CZ290948B6 - Způsob kryogenního dělení vzduchu - Google Patents

Způsob kryogenního dělení vzduchu Download PDF

Info

Publication number
CZ290948B6
CZ290948B6 CZ19932789A CZ278993A CZ290948B6 CZ 290948 B6 CZ290948 B6 CZ 290948B6 CZ 19932789 A CZ19932789 A CZ 19932789A CZ 278993 A CZ278993 A CZ 278993A CZ 290948 B6 CZ290948 B6 CZ 290948B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
column
argon
oxygen
stream
nitrogen
Prior art date
Application number
CZ19932789A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ278993A3 (en
Inventor
Paul A. Sweeney
Ramachandran Krishnamurthy
Original Assignee
The Boc Group, Inc.
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 The Boc Group, Inc. filed Critical The Boc Group, Inc.
Publication of CZ278993A3 publication Critical patent/CZ278993A3/cs
Publication of CZ290948B6 publication Critical patent/CZ290948B6/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
    • F25J3/04—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 for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • 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
    • F25J3/04—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 for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • 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
    • F25J3/04—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 for air
    • F25J3/04406—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 for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—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 for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • 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
    • F25J3/04—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 for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • 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
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/923—Inert gas
    • Y10S62/924—Argon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/939—Partial feed stream expansion, air

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

Zp sob spo v v tom, e se vzduch stla uje a ist a pot rektifikuje za vzniku kapaliny bohat na kysl k. Kapalina bohat na argon a kysl k, kter je chud na dus k, se odd luje za vzniku proud kysl ku a argonu. P ry argonu se kondenzuj a dod vaj jako zp tn² tok do argonov kolony. Proud kapaliny obohacen kysl kem expanduje na tlak, p°i kter m kapalina bohat na kysl k m kondenza n teplotu par ist ho argonu nebo teplotu ni a pot se odpa°uje proti kondenzuj c m par m argonu. Odpa°en kapalina bohat na kysl k se potom zav d do dus kov stripovac kolony a zde se stripov n m odstra uje dus k za vzniku kapaliny argonu a kysl ku, kter se zav d do argonov kolony k d len na argon a kysl k. Dus kov stripovac kolona se reguluje na p°edem stanoven tlakov vstupn rozmez , p°i kter m kysl kem obohacen² proud vstupuj c do dus kov stripovac kolony m tlak, kter² nen vy ne tlak kapaliny obohacen kysl kem po jej expanzi. Argon se odv d z hlavy argonov kolony jako produkt o vysok istot .\

Description

Tento vynález se týká způsobu kryogenního dělení vzduchu k výrobě vysoce čistého argonu. Tento vynález se zvláště týká způsobu, při kterém se používá systém tří destilačních kolon, ve kterých se vyrábí argon v argonové koloně opatřené dostatečným počtem teoretických stupňů, k produkci vysoce čistého argonu jako připravované látky.
Dosavadní stav techniky
Obvykle se argon odděluje ze vzduchu v systému tří destilačních kolon, který sestává z vysokotlaké kolony, nízkotlaké kolony a argonové kolony. V takovém systému vysokotlaká kolona produkuje kapalinu bohatou na kyslík, nízkotlaká kolona dále rafinuje kapalinu bohatou na kyslík, za vzniku směsi obohacené argonem jako páry a argonová kolona rafinuje směs obohacenou argonem za vzniku surového argonu jako látky odváděné z horní části kolony. K dosažení zpětného toku pro argonovou kolonu se proud surového argonu kondenzuje v hlavovém kondenzátoru podchlazením a expandováním proudu kapaliny bohaté na kyslík z vysokotlaké kolony.
Surový argon obsahuje kyslík a dusík, které se musí odstraňovat za vzniku vysoce čistého argonu. Proto se zvyšuje kvalita surového argonu, obvykle katalytickým spalováním k odstranění kyslíku, s následující adsorpcí vedoucí k odstranění vzniklé vody a dále destilací k odstranění dusíku.
Teoreticky je možné zvýšit počet stupňů při dělení v argonové koloně, aby se usnadnilo oddělení argonu a kyslíku. Avšak přinejmenším v argonových kolonách používajících pater neboli v patrových kolonách to není praktické, protože pokles výsledného tlaku by byl nižší než kondenzační teplota surového argonu, a proto by se zvýšil stupeň expanze vyžadované pro kapalinu bohatou na kyslík tak, že kapalina obohacená kyslíkem by měla příliš nízký tlak k natékání do nízkotlaké kolony. Rozmezí provozního tlaku v nízkotlaké koloně se nemůže snížit, aby se přizpůsobilo tak vysoce expandované kapalině obohacené kyslíkem, protože dávkovaný surový argon teče z nízkotlaké kolony do argonové kolony za tlaku příslušejícího nízkotlaké koloně.
Podle dosavadního stavu techniky zařízení se třemi kolonami, které je navrženo s dostatečným počtem teoretických stupňů v argonové koloně k oddělení kyslíku od argonu v rozsahu katalytického spalování, není vyžadováno pro zvýšení jakosti surového argonu. Například toto se dá zjistit z patentu US 5 019 145, kde se používá 150 teoretických stupňů v argonové rektifikační koloně, využívající nízkého poklesu tlaku v náplni. Použití takové náplně zabraňuje nadměrnému poklesu tlaku, který by jinak nastal na deskách nebo patrech.
Patent US 5 133 790 představuje příklad kryogenního rektifikačního procesu a zařízení pro jeho provádění, kde se jak koncentrace kyslíku, tak koncentrace dusíku přímo snižují tak, že se může odvádět vyrobený argon o vysoké čistotě rovnou z argonové kolony bez následujícího katalytického a destilačního stupně. V tomto patentu se provozuje nízkotlaká kolona s dostatečným počtem teoretických stupňů (opatřených členěnou náplní) tak, že koncentrace dusíku v násadě do argonové kolony je menší než 50 ppm (dílů na milion). Protože se dávkuje málo dusíku do argonové kolony, bude nižší koncentrace dusíku v produkovaném argonu v argonové koloně. Za účelem odstranění kyslíku se argonová kolona může vybavit členěnou náplní k dosažení přibližně 150 teoretických pater, jak je uvedeno v patentu US 5 019 145, pro účinnost stupně oddělování kyslíku, vyžadovanou k výrobě vysoce čistého produkovaného argonu.
Patenty z dosavadního stavu techniky rozebrané výše, závisejí na použití náplně způsobující malé snížení tlaku v alespoň jedné argonové koloně, k zabránění nadměrného poklesu tlaku. Jak bude rozebráno dále, tento vynález skýtá způsob a zařízení pro výrobu vysoce čistého produkovaného argonu přímo žargonové kolony, která není závislá na členěné náplni pro možnost svého 5 provozu. Ve skutečnosti jak argonová kolona, tak nízkotlaká kolona mohou být obvykle opatřeny sítovými patry, náplní způsobující nízký pokles tlaku nebo jiným typem zařízení pro styk kapaliny s plynem nebo nějakou jejich kombinací.
Podstata vynálezu
Předmětem tohoto vynálezu je způsob kryogenního dělení vzduch za vzniku vysoce čistého argonu, skládající se z toho, že se vzduch stlačuje a čistí, po stlačení a čištění se vzduch ochladí na teplotu vhodnou ke své rektifikaci, rektifikuje se vzduch v rektifikační koloně tak, že vzniká v rektifikační koloně kapalina obohace20 ná kyslíkem ve vařáku a složka bohatá na dusík v horní části kolony, kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, se dělí v argonové koloně za vzniku kapalného kyslíku ve vařáku a par vysoce čistého argonu v horní části kolony, proud argonu, sestávající z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, se odvádí z argonové kolony, proud argonu kondenzuje nepřímo výměnou tepla a tento proud argonu, poté co byl kondenzován, se zavádí zpět do argonové kolony jako zpětný tok, proud obohacený kyslíkem, sestávající z kapaliny obohacené kyslíkem z vařáku kolony, se 30 odvádí z rektifikační kolony, proud obohacený kyslíkem expanduje na tlak, při kterém kapalina bohatá na kyslík má teplotu, která není vyšší než kondenzační teplota par vysoce čistého argonu z horní části kolony, alespoň částečně se odpaří proud obohacený kyslíkem při současné kondenzaci proudu argonu v nepřímém výměníku tepla a proud produktu, sestávající z par argonu z horní části kolony, se odvádí z argonové kolony, jehož podstata spočívá v tom, že se proud obohacený kyslíkem zavádí, poté co se alespoň částečně odpařil, do dusíkové stripovací 40 kolony, stripovací dusík z proudu obohaceného kyslíkem se zavádí do dusíkové stripovací kolony se stripovacím plynem obsahujícím odpařenou směs argonu a kyslíku žargonové kolony tak, že se vyrábí kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, jako kapalina 45 s obsahem argonu a kyslíku z vařáku kolony, proud argonu a kyslíku, sestávající z kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku z vařáku kolony, se odvádí z dusíkové stripovací kolony a zavádí do argonové kolony, k dělení kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku a reguluje se dusíková stripovací kolona k provozu při předem stanoveném tlakovém rozmezí tak, že vstupní úroveň tlaku proudu obohaceného kyslíkem má hodnotu, která není vyšší než je úroveň tlaku proudu obohaceného kyslíkem po expanzi.
-2CZ 290948 B6
Podle výhodného provedení tohoto vynálezu složka bohatá na dusík z horní části rektifikační kolony se kondenzuje při současném odpaření par kapalného kyslíku z vařáku kolony, obsaženého v argonové koloně za vzniku kapalného dusíku, kapalný dusík se částečně vrací do rektifikační kolony jako zpětný tok kapalného dusíku a také tvoří proud zpětného toku, který se zavádí do dusíkové stripovací kolony jako zpětný tok.
Podle jiného výhodného provedení tohoto vynálezu proud produkovaného dusíku a proud odpadního dusíku se odvádějí z dusíkové stripovací kolony, proud produkovaného kyslíku se odvádí z argonové kolony, proud zpětného toku a proud obohacený kyslíkem se chladí na nízkou teplotu nepřímou výměnou tepla s proudem produkovaného dusíku a proudem odpadního dusíku, které se v důsledku toho částečně ohřívají a proud produkovaného kyslíku, proud produkovaného dusíku a proud odpadního dusíku se postupně zcela zahřejí nepřímou výměnou tepla s proudem zpětného toku a proudem obohaceného kyslíku.
Konečně podle ještě jiného výhodného provedení tohoto vynálezu se vzduch chladí jako proud vzduchu a udržuje se tepelná rovnováha odváděním vedlejšího proudu vzduchu z proudu vzduchu, poté co byl vzduch částečně ochlazen, tento vedlejší proud vzduchu se expanduje za vykonání práce a celý vedlejší proud vzduchu nebo jeho část se zavádí do dusíkové stripovací kolony.
Dále se popisuje předmětný vynález podrobněji a v širších souvislostech.
V souladu s tímto vynálezem způsob kryogenního dělení vzduchu poskytuje vysoce čistý argon. Při tomto způsobu se vzduch stlačuje a čistí. Po svém stlačení a vyčištění se vzduch rektifikuje v rektifikační koloně tak, že se ve vařáku rektifikační kolony produkuje kapalina bohatá na kyslík a také získává složka bohatá na dusík z horní části kolony. Kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, se dělí v argonové koloně na kapalný kyslík z vařáku a páry vysoce čistého argonu z horní části kolony. Proud argonu, sestávající z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, se odvádí z argonové kolony. Proud argonu se potom kondenzuje nepřímou výměnou tepla a poté co se zkondenzoval, zavádí se zpět do argonové kolony jako zpětný tok.
Proud obohacený kyslíkem, sestávající z kapaliny obohacené kyslíkem z vařáku, se odvádí z rektifikační kolony a expanduje na tlak, při kterém proud obohacený kyslíkem má sníženou teplotu, která není vyšší než kondenzační teplota vysoce čistého argonu z horní části kolony. Proud obohacený kyslíkem se potom přinejmenším zčásti odpařuje, při současné kondenzaci proudu argonových par v nepřímém výměníku tepla. Potom se proud obohacený kyslíkem zavádí do dusíkové stripovací kolony, poté co se alespoň částečně odpařil, v místě svého vstupu, kde je koncentrace srovnatelná s koncentrací proudu obohaceného kyslíkem. Dusík se stripuje z proudu obohaceného kyslíkem, který se zavádí do dusíkové stripovací kolony se stripovacím plynem tak, že kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, se produkuje z vařáku kolony jako kapalina sestávající žargonu a kyslíku. Proud argonu a kyslíku, tvořený kapalinou sestávající z argonu a kyslíku z vařáku se odvádí z dusíkové stripovací kolony a potom zavádí do argonové kolony, k oddělení kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku.
Tento vynález se provádí na zařízení k dělení vzduchu pro výrobu vysoce čistého argonu. Toto zařízení sestává z přístroje pro stlačování (kompresního přístroje), kterým se stlačuje vzduch a čistícího přístroje, připojeného k přístroji pro stlačování, který je uzpůsoben pro čištění
-3CZ 290948 B6 vzduchu. Chladicí přístroj je připojen k čisticímu přístroji a slouží k chlazení vzduchu na teplotu vhodnou pro rektifikaci vzduchu.
Systém destilačních kolon zahrnuje rektifikační kolonu, argonovou kolonu a dusíkovou stripo5 vací kolonu. Rektifikační kolona je připojena k chladicímu přístroji a je upravena k rektifikaci vzduchu na kapalinu bohatou na kyslík z vařáku a na páry bohaté na dusík z horní části kolony. Argonová kolona je určena k dělení kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, na kapalný kyslík z vařáku kolony a páry vysoce čistého argonu z horní části kolony. Expanzní ventil je připojen k rektifikační koloně a je určen k expandování proudu obohaceného 10 kyslíkem, který sestává z kapaliny bohaté na kyslík z vařáku kolony, na tlak, při kterém proud obohacený kyslíkem má sníženou teplotu, která není vyšší než kondenzační teplota par vysoce čistého argonu z horní části kolony. Hlavový kondenzátor je připojen k argonové koloně a expanznímu ventilu. Hlavový kondenzátor je určen ke kondenzaci proudu argonu, který sestává z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, při současném alespoň částečném odpaření 15 proudu obohaceného kyslíkem a k návratu kondenzovaného proudu argonových par, poté co byl kondenzován jako zpětný tok pro argonovou kolonu. Dusíková stripovací kolona je určena pro stripování dusíku z kapaliny bohaté na kyslík stripovacím plynem tak, že kapalina sestávající z argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, vzniká uvnitř vařáku kolony.
Dusíková stripovací kolona je připojena k hlavovému kondenzátoru tak, že proud obohacený kyslíkem, poté co se částečně odpařil, natéká do dusíkové stripovací kolony ve vstupním místě, které má koncentraci srovnatelnou s proudem obohaceným kyslíkem. Prostředek pro připojení dusíkové stripovací kolony k argonové koloně je proveden tak, že kapalina obsahující směs argonu a kyslíku natéká do argonové kolony. Regulační přístroj je připojen k dusíkové stripovací 25 koloně a slouží k regulaci rozmezí provozního tlaku dusíkové stripovací kolony tak, že vstupní úroveň kapaliny bohaté na kyslík má tlakovou hladinu, která není vyšší než jaký je tlak proudu obohaceného kyslíkem poté co expandoval. Prostředek je připojen k argonové koloně pro výrobu produkovaného proudu, který sestává z par vysoce čistého argonu z horní části kolony (může jít o kapalinu z hlavového kondenzátoru argonové kolony nebo proud par přímo z argonové 30 kolony).
Zařízení k provádění způsobu podle tohoto vynálezu zahrnuje kompresní přístroj pro stlačování vzduchu, čisticí přístroj připojený ke kompresnímu přístroji pro čištění vzduchu, chladicí přístroj připojený k čistícímu přístroji pro chlazení vzduchu na teplotu vhodnou pro rektifikaci a systém destilačních kolon, který má rektifikační kolonu připojenou k chladicímu přístroji a určenou k rektifikaci vzduchu tak, že se v ní vyrábí kapalina obohacená kyslíkem z vařáku kolony a složka bohatá na dusík z horní části 45 kolony, argonovou kolonu určenou k dělení kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku chudou na dusík, na kapalný kyslík z vařáku kolony a páry vysoce čistého argonu z horní části kolony, expanzní ventil připojený k rektifikační koloně a určený k expandování proudu obohaceného kyslíkem, který sestává z kapaliny bohaté na kyslík z vařáku kolony, na tlak, při kterém proud obohacený kyslíkem má sníženou teplotu, která není vyšší než kondenzační teplota par vysoce čistého argonu z horní části kolony,
-4CZ 290948 B6 hlavový kondenzátor připojený k argonové koloně a expanznímu ventilu, přičemž hlavový kondenzátor je určen ke kondenzaci proudu argonu, který sestává z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, při alespoň částečném odpařování proudu obohaceného kyslíkem a k přivádění zpět proudu argonu, poté co byl kondenzován, do argonové kolony jako zpětný tok a přístroj připojený k argonové koloně pro vytvoření proudu produktu sestávajícího z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, přičemž podstata řešení spočívá v tom, že zařízení obsahuje dusíkovou stripovací kolonu určenou ke stripování dusíku z proudu obohaceného kyslíkem, stripovacím plynem tak, že se v ní tvoří kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, ve vařáku kolony, dusíkovou stripovací kolonu připojenou k hlavovému kondenzátorů tak, že proud obohacený kyslíkem, poté co byl alespoň částečně odpařen, přitéká do dusíkové stripovací kolony v místě vstupu, kde má koncentraci srovnatelnou s proudem obohaceným kyslíkem, prostředek pro připojení dusíkové stripovací kolony k argonové koloně tak, že proud obsahující směs argonu a kyslíku, tvořený kapalinou obsahující směs argonu a kyslíku, přitéká do argonové kolony a redukční zařízení připojené k dusíkové stripovací koloně, k regulaci rozmezí provozního tlaku dusíkové stripovací kolony tak, že vstupní úroveň proudu obohaceného kyslíkem je na úrovni tlaku, která není větší než tlak proudu obohaceného kyslíkem poté co byl expandován.
Jak již bylo uvedeno, kolony mohou používat náplň, sítové patro nebo jiný prvek umožňující přenos hmoty mezi kapalinou a plynem. Tento vynález používá dusíkovou stripovací kolonu provozovanou v úrovni nízkotlaké kolony, která není připojena k argonové koloně způsobem uvažovaným v dosavadním stavu techniky. Podle dosavadního stavu techniky se argonová kolona musí provozovat nad tlakovým rozmezím, které je menší než pokles tlaku obohaceného argonu z nízkotlaké kolony. Protože podle zde navrženého řešení se dávkuje do argonové kolony kapalina, rozmezí provozního tlaku dusíkové stripovací kolony může odpovídat tlaku v místě dávkování do argonové kolony nebo může být menší než tento tlak, přičemž tlaková výška dávkované látky se může zvýšit buď čerpáním, nebo mnohem jednodušeji nastavením dusíkové stripovací kolony na dostatečně vysokou úroveň nad místem vstupu dávkované násady do argonové kolony. Mělo by se poznamenat, že za účelem zvýšení tlaku par se páry stlačují. To se normálně neprovádí s párou obsahující kyslík, stejně jako parami obohacenými argonem, a to pro náklady na takové kompresory, stejně jako nebezpečí tkvící v jejich použití.
Protože dusíková stripovací kolona se může upravit k provozu nad nižším tlakovým rozmezím než jaké má argonová kolona, argonová kolona může mít dostatečný počet teoretických stupňů k účinnému oddělování kyslíku z násady bez použití členěné náplně. Kromě toho protože se dusík stripuje z kapaliny obohacené kyslíkem v dusíkové stripovací koloně, kapalina dávkovaná do argonové kolony bude produkovat velmi nízké koncentrace dusíku. Proto se žargonové kolony může přímo odebírat vysoce čistý produkovaný argon.
Mělo by se zdůraznit, že výraz „kolona“, jak se zde a v patentových nárocích používá, znamená kolonu, ve které stoupající proud pátý se dostává do blízkého styku, z hlediska vztahu k přenosu tepla a hmoty, s proudem klesající kapaliny pomocí obvyklých prvků pro přenos hmoty, jako prvků tvořených patry, deskami nebo náplní, s nahodilou nebo členěnou náplní, a libovolných jejich kombinací, nebo jiných typů zařízení pro přenos hmoty mezi kapalinou a plynem. Kromě toho vysoce čistý produkovaný argon, jak se zde a v patentových nárocích používá, je produkt obsahující objemově méně než přibližně 1000 ppm kyslíku a méně než přibližně 1000 ppm dusíku. Jak bude rozebráno a ukázáno dále, tento vynález je schopen vést k výrobě vysoce
-5CZ 290948 B6 čistého produkovaného argonu, který má také nižší koncentrace kyslíku a dusíku, jež jsou obsaženy jako nečistoty. Výraz „chudý na dusík“, jak se zde a v patentových nárocích používá, znamená, že objemová koncentrace je menší než přibližně 30 ppm.
Přehled obrázku na výkrese
I když popis a patentové nároky zřetelně ukazují předmět vynálezu, přihlašovatel s ohledem na svůj vynález věří, že se vynálezu lépe porozumí v souvislosti s připojeným výkresem, na kterém je schéma zařízení pro kryogenní dělení vzduchu a způsob jeho provedení podle tohoto vynálezu.
Podrobný popis
Podle připojeného obrázku se vzduch stlačuje v kompresoru 10 a poté se čistí v čisticí jednotce 12, k odstranění oxidu uhličitého, vlhkosti a uhlovodíků ze vzduchu. Čisticí jednotka 12 může být tvořena ložem z oxidu hlinitého (aluminy) nebo zeolitového molekulového síta, které se odstavuje z provozní fáze tak, že zatímco se používá jedno lože, druhé lože se regeneruje. Poté je zařazen chladič 14 k odstraňování tepla vzniklého stlačováním. V chladiči 14 se může používat voda nebo chlorované a/nebo fluorované uhlovodíky jako chladicí kapalina, k odebírání tepla ze stlačeného a vyčištěného proudu vzduchu. Potom se vzduch chladí na teplotu vhodnou k rektiflkaci, obvykle odpovídající teplotě rosného bodu nebo na teplotu tomu blízkou, pomocí hlavního výměníku 16 tepla deskové nebo žebrové konstrukce, který má první, druhý, třetí a čtvrtý průchod, označený vztahovými značkami 18, 20, 22 a 24. Vzduch prochází průchodem 18 a potom se zavádí do vařáku rektifikační kolony 26. V rektifikační koloně se tvoří páry bohaté na dusík u hlavy rektifikační kolony 26 (označeno vztahovou značkou 27) a kapalina obohacená kyslíkem z vařáku kolony, vznikající v tomto vařáku (označeno vztahovou značkou 28). Páry bohaté na dusík z horní části kolony se po kondenzaci částečně zavádějí do hlavy 27 rektifikační kolony 26 jako zpětný tok a tak tvoří proud 32.
Proud 34 kapaliny obohacené kyslíkem se odvádí z vařáku rektifikační kolony 26 a poté podchlazuje v nízkoteplotním chladiči 39, který je obvyklé konstrukce, opat deskového nebo žebrového typu. Prou 34 kapaliny obohacené kyslíkem se potom dělí na první parciální proud 36 a druhý parciální proud 38. Pokud se nyní věnujeme druhému parciálnímu proudu 38, ten se dávkuje do dusíkové stripovací kolony 42 v místě, kde je koncentrace porovnatelná s koncentrací druhého parciálního proudu 38. Je zapotřebí poznamenat, že druhý parciální proud se může expandovat na nižší tlak nebo jako je ilustrováno, a jednoduše nechat prudce vtékat do dusíkové stripovací kolony 42. I když to není ilustrováno, v případě náplňové kolony by se mohl použít mžikový separátor k zavádění jak plynné, tak kapalné složky do kolony. V dusíkové stripovací koloně 42 se kapalina obohacená kyslíkem poté stripuje stripovacím plynem (který bude také popsán dále) na kapalinu obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, ve vařáku 44 dusíkové stripovací kolony 42. Vysoce čistý dusík z horní části kolony se tvoří v hlavě dusíkové stripovací kolony 42, která je označena vztahovou značkou 46.
Kapalina obsahující směs argonu a kyslíku se potom dávkuje jako proud 48 do argonové kolony 50. Kapalina sestávající z argonu a kyslíku takto zavedená do argonové kolony 50 se částečně odpařuje a také dělí tak, že kapalný kyslík se zachycuje ve vařáku argonové kolony 50, označeném vztahovou značkou 52, a vysoce čistý argon se jímá na hlavě argonové kolony 50, označené vztahovou značkou 54. Odpařená směs argonu a kyslíku se potom zavádí do vařáku 44 dusíkové stripovací kolony 42 jako proud 56 par argonu a kyslíku, který slouží jako stripovací plyn. Kyslík zachycený ve vařáku 52 (vařáku kolony) se odpařuje při současné kondenzaci dusíku v kondenzačním zahřívači 58. Odpařování kyslíku vyvolává vznik stoupajícího proudu par. Tento proud par se postupně ochuzuje o kyslík, až vzniknou páry vysoce čistého argonu na hlavě 54 argonové kolony 50.
-6CZ 290948 B6
Argonové páry z horní části kolony se kondenzují a znovu zavádějí na hlavu 54 argonové kolony 50 jako zpětný tok, čímž způsobují vznik klesajícího kapalného proudu postupně se ochuzujícího o argon, jak klesá v argonové koloně 50. Toho se dosahuje při použití hlavového kondenzátoru 59, opět obvyklé konstrukce, a připojeného k argonové koloně 50 tak, že proud 60 par argonu odváděný z argonové kolony 50 se kondenzuje a vrací jako proud 62 kondenzovaného kapalného argonu zpátky do argonové kolony 50 ve formě zpětného toku.
Taková kondenzace nastává v hlavovém kondenzátoru 59 nepřímou výměnou tepla s prvním parciálním proudem 36, který se před vstupem do hlavového kondenzátoru 59 nechá expandovat expanzním ventilem 64 na tlak, při kterém kapalina obohacená kyslíkem, která je obsažena v prvním parciálním proudu 36, je při teplotě nebo pod kondenzační teplotou argonových par z horní části kolony, obsažených v proudu 60 par argonu. První parciální proud 36 se odpařuje v hlavovém kondenzátoru 59 při současné kondenzaci argonových par a potom se zavádí do příslušného místa dusíkové stripovací kolony 42, to znamená, do místa, ve kterém koncentrace kyslíku, dusíku a argonu je kompatibilní se vstupem prvního parciálního proudu 36. Je třeba rozumět, že v závislosti na požadovaném způsobu, prvním parciálním proudem 36 může být pouze proud obohacený kyslíkem odváděný z rektifikační kolony 26 a dále, že první parciální proud 36 při možném způsobu podle tohoto vynálezu se může pouze částečně odpařovat.
Za účelem přivádění prvního parciálního proudu 36 a druhého parciálního proudu 38 do dusíkové stripovací kolony 42 místa vstupu, označená vztahovými značkami 64 a 66, takových parciálních proudů do dusíkové stripovací kolony 42 musí mít tlaky, které nejsou větší než tlak prvního parciálního proudu 36 a druhého parciálního proudu 38 právě před jejich vstupem. Při výhodném způsobu provádění takového řízení rozmezí provozního tlaku dusíkové stripovací kolony 42 se řídí neboli reguluje tlak proudu 56 par argonu a kyslíku, který slouží jako stripovací plyn, na svém vstupu do vařáku 44 dusíkové stripovací kolony 42. Taková regulace tlaku se provádí za použití tlakového regulačního ventilu 68, který reguluje tlak proudu 56 par argonu a kyslíku, a tím rozmezí provozního tlaku v dusíkové stripovací koloně 42.
V praxi při většině možných provedení tohoto vynálezu se dusíková stripovací kolona 42 bude provozovat v nižším tlakovém rozmezí, než které je v argonové koloně 50. Tím má být vyjádřeno, že nižší tlakové rozmezí dusíkové stripovací kolony 42 znamená, že nejvyšší tlak dusíkové stripovací kolony je nižší než nejvyšší tlak, udržovaný v argonové koloně 50. Jako další znak se uvádí, že při takových možných provedeních argonová kolona 50 se bude obvykle provozovat při nižším tlakovém rozmezí než jaké je v rektifikační koloně 26, přičemž tlaková rozmezí v dusíkové stripovací koloně 42 a argonové koloně 50. Podle tohoto vynálezu se upravuje tlaková výška proudu 48 kapaliny sestávajícího z argonu a kyslíku, k vytvoření toku do argonové kolony 50. To se výhodně dosahuje jednoduchým zvýšením místa na dusíkové stripovací koloně 42 tak, že tíže skýtá požadovanou tlakovou výšku. Proud 48 sestávající žargonu a kyslíku se může dodávat se zvýšenou tlakovou výškou čerpáním proudu sestávajícího z argonu a kyslíku do argonové kolony 50.
Proud produkovaného argonu, sestávající z par vysoce čistého argonu z horní části kolony se odvádí jako proud 70 kapaliny z hlavového kondenzátoru 59. V tomto ohledu výraz „proud kapaliny sestávající z par vysoce čistého argonu“ znamená zde v popisu a patentových nárocích, že produkovaným proudem může být buď kondenzát kapalného argonu nebo páry přímo odváděné z hlavy argonové kolony 50 nebo jejich libovolné kombinace. Proud 72 produkovaného kyslíku původně sestávající z par kyslíku odváděných z argonové kolony 50 se může také vyrábět a odvádět průchodem 24 hlavního výměníku tepla 16, aby pomáhal při chlazení vstupujícího vzduchu. Z tohoto hlediska vysoce čistý kyslík může mít čistotu okolo 99,5 % nebo vyšší. Je třeba vzít v úvahu, že vysoce čistý produkovaný argon se může vyrábět podle tohoto vynálezu při současné výrobě kyslíku s nižší úrovní nečistot. Proud produkovaného dusíku 74 se může odvádět z hlavy 46 dusíkové stripovací kolony 42, stejně jako proud 76 odpadního dusíku (odváděný pod hlavou 46 dusíkové stripovací kolony 42). Proud 74 produkovaného dusíku a proud 76 odpadního dusíku se vedou nízkoteplotním chladičem 39 a do nepřímého výměníku
-7CZ 290948 B6 tepla s proudem 34 kapaliny obohacené kyslíkem a proudem 32 bohatým na dusík kjejich podchlazení. Potom se proud 74 produkovaného dusíku a proud 76 odpadního dusíku vedou průchodem 20 a průchodem 22 hlavního výměníku tepla 16 a poté odvádějí mimo zařízení k dělení vzduchu, jako proud produktu a odpadní proud.
K dosažení tepelné rovnováhy ilustrovaného způsobu dělení vzduchu a navrženého zařízení se částečně ochlazený vedlejší proud 78 („částečně ochlazený“, protože takový proud se přivádí mezi studený a teplý konec hlavního výměníku 16 tepla) se odvádí do turboexpandéru 80. Vystupující vzduch z turboexpandéru 80 se potom zavádí do příslušného místa dusíkové ío stripovací kolony 42. Jak může být zřejmé, výstup se částečně může zavádět do dusíkové stripovací kolony 42.
Jak již bylo uvedeno, libovolná z kolon ilustrovaných na obrázku může obsahovat buď patra, nebo náplň nebo jejich kombinace. Při ilustrovaném provedení je rektifíkační kolona 26 opatřena 15 patry a dusíková stripovací kolona 42 a argonová kolona 50 jsou opatřeny členěnou náplní. Bez ohledu na použité prvky k přenosu hmoty se může v ilustrovaném zařízení vyrábět kyslík a argon jako produkty. Je zapotřebí poznamenat, že při způsobu dělení vzduchu a na zařízení podle tohoto vynálezu vystupující vzduch z turboexpandéru 80 se může vracet zpět do hlavního výměníku tepla 16 a předávat chlad snížením enthalpie vstupujícího vzduchu. Mělo by se také 20 vzít v úvahu, že členěná náplň má vzdálenost výhodnou k poskytnutí nižší tlakové ztráty než patra nebo patrová kolona a tak snižuje provozní náklady.
Příklady provedení vynálezu
Dále uvedené dva příklady (označené jako příklad 1 a příklad 2) jsou počítačovou stimulací provozního zařízení, a ukazující účinnost použití buď Členěné náplně, nebo sítových pater jak v dusíkové stripovací koloně 42, tak v argonové koloně 50. V příkladu 1 rektifíkační kolona 26 používá 40 pater provozovaných při účinnosti přibližně 100 % a tlakové ztrátě přibližně 275 Pa 30 na patro. Členěná náplň, například 700Y, vyráběná firmou Sulzer Brothers Limited, Winterthur,
Švýcarsko, se používá jak v dusíkové stripovací koloně 42, tak v argonové koloně 50. V příkladu 2 rektifíkační kolona 26 používá 50 pater provozovaných při účinnosti přibližně 100 % a tlakové ztrátě přibližně 275 Pa na patro. Patra se používají jak v dusíkové stripovací koloně 42, tak v argonové koloně 50. Taková patra mají účinnost okolo 70 % a tlakovou ztrátu zhruba 275 Pa na 35 patro.
Příklad 1: Tabulka toků, teplot, tlaků a složení
Proud Průtok kg.mol/h Teplota K Tlak kPa %n2 %Ar %O2
72 před hlavním výměníkem 16 tepla 105 92,98 135 0 0,27 99,73
70 4 89,09 123 0,1 ppm 99,9992 8,3 ppm
48 241,5 92,4 134,2 5 ppb 7,9 92,1
56 před ventilem 68 132,5 92,4 134,2 5,5 ppb 11,2 88,8
56 za ventilem 68 132,5 92,4 133,5 5,5 ppb 11,2 88,8
32 (po podchlazení) 208,4 81 525 99,97 0,03 1 ppm
74 na hlavě dusíkové stripovací kolony 42 260,5 79,5 130 99,985 0,015 0,3 ppm
34 (po podchlazení) 241,6 96 536 59,26 1,71 39,03
38 99,5 96 536 59,26 1,71 39,03
36 po odpaření 142,1 87,03 135 59,26 1,71 39,03
76 na hlavě dusíkové stripovací kolony 42 130,5 79,55 130,3 99,7 0,3 19 ppm
-8CZ 290948 B6
Příklad 1 - pokračování
Proud Průtok kg.mol/h Teplota K Tlak kPa %n2 %Ar %O2
10 před stlačením 500 298 100 78,113 0,931 20,956
10 po stlačení 500 293 580 78,113 0,931 20,956
78 po expanzi 50 100,84 135 78,113 0,931 20,956
74 po průchodu hlavním výměníkem 38 tepla 260,5 97,51 120 99,985 0,015 0,3 ppm
74 po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 260,5 291,37 110 99,985 0,015 0,3 ppm
76 po průchodu hlavním výměníkem 38 tepla 130,5 97,51 120 99,7 0,3 19 ppm
76 po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 130,5 291,37 110 99,7 0,3 19 ppm
72 po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 104,54 291,37 125 0 0,27 99,73
V příkladu uvedeném výše, dusíková stripovací kolona 42 má přibližně 60 teoretických stupňů 5 (pater). Proud 76 odpadního dusíku se odebírá na teoretickém stupni 6 a vede nejprve nízkoteplotním výměníkem 39 tepla a poté hlavním výměníkem 16 tepla. Proud 76 odpadního dusíku se může vypouštět jako odpad nebo použít k regeneraci v čisticí jednotce 12. Proud 74 odpadního dusíku se odebírá z teoretického stupně 1 a vede nejprve nízkoteplotním výměníkem 39 tepla a poté hlavním výměníkem 16 tepla. Proud 74 odpadního dusíku se může vypouštět jako 10 odpad nebo považovat za produkt nebo libovolně dělit mezi tyto možnosti. Proud 34 kapaliny obohacené kyslíkem (po nízkoteplotním ochlazení) se dělí na první parciální proud 34 a druhý parciální proud 38. Druhý parciální proud 38 prudce vtéká do dusíkové stripovací kolony 42 v teoretickém stupni 26. První parciální proud 36 se expanduje expanzním ventilem 64 a odpařuje v hlavovém kondenzátoru 59 argonové kolony 50. První parciální proud 36 se po odpaření 15 dávkuje do dusíkové stripovací kolony 42 v teoretickém stupni 30. Argonová kolona 50 má přibližně 220 teoretických stupňů, z nichž je 195 rektifíkačních a 25 stripovacích. Proud 48 se odebírá z vařáku dusíkové stripovací kolony 42 a dávkuje na teoretický stupeň 195 argonové kolony 50. Proud 56 par argonu a kyslíku se odebírá žargonové kolony 50, snižuje se tlak tlakovým regulačním ventilem 68 a dávkuje se do vařáku dusíkové stripovací kolony 42. 20 Produkovaný argon se jak uvedeno vyrábí v množství 4 kmol/h a obsahuje dusík v koncentrací 0,1 ppm a kyslík v koncentrací 8,3 ppm, přičemž zbytek tvoří argon.
Příklad 2: Tabulka toků, teplot, tlaků a složení
Proud Průtok kg.mol/h Teplota K Tlak kPa %n2 %Ar %O2
72 před hlavním výměníkem 16 tepla 105 97,6 208 0,5 0,5 99,5
70 3,3 88,4 115 0,3 ppm 99,999 9,3 ppm
48 222,15 94 156 10 ppb 7,6 92,4
56 před ventilem 68 113,35 96 188 12 ppb 11,6 88,4
56 za ventilem 68 113,35 94 156 12 ppb 11,6 88,4
32 (po podchlazení) 197,7 81 734 99,94 0,06 1 ppm
74 na hlavě dusíkové stripovací kolony 42 261,5 79,5 130 99,97 0,03 1,3 ppm
34 (po podchlazení) 252,3 101 745 61,01 1,62 37,37
38 99,5 101 745 61,01 1,62 37,37
36 po odpaření 142,1 87,35 143 61,01 1,62 37,37
76 na hlavě dusíkové stripovací kolony 42 130 79,73 132 99,35 0,62 270 ppm
-9CZ 290948 B6
Příklad 2 - pokračování
Proud Průtok kg.mol/h Teplota K Tlak kPa %n2 %Ar %O2
10 před stlačením 500 298 100 78,113 0,931 20,956
10 po stlačení 500 293 790 78,113 0,931 20,956
78 po expanzi 50 123,9 143 78,113 0,931 20,956
74 po průchodu hlavním výměníkem 38 tepla 261,5 101,4 120 99,97 0,03 1,3 ppm
74 po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 261,5 289,6 110 99,97 0,03 1,3 ppm
76 po průchodu hlavním výměníkem 38 tepla 130 101,4 120 99,35 0,62 270 ppm
76 po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 130 289,6 110 99,35 0,62 270 ppm
u po průchodu hlavním výměníkem 16 tepla 105,5 289,6 197,6 0 0,5 99,5
V příkladu 2 uvedeném výše, má dusíková stripovací kolona 42 přibližně 65 teoretických stupňů.
Proud 76 odpadního dusíku se odebírá z teoretického stupně 6 a vede nejprve nízkoteplotním výměníkem 39 tepla a poté hlavním výměníkem 16 tepla. Proud 76 odpadního dusíku se může vypouštět jako odpad nebo použít k regeneraci v čisticí jednotce 12. Proud 74 odpadního dusíku se odvádí z teoretického stupně 1 a vede nejprve nízkoteplotním výměníkem 39 tepla a poté hlavním výměníkem 16 tepla. Proud 74 odpadního dusíku se může vypouštět jako odpad nebo 10 považovat za produkt nebo libovolně dělit mezi tyto možnosti. Proud 34 kapaliny obohacené kyslíkem (po nízkoteplotním ochlazení) se dělí na první parciální proud 34 a druhý parciální proud 38. Druhý parciální proud 38 se rychle přivádí do dusíkové stripovací kolony 42 v teoretickém stupni 20. První parciální proud 36 se expanduje expanzním ventilem 64 a odpařuje v hlavovém kondenzátoru 59 argonové kolony 50. První parciální proud 36 se po odpaření 15 dávkuje do dusíkové stripovací kolony 42 na teoretický stupeň 30. Argonová kolona 50 má přibližně 220 teoretických stupňů, z nichž je 185 rektifikačních a 35 stripovacích. Proud 48 se odebírá z vařáku dusíkové stripovací kolony 42 a dávkuje na teoretický stupeň 185 argonové kolony 50. Proud 56 par argonu a kyslíku se odebírá z vařáku argonové kolony 50. Produkovaný argon jak uvedeno se vyrábí v množství 3,3 kmol/h a obsahuje dusík v koncentrací 0,3 ppm 20 a kyslík v koncentrací 9,3 ppm, přičemž zbytek tvoří argon.
I když vynález byl popsán v souvislosti s výhodným provedením, jak bude zřejmé odborníkovi v oboru, může se provést řada přídavných opatření, změn nebo vynechání části postupu, aniž by se vybočilo ze smyslu a rozsahu tohoto vynálezu.

Claims (4)

1. Způsob kryogenního dělení vzduchu za vzniku vysoce čistého argonu, skládající se z toho, že se vzduch stlačuje a čistí, po stlačení a čištění se vzduch ochladí na teplotu vhodnou ke své rektifikaci, rektifikuje se vzduch v rektifikační koloně tak, že vzniká v rektifikační koloně kapalina obohacená kyslíkem ve vařáku a složka bohatá na dusík v horní části kolony, kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, se dělí v argonové koloně za vzniku kapalného kyslíku ve vařáku a par vysoce čistého argonu v horní části kolony, proud argonu, sestávající z par vysoce čistého argonu z horní části kolony, se odvádí z argonové kolony, proud argonu kondenzuje nepřímo výměnou tepla a tento proud argonu, poté co byl zkondenzován, se zavádí zpět do argonové kolony jako zpětný tok, proud obohacený kyslíkem, sestávající z kapaliny obohacené kyslíkem z vařáku kolony, se odvádí z rektifikační kolony, proud obohacený kyslíkem expanduje na tlak, při kterém kapalina bohatá na kyslík má teplotu, která není vyšší než kondenzační teplota par vysoce čistého argonu z horní části kolony, alespoň částečně se odpaří proud obohacený kyslíkem při současné kondenzaci proudu argonu v nepřímém výměníku tepla a proud produktu, sestávající z par argonu z horní části kolony, se odvádí žargonové kolony, vyznačující se tím, že se proud obohacený kyslíkem zavádí, poté co se alespoň částečně odpařil, do dusíkové stripovací kolony, stripovací dusík z proudu obohaceného kyslíkem se zavádí do dusíkové stripovací kolony se stripovacím plynem obsahujícím odpařenou směs argonu a kyslíku z argonové kolony tak, že se vyrábí kapalina obsahující směs argonu a kyslíku, která je chudá na dusík, jako kapalina s obsahem argonu a kyslíku z vařáku kolony, proud argonu a kyslíku, sestávající z kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku z vařáku kolony, se odvádí z dusíkové stripovací kolony a zavádí do argonové kolony, k dělení kapaliny obsahující směs argonu a kyslíku a reguluje se dusíková stripovací kolona k provozu při předem stanoveném tlakovém rozmezí tak, že vstupní úroveň tlaku proudu obohaceného kyslíkem má hodnotu, která není vyšší než je úroveň tlaku proudu obohaceného kyslíkem po expanzi.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že složka bohatá na dusík z horní části rektifikační kolony se kondenzuje při současném odpaření par kapalného kyslíku z vařáku kolony, obsaženého v argonové koloně za vzniku kapalného dusíku, kapalný dusík se částečně vrací do rektifikační kolony jako zpětný tok kapalného dusíku a také tvoří proud zpětného toku, který se zavádí do dusíkové stripovací kolony jako zpětný tok.
- 11 CZ 290948 B6
3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že proud produkovaného dusíku a proud odpadního dusíku se odvádějí z dusíkové stripovací kolony, proud produkovaného kyslíku se odvádí z argonové kolony, proud zpětného toku a proud obohacený kyslíkem se chladí na nízkou teplotu nepřímou výměnou tepla s proudem produkovaného dusíku a proudem odpadního dusíku, které se v důsledku toho částečně ohřívají a proud produkovaného kyslíku, proud produkovaného dusíku a proud odpadního dusíku se postupně zcela zahřejí nepřímou výměnou tepla s proudem zpětného toku a proudem obohaceného kyslíku.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se vzduch chladí jako proud vzduchu a udržuje se tepelná rovnováha odváděním vedlejšího proudu vzduchu z proudu vzduchu, poté co byl vzduch částečně ochlazen, tento vedlejší proud vzduchu expanduje za vykonání práce a celý vedlejší proud vzduchu nebo jeho část se zavádí do dusíkové stripovací kolony.
CZ19932789A 1992-12-16 1993-12-16 Způsob kryogenního dělení vzduchu CZ290948B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/991,663 US5311744A (en) 1992-12-16 1992-12-16 Cryogenic air separation process and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ278993A3 CZ278993A3 (en) 1994-12-15
CZ290948B6 true CZ290948B6 (cs) 2002-11-13

Family

ID=25537432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ19932789A CZ290948B6 (cs) 1992-12-16 1993-12-16 Způsob kryogenního dělení vzduchu

Country Status (18)

Country Link
US (1) US5311744A (cs)
EP (1) EP0604102B1 (cs)
JP (1) JPH06221753A (cs)
KR (1) KR970004729B1 (cs)
AU (1) AU666407B2 (cs)
CA (1) CA2108847C (cs)
CZ (1) CZ290948B6 (cs)
DE (1) DE69314146T2 (cs)
FI (1) FI935648A7 (cs)
HU (1) HU214080B (cs)
IL (1) IL107383A0 (cs)
MX (1) MX9307619A (cs)
NO (1) NO934118L (cs)
NZ (1) NZ250016A (cs)
PH (1) PH30427A (cs)
PL (1) PL173562B1 (cs)
TW (1) TW227598B (cs)
ZA (1) ZA937829B (cs)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882110A (en) * 1987-01-27 1989-11-21 Air Products And Chemicals, Inc. CO2 copolymer binder for forming ceramic bodies and a shaping process using the same
FR2716816B1 (fr) * 1994-03-02 1996-05-03 Air Liquide Procédé de redémarrage d'une colonne auxiliaire de séparation argon/oxygène par distillation, et installation correspondante.
US5396772A (en) * 1994-03-11 1995-03-14 The Boc Group, Inc. Atmospheric gas separation method
US5440884A (en) * 1994-07-14 1995-08-15 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system with liquid air stripping
FR2739438B1 (fr) * 1995-09-29 1997-10-24 Air Liquide Procede et installation de production d'argon par distillation cryogenique
US5611218A (en) * 1995-12-18 1997-03-18 The Boc Group, Inc. Nitrogen generation method and apparatus
JPH09264667A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Teisan Kk 超高純度窒素及び酸素の製造装置
DE19636306A1 (de) 1996-09-06 1998-02-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
US5970742A (en) * 1998-04-08 1999-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Distillation schemes for multicomponent separations
FR2930332A1 (fr) * 2008-04-18 2009-10-23 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un melange d'hydrogene et de monoxyde de carbone
EP3614084A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-26 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft
CN113405318B (zh) * 2021-06-29 2024-04-05 杭氧集团股份有限公司 一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置的使用方法
CN119617794B (zh) * 2025-02-17 2025-04-25 浙江海畅气体股份有限公司 一种多工况空气内压缩高压氧空分装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4756731A (en) * 1986-02-20 1988-07-12 Erickson Donald C Oxygen and argon by back-pressured distillation
EP0286314B1 (en) * 1987-04-07 1992-05-20 The BOC Group plc Air separation
US4842625A (en) * 1988-04-29 1989-06-27 Air Products And Chemicals, Inc. Control method to maximize argon recovery from cryogenic air separation units
US4854954A (en) * 1988-05-17 1989-08-08 Erickson Donald C Rectifier liquid generated intermediate reflux for subambient cascades
DE3840506A1 (de) * 1988-12-01 1990-06-07 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur luftzerlegung
CN1025067C (zh) * 1989-02-23 1994-06-15 琳德股份公司 精馏分离空气的方法及装置
FR2650378A1 (fr) * 1989-07-28 1991-02-01 Air Liquide Installation de distillation d'air produisant de l'argon
US5076823A (en) * 1990-03-20 1991-12-31 Air Products And Chemicals, Inc. Process for cryogenic air separation
US5077978A (en) * 1990-06-12 1992-01-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic process for the separation of air to produce moderate pressure nitrogen
US5133790A (en) * 1991-06-24 1992-07-28 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic rectification method for producing refined argon
US5161380A (en) * 1991-08-12 1992-11-10 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic rectification system for enhanced argon production
US5197296A (en) * 1992-01-21 1993-03-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing elevated pressure product

Also Published As

Publication number Publication date
NO934118L (no) 1994-06-17
KR970004729B1 (ko) 1997-04-02
EP0604102A1 (en) 1994-06-29
NO934118D0 (no) 1993-11-15
NZ250016A (en) 1994-12-22
HU214080B (en) 1997-12-29
ZA937829B (en) 1994-07-14
HUT70011A (en) 1995-09-28
KR940015444A (ko) 1994-07-20
PL301487A1 (en) 1994-06-27
DE69314146D1 (de) 1997-10-30
PH30427A (en) 1997-05-09
CA2108847C (en) 1997-03-18
AU5057293A (en) 1994-06-30
FI935648A7 (fi) 1994-06-17
AU666407B2 (en) 1996-02-08
CZ278993A3 (en) 1994-12-15
JPH06221753A (ja) 1994-08-12
EP0604102B1 (en) 1997-09-24
HU9303571D0 (en) 1994-04-28
PL173562B1 (pl) 1998-03-31
CA2108847A1 (en) 1994-06-17
US5311744A (en) 1994-05-17
TW227598B (cs) 1994-08-01
MX9307619A (es) 1994-06-30
IL107383A0 (en) 1994-01-25
FI935648A0 (fi) 1993-12-15
DE69314146T2 (de) 1998-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100291684B1 (ko) 공기의분리방법
US6829907B2 (en) Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon
EP0773417A2 (en) Air separation method and apparatus for producing nitrogen
US5485729A (en) Air separation
JPH0694361A (ja) 空気の分離
CZ290948B6 (cs) Způsob kryogenního dělení vzduchu
US5899093A (en) Process and apparatus for the production of nitrogen by cryogenic distillation
KR0158730B1 (ko) 비중이 큰 불순물을 저농도로 함유한 기상산소 생성물을 제조하기 위한 방법 및 장치
US5644933A (en) Air separation
US5402646A (en) Air separation
JPH11325717A (ja) 空気の分離
US5507148A (en) Air separation method and apparatus to produce nitrogen
JPH07218122A (ja) 空気を分離するための方法および装置
US5419137A (en) Air separation process and apparatus for the production of high purity nitrogen
RU2689252C2 (ru) Способ получения гелия
KR0168707B1 (ko) 질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치
SU1629709A1 (ru) Способ разделени азотоводородной смеси

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 19931216