástí základního procesu děleni vzduchu. Na tento proces navazuje proces deoxldace. Zařízeni, v němž sa proces uskutečňuje, se skládá zejména z kompresoru 19, rskatoru 20, vodního chladiče 21 a adsorberů 24. Na výkresu je dále znázorněno navazující zařízeni odstraňování dusíku a vodíku z deoxovanóho argonu, skládající se z kolony 28 Čistého argonu a výměníku 26.

Zařízeni, jehož schéma Je znázorněno na výkresu, slouží k provádění způsobu výroby podle vynálezu. Vzduch JL< ⁰ tlaku 600 KPa a ochlazený přibližně na teplotu kondenzace, se v tlaková koloně 2 rozdělí rektlfikaci na dva meziprodukty, bohatou kapalinu 3 o koncentraci 40 % kyslíku a kapalný dusík 4 o čistotě 1,5 % kyslíku. Kapalný dusík se přivádí do hlavy nízkotlaké koleny 6, zatímco bohatá kapalina 3 se nejdříve přivádí do deflegmátoru 12 argonová kolony 11, kde se z čáati odpaří, načež se vede do středu nízkotlaké.'kolony 6. V nízkotlaká koloně 6 probíhá rozděleni meziproduktů rektlfikaci při tlaku 140 KPa na hlavni produkty, kyslík 7 a dusík 8 a na produkt - argonovou frakci 9. Kondenzaci dusíku v hlavě tlakové kolony 2 a zároveň var kyslíku v patě nízkotlaká kolony 6 zajišťuje hlavni kondenzátor 5. Argonová frakce 9 o obsahu 7 % argonu, méně než 0,1 % dusíku a zbytek kyslík vstupuje do paty argonové kolony 11, kde se rozdělí na ochuzenou argonovou frakci 10 s obsahem 5 % argonu, která se vrací do nízkotlaké kolony, a surový argon, obsahující 2 až 10 % kyslíku a 2 % dusíku. Zpětný tok pro rektlfikaci v argonové koloně 11 vytváří surový argon, kondenzující v deflegmátoru 12 na úkor odpařeni bohatá kapaliny 3. část 13 zkapalněného surového argonu, odtahovaná z argonové kolony 11, se ve výměníku 14 tepla odpařuje a ohřívá na teplotu 20 °C tlakovým vzdušham 15. Odpařeni probíhá za tlaku 340 KPa diky výškovému umístěni argonové kolony 11 v základním raktifikačnlm systému. Po průchodu regulační armaturou 16. kde se jeho tlak anižl na 300 KPa, se surový argon směšuje s recyklovaným proudem 17 deoxovanóho argonu z výtlaku kompresoru 19 a vytváří směsný proud 18. Před reaktorem 20 se do směsného proudu 18 přidává v přebytku vodík 31. K tomu účelu slouží regulační vodíkový obvod 41, jehož vstup je připojen na potrubí za reaktorem 20 a výstup Je přiveden na ovládáni 48 vodíkového regulačního ventilu 43. V reaktoru 20 se prakticky všechen kyslík sloučí s vodíkem na vodu. Přitom vzroste teplota čištěného argonu na 350 ®C, a proto se surový argon chladl v chladiči 21 a vykondenzovaná voda ae následně odloučí v odlučovači 22. část 33 deoxovanóho argonu 23 se za odlučovačem 22 vrací zpět na sáni 37 kompresoru 19. Zbytek 25 deoxidovaného argonu 23 as suší v přepínatelných adsorberech 24 a následně se ochlazuje ve výměníku 26 na teplotu -160 °C odpařeným dusíkem 50 s deflegmátoru 32 kolony 28 čistého argonu a odpadni vodíkovou* frakci 29 z hlavy kolony 28 čistého argonu. Takto ochlazený deoxovaný argon 27 vstupuje do kolony 28, kde se rozděl! na čistý argon 30 a odpadni vodíkovou frakci 29. Pro regeneraci adsorberů 24 se používá vysušená daoxovanó část 34, která ss ohřívá v ohřívači 40 °C v regeneračním chladiči 49 sa Část 34 spo Jujs 8 části 33 a vede se na sáni 37 kompresoru 19. Kompresorem 19 se vrací jako recyklo váný proud 17 před reaktor 20. Průtok recyklovaného proudu 17 je automaticky řízen tak, že po sníženi se surovým argonem 13 má směsný proud 18 před reaktorem 20 obsah 1,5 % kyslíku. K_oncsntrace kyslíku va směsném proudu 18 před deoxldačni reakci je snímána a regulována kyslíkovým regulačním obvodem 36, jehož výstup Ja připojen na ovládací člen

CS 273 038 Bl regulačního ventilu 38, umístěného na potrubí spojující sáni 37 kompresoru 19- s výstupní· potrubím z odlučovače 22. Oeetliža vlivem vzrůstu koncentrace kyslíku v surovém argonu 13 dojde ke zvýšeni obsahu kyeliku ve sušeném proudu 18, kyslíkový regulační obvod ^6 ponad ovládacího členu 35 otevře vlče regulační ventil 38 a tla ee zvýčl průtok části 33 deoxovaného argonu, která ee vrátí na sáni 37 kompresoru 19. Při uzavřeném obtokovém ventilu 39 koapresoru 19 se zvýši tlak v sáni 37 a vzroste recyklovaný průtok 17 deoxovaného surového argonu. Následkem toho se snižl koncentrace kyslíku ve smšsnéra proudu 18 na původní hodnotu. Přitom vzroste tlak ve výstupním potrubí 40, což vadě k poklesu průtoku surového argonu 13. Naopak při poklesu obsahu kyslíku ve směsném proudu 18, kyslíkový regulační obvod 36 pomoci ovládacího členu 35 regulační ventil 38 přivře, tlak v sáni 37 kompresoru 19 poklesne a zmenši ee průtok recyklovaného proudu 17. Následkem toho poklesne tlak ve výstupním potrubí 40 a zvýši ea průtok surového argonu 13 a koncentrace kyeliku ve smšsnéa proudu 18 je zachována. Aby nedošlo k poklesu tlaku v sání 37 kompresoru 19 pod 150 KPa je kompresor 19 vybaven obtokovou regulací 44 tlaku v sáni kompresoru 19, jejíž výetup je připojen na ovládání obtokového ventilu 39. Při poklesu tlaku v sáni 37 se obtokový ventil 39 otevře, dojde k vyrovnáni tlaku v sáni 37 a ke zmenšení průtoku recyklovaného proudu 17 Aby byly zajištěny stabilní podmínky při čištěni, reguluje se na výstupu zs sušičů 24 konstantní tlak 280 KPa regulátorem 46, jehož vstup je připojen na výstupní potrubí 51 suchého deoxovaného argonu a výstup je připojen na ovládáni výstupního regulačního ventilu 47. Při zvýšeni tlaku v systáau výstupní regulační ventil 47 otevírá, zatiaco při poklesu tlaku ventil 47 zavírá.

Popsaný způsob čištěni argonu najde uplatněni především u velkokapacitních zařízení na děleni vzduchu. Produkované množství surového argonu ja při jakýchkoliv parametrech provozu udržováno na maximální hodnotě, omezené pouze dovolenou teplotou v reaktoru.

Tin ae dosahuje nejvyššího výtěžku β minimálně potřebnou spotřebou elektrické energie.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob čištěni argonu katalytickou dooxidaci surového argonu získávaného nízkoteplotním dělením vzduchu s následným sušením a nízkoteplotní rafinaci, vyznačený tla, že tlakový surový argon z nízkoteplotního děleni sa před daoxidačni reakcí směšuje e recyklovaným deoxidovaným argonem.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující ae tím, že zvýšeni průtoku recyklovaného deoxidovaného argonu ae dosáhne zvýšanla tlaku v sáni kompresoru, zatiaco sníženi průtoku recyklovaného daoxidovaného argonu ae dosáhne snížením tlaku v sáni koapresoru a nebo sa průtok recyklovaného deoxidovaného argonu reguluje obtokem kompresoru.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že části vysušeného deoxidovaného argonu sa regeneruji adeorpční sušiče, načež se tato část recykluje kompresorem před daoxidačni reakci.
4. 4. Způsob podle bodu 3, vyznačený tin, že část deoxidovaného argonu ae po regeneraci adsorpčnlch sušičů chladl.