FI111187B - A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air - Google Patents
A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air Download PDFInfo
- Publication number
- FI111187B FI111187B FI20011969A FI20011969A FI111187B FI 111187 B FI111187 B FI 111187B FI 20011969 A FI20011969 A FI 20011969A FI 20011969 A FI20011969 A FI 20011969A FI 111187 B FI111187 B FI 111187B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- oxygen
- pressure
- concentration
- unit
- air
- Prior art date
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
- F25J3/04248—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
- F25J3/04309—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 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
- 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
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
- F25J3/04066—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of oxygen
-
- 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
- F25J3/04624—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 integrated mass and heat exchange, so-called non-adiabatic rectification, e.g. dephlegmator, reflux exchanger
- F25J3/0463—Simultaneously between rectifying and stripping sections, i.e. double dephlegmator
-
- 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
- F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
- F25J3/04933—Partitioning walls or sheets
- F25J3/04939—Vertical, e.g. dividing wall columns
-
- 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
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
- F25J5/007—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger combined with mass exchange, i.e. in a so-called dephlegmator
-
- 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
- F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
-
- 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
- F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
-
- 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
- F25J2200/80—Processes or apparatus using separation by rectification using integrated mass and heat exchange, i.e. non-adiabatic rectification in a reflux exchanger or dephlegmator
-
- 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
- F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
-
- 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
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
-
- 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
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/42—One 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/50—One fluid being oxygen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
111187111187
NORMAALIPAINEESSA TOIMIVA PROSESSI HAPEN TAI HAPELLA RIKASTETUN ILMAN TUOTTAMISEKSINORMAL PRESSURE PROCESS FOR THE PRODUCTION OF OXYGEN OR OXYGEN enriched air
Keksintö koskee prosessia hapen tai hapella rikastetun ilman 5 tuottamiseksi, jossa prosessissa: prosessiin tuleva ilma jäähdytetään lähelle ilman kastepistettä lämmönsiirtimessä, ; - ilma johdetaan kahden tai useamman toisiinsa termisesti 10 kytketyn tilan muodostamaan erotusyksikköön käsittäen A- ja B-puolet, jossa se jaetaan nesteytys- ja haihdu-tusprosesseja käyttäen kahdeksi tai useammaksi kaasumaiseksi jakeeksi, ja erotusyksiköstä poistuvat kaasujakeet johdetaan 15 takaisin lämmönsiirtimeen.The invention relates to a process for producing oxygen or oxygen-enriched air, wherein the air entering the process is cooled near the dew point of the heat exchanger; air is supplied to a separation unit formed by two or more thermally coupled spaces 10, comprising A and B halves, where it is divided into two or more gaseous fractions using liquefaction and evaporation processes, and the gas fractions leaving the separation unit are recycled to the heat exchanger.
Kryogeeniset erotusprosessit perustuvat kahdessa eri paineessa toimivassa kolonnissa suoritettuun jakotislaus- ja rikastus-prosessiin, jossa kummassakin kolonnissa on ylläpidettävä tietty 20 lämpötilaero kolonnin pohjan ja sen huippujäähdyttimen välillä. Klassisessa Linde-Fränkl-menetelmässä tämä toteutetaan siten, että korkeapainekolonnin yläpää on termisesti kytketty matala-painekolonnin alapäähän, mutta kolonnit toimivat muuten adiabaattisesti. Kolonnien "vapaiden" päiden, siis kor- ' > 25 keapainekolonnin alapään ja matalapainekolonnin yläpään, välinen lämpötilaero antaa käsityksen prosessin poikkeamisesta palautu-” vuudesta. Ero on Linde-Fränkl-prosessissa 20 K.The cryogenic separation processes are based on a fractional distillation and enrichment process performed on two columns under different pressures, each of which must maintain a certain temperature difference between the bottom of the column and its top cooler. In the classical Linde-Fränkl process, this is accomplished by thermally coupling the high end of the high pressure column to the lower end of the low pressure column, but otherwise operating adiabatically. The temperature difference between the "free" ends of the columns, i.e. the lower end of the high pressure column and the upper end of the low pressure column, gives an idea of the process deviation. The difference is 20K in the Linde-Fränkl process.
Julkaisuissa US 5,592,832 ja US 5,144,809 esitetään ei-adiabaat-30 tisten, siis koko pituudeltaan termisesti toisiinsa kytkettyjen, tislaus- ja rikastuskolonnien käyttö ilman aineosien erotuksessa, edellisessä hapen ja jälkimmäisessä typen tuottamiseksi.US 5,592,832 and US 5,144,809 disclose the use of non-adiabatic, i.e., thermally coupled, full-length, distillation and enrichment columns for the separation of air constituents, for the former production of oxygen and the latter for nitrogen.
: Kytkemällä kolonnit termisesti toisiinsa kolonnien välinen ' lämpötilaero saadaan pienemmäksi ja prosessin energiankulutus 35 pienenee jonkin verran.By thermally coupling the columns, the temperature difference between the columns is reduced and the energy consumption of the process 35 is slightly reduced.
2 1111872 111187
Saavutettu energian säästö on verraten pieni siksi, että edellä mainittu tislauksen vaatima lämpötilaero ylläpidetään tässäkin hyödyntämällä usean barin paineeseen ahdetun prosessi-ilman ja alemmassa, mutta silti normaalipainetta korkeammassa paineessa 5 olevan "matalapainekolonnin" välistä paine-eroa, ts. erotuksen vaatima työ tuodaan paineistamalla koko prosessi-ilma.The achieved energy savings are comparatively small because here the temperature difference required for distillation is maintained here by utilizing the pressure difference between the process air pressurized to several bars and the "low pressure column" at lower than normal pressure 5, i.e. The process air.
Tunnetussa tekniikassa käytetyt usean barin prosessipaineet pakottavat taloudellisista syistä rakentamaan erotuslaitteisto 10 mahdollisimman pienikokoiseksi, jolloin siirrettävän lämpövuon tiheys tilavuusyksikköä kohti tulee suureksi. Tästä syystä on em. julkaisuissa ja niiden patenttivaatimuksissa rajoituttu käsittelemään yksinomaan levylämmönvaihtimia huolimatta niiden ahtaiden kanavien tarjoamasta suuresta virtausvastuksesta.For many reasons, the pressure of the multi-bar process used in the prior art compels, for economic reasons, to construct the separation apparatus 10 as small as possible, whereby the density of the heat flow to be transferred is high per unit volume. For this reason, the aforementioned publications and their claims limit themselves to treating plate heat exchangers exclusively, despite the high flow resistance provided by their narrow channels.
1515
Julkaisussa US 4,192,662 esitetään menetelmä nestemäisen hapen ja typen tuottamiseksi, jossa prosessin lisäjäähdytys aikaansaadaan nestemäisellä maakaasulla (LNG).US 4,192,662 discloses a process for producing liquid oxygen and nitrogen, wherein the process is further cooled by liquid natural gas (LNG).
20 Tämän keksinnön tarkoituksena on luoda parannettu prosessi hapen tai hapella rikastetun ilman tuottamiseksi. Keksinnön mukaisen prosessin tunnusmerkilliset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.The object of the present invention is to provide an improved process for producing oxygen or oxygen enriched air. Characteristic features of the process of the invention are set forth in the appended claims.
25 Tämän hakemuksen prosessissa käytetty erotusyksikkö toimii periaatteessa samalla tavoin kuin tunnetussa tekniikassa käytetyt yksiköt, ts. se koostuu kaksoiskolonnista, jonka puoliskot on termisesti kytketty toisiinsa. Kuten tunnettu tekniikkakin, . tämä menetelmä perustuu siihen, että kaasumaisen ilman ja sitä 30 jäähdytettäessä syntyvän nesteen ollessa tasapainotilassa toistensa kanssa happi rikastuu nestefaasiin ja typpi kaasufaa-siin.The separation unit used in the process of this application operates in essentially the same way as the units used in the prior art, i.e. it consists of a double column, the halves of which are thermally connected to each other. As with prior art,. this method is based on the fact that, when the gaseous air and the liquid formed upon cooling thereof are in equilibrium with each other, oxygen is enriched in the liquid phase and nitrogen in the gas phase.
Tässä hakemuksessa kuvattu prosessi poikkeaa tunnetusta teknii-35 kasta siten, että erotusprosessi siirretään normaalipaineen alapuoliselle painealueelle. Tislausprosessin vaatimat lämpöti- 3 111187 laerot synnytetään nyt hyödyntämällä normaalipaineisen prosessi-ilman ja tuotetun alipaineisen happijakeen (ja muiden mahdollisten alipaineisten jakeiden) välistä paine-eroa, ja erotustyö tuodaan ahtamalla sanotut alipaineiset jakeet takaisin normaali-5 paineeseen. Erotusprosessin termodynamiikan paraneminen ilmenee usealla tavalla: . - Prosessi-ilman ahtamisen sijasta joudutaan ahtamaan vain prosessissa erotettu happirikaste (ja sen mahdollisessa rikasta- 10 misessa erotettu jae), joiden tilavuus on yhteensä n. 40 % prosessi-ilman tilavuudesta. Prosessin alhaisesta paineesta seuraa, että erotuksen vaatiman lämpötilaeron ylläpitämiseen riittää pienempi painesuhde kuin tunnetussa tekniikassa, joten happirikasteen ahtamisenergia pienenee edelleen. Em. US-jul- 15 kaisussa 5,592,832 pelkkä prosessi-ilman ahtamisenergia on 755 kJ happikiloa kohti siinä ihannetapauksessa, että kompressorin hyötysuhde on 85 % ja ilmasta pystytään erottamaan kaikki sen happi. Linde-Fränkl-menetelmässä pelkästään ahtamistyö on n. 882 kJ happikiloa kohti.The process described in this application differs from the prior art in that the separation process is transferred to a pressure range below normal pressure. The thermal elevations required for the distillation process are now generated by utilizing the pressure difference between the normal-pressurized process air and the reduced-pressure oxygen fraction (and other possible vacuum-fractions), and the separation work is brought by supercharging said vacuum-free fractions to normal-5. The improvement in the thermodynamics of the separation process is manifested in several ways:. Instead of compressing the process air, only the oxygen concentrate separated in the process (and the fraction separated in its possible enrichment) having a total volume of about 40% of the process air volume has to be charged. As a result of the low pressure of the process, a lower pressure ratio than the prior art is sufficient to maintain the temperature difference required by the separation, so that the energy of supercharging the oxygen concentrate is further reduced. Em. In U.S. Patent No. 5,592,832, the process energy for supercharging the process air alone is 755 kJ per kg of oxygen, ideally with a compressor efficiency of 85% and the removal of all its oxygen from the air. In the Linde-Fränkl process, the work on supercharging alone is about 882 kJ per kg of oxygen.
.7: 20 - Mahdollisuus energiaa säästäviin erotusprosesseihin, joissa prosessi-ilmaan jätetään oleellinen osa sen hapesta. Esimerkki: Jos ilma erotetaan 50 %:n happijakeeksi ja puhtaaksi typeksi, teoreettinen erotustyö 300 K:ssä on 83 kJ happikiloa kohti. Jos 25 typpijakeeseen jätetään 6.1 % happea, erotustyö vähenee arvoon 58 kJ happijakeen happikiloa kohti, ts. energiaa säästyy 30 %..7: 20 - Possibility of energy-efficient separation processes that leave a substantial amount of its oxygen in the process air. Example: If the air is separated into 50% oxygen fraction and pure nitrogen, the theoretical separation work at 300 K is 83 kJ / kg oxygen. If 6.1% oxygen is left in the 25 nitrogen fractions, the separation work will be reduced to 58 kJ per kg of oxygen fraction, i.e. 30% energy savings.
- Mahdollisuus hyödyntää alhaisessa nesteytyspaineessa saavutettavia korkeita hapen rikastuskertoimia, jolloin tunnetussa 30 tekniikassa käytettyä, energiaa kuluttavaa happijakeen rikastus-ta ei tarvita tai sitä tarvitaan vähemmässä määrin tietyn happipitoisuuden saavuttamiseksi. Esimerkiksi 5 barin paineessa kaasumaisen ilman kanssa tasapainossa olevassa nestefaasissa on 42 % happea, ts. happi rikastuu nestefaasiin kertoimella 2,0.- Possibility of utilizing the high oxygen enrichment coefficients at low liquefaction pressure, whereby the energy consuming oxygen fraction enrichment used in the prior art is not required or is less necessary to achieve a given oxygen concentration. For example, at a pressure of 5 bar, the liquid phase in equilibrium with the gaseous air contains 42% oxygen, i.e. the oxygen is enriched in the liquid phase by a factor of 2.0.
35 1 barin paineisen ilman kanssa tasapainossa olevassa nestefaasissa on 52 % happea ja rikastuskerroin on 2,48.The liquid phase in equilibrium with 35 bar air contains 52% oxygen and has an enrichment factor of 2.48.
4 111187 - Alhaisessa paineessa tullaan toimeen pienemmällä lämpötilaerolla "korkeapainekolonnin" pohjan ja "matalapainekolonnin" huipun välillä. Tässä menetelmässä sekä 50 %:n happirikastetta että puhdasta happea tuotettaessa tämä ero on 7.5 K, kun se 5 Linde-Fränkl-menetelmässä on 20 K.4 111187 - At low pressure, a lower temperature difference between the bottom of the "high pressure column" and the peak of the "low pressure column" is achieved. In this method, when producing both 50% oxygen concentrate and pure oxygen, this difference is 7.5 K, compared to 20 K in the 5 Linde-Fränkl method.
Keksintö tarjoaa lisäksi seuraavat edut:The invention further provides the following advantages:
Prosessin alhaisista painetasoista seuraa, että tiettyyn 10 tilavuusvirtaukseen tuotava tai siitä poistettava lämpöteho on oleellisesti pienempi kuin tunnetussa tekniikassa. Tästä syystä voidaan käyttää ratkaisuja, joissa virtauskanavat ovat väljempiä kuin em. julkaisuissa käsitellyissä levylämmönvaihtimissa, ja virtausvastuksen aiheuttamia tehohäviöitä voidaan pienentää. 15 Esimerkkejä tämän menetelmän mukaisista edullisista ratkaisuista on esitetty sovellusesimerkeissä ja niihin liittyvissä kuvissa 2-5.It follows from the low pressure levels of the process that the heat input to or from a given 10 flow rate is substantially lower than in the prior art. For this reason, it is possible to use solutions in which the flow channels are looser than the plate heat exchangers discussed in the above publications, and the power losses caused by the flow resistance can be reduced. Examples of preferred solutions according to this method are shown in the Application Examples and the accompanying Figures 2-5.
Kun prosessi suoritetaan normaalipaineessa ja sen alapuolella, 20 tunnetussa tekniikassa tarvittavia raskaita ja kalliita pai-nesäiliöitä ei tarvita.When the process is carried out at and below normal pressure, the heavy and expensive pressure vessels required by the prior art are not required.
Kun useimmissa ratkaisuissa koko erotusprosessi suoritetaan yhdessä kaksoiskolonnissa, tarvittava laitteisto on paljon 25 yksinkertaisempi kuin tunnetussa tekniikassa. Tämä voidaan todeta vertaamalla (US 5,592,832:n Fig. 8 ).In most solutions, when the whole separation process is performed in a single double column, the required hardware is much simpler than in the prior art. This can be stated by comparison (Fig. 8 of US 5,592,832).
Näitä ratkaisuja kuvataan seuraavissa esimerkeissä viitaten oheisiin kuviin.These solutions are described in the following examples with reference to the accompanying drawings.
3030
Kuva 1 esittää kaasumaisen hapen ja typen ja niiden kanssa tasapainossa olevan nestefaasin koostumusta lämpötilan ja paineen funktiona,Figure 1 shows the composition of gaseous oxygen and nitrogen and the equilibrium liquid phase as a function of temperature and pressure,
Kuva 2 esittää erästä keksinnön mukaista laitteistoa kaaviol-35 lisesti, 5 111187Figure 2 schematically illustrates an apparatus according to the invention, 5111187
Kuva 3 esittää erästä toista keksinnön mukaista laitteistoa kaaviollisesti,Figure 3 is a schematic view of another apparatus according to the invention,
Kuva 4 esittää erästä kolmatta keksinnön mukaista laitteistoa 5 Kuva 5 esittää lämmönsiirtopiiriä käyttävää keksinnön mukaista laitteistoa.Fig. 4 shows a third apparatus according to the invention. Fig. 5 shows an apparatus using the heat transfer circuit according to the invention.
: Kuvassa 1 on esitetty kaasumaisen typen ja hapen seosten sekä niiden kanssa tasapainossa olevan nestefaasin kokoomus lämpöti-10 lan ja paineen funktiona. Kuvasta ilmenee, että 1 barin paineisen ilman (21 % happea) kastepiste on 81.5 K ja sen kanssa tasapainossa olevassa nesteessä on 52.mooli-% happea. Vastaavasti 5 barin paineessa vastaava arvo on 42 % happea. Rikastusker-roin kasvaa absorptiopaineen alentuessa.Figure 1 shows the composition of gaseous nitrogen and oxygen mixtures and the equilibrium liquid phase as a function of temperature and pressure. The figure shows that the air at 1 bar (21% oxygen) has a dew point of 81.5 K and the liquid in equilibrium with it contains 52 mol% of oxygen. Similarly, at 5 bar, the corresponding value is 42% oxygen. The enrichment factor increases as the absorption pressure decreases.
1515
Kuvassa 2 esitetyssä keksintöä käyttävässä prosessilaitteistossa hapen erottaminen ilmasta tapahtuu erotusyksikössä 10. Tässä erotusyksikkö 10 on jaettu koko korkeudeltaan kahteen osaan lieriöseinämällä 13, joka mahdollistaa lämmönvaihtoyhteyden 20 ensimmäisen kolonnin 11 ja toisen kolonnin 12 välillä. Lämmön-siirtopinnoilla 13a ja 13b voidaan käyttää ripalevyjä 38 ja 39, jotka ohjaavat myös kaasuvirtauksia. Ensimmäinen kolonni 11 toimii nesteytysosana, johon puhaltimella siirretty 1 barin ) J .1 ’ . paineessa ja lämmönsiirtimellä 81,5 K: in jäähdytetty ilma 25 tuodaan kolonniin 11 sen alaosassa sijaitsevasta ilman syöttöyh-teestä 22. Ilma virtaa kolonnin 11 alaosasta ylöspäin jäähtyen ja osittain lämmönsiirtopintaan 13a nesteytyen. Kaasufaasin poistuessa kolonnin 11 huippuun sovitetusta typpirikkaan ilman poistoyhteestä 23 78 K:ssä siinä on jäljellä enää noin 6 % ) j , 30 happea. Kolonnin 11 lämmönsiirtopintaan 13a nesteytynyt happijae ; ’ ; virtaa painovoiman avulla pitkin lämmönsiirtopintaa 13a alaspäin ; ja se kerätään kolonnin 11 alaosaan ja johdetaan yhteen 25 kautta eteenpäin. Täysin palautuvassa prosessissa kolonnin 11 pohjalta poistuvassa nesteessä olisi noin 52 % happea. Käytän-35 nössä päästään kuitenkin noin 50 %:iin. Nestemäinen happijae johdetaan kuristimen 37 kautta, joka nesteen nostokorkeuden 6 111187 ohella pienentää painetta, edelleen erotusyksikön 10 haihdu-tusosan eli kolonnin 12 huipulle nestemäisen happijakeen syöttöyhteestä 42 sisään. Kolonnin 12 huipulta happirikas neste virtaa alaspäin haihtuen takaisin kaasufaasiin ensimmäisestä 5 kolonnista 11 lämmönsiirtopinnalle 13b välitetyn happijakeen nesteytymisessä vapautuvan lämmön vaikutuksesta, jolloin happijae vuorovaikutteisesti jäähdyttää kolonnista 11 poistuvaa typpijaetta. Kolonnissa 12 paine kuvan 1 mukaisessa sovellus-esimerkissä on 0,4 bar ja lämpötila kolonnin 12 huipulla 74 K.In the process apparatus utilizing the invention shown in Fig. 2, oxygen separation from air takes place in a separating unit 10. Here, the separating unit 10 is divided into two parts by a cylindrical wall 13 which allows heat exchange between the first column 11 and the second column 12. On the heat transfer surfaces 13a and 13b, ribbed plates 38 and 39 can be used, which also control the gas flows. The first column 11 functions as a liquefaction section into which a fan (1 bar) J.1 'is carried. the air 25, cooled under pressure and heat exchanger 81.5 K, is introduced into column 11 from the air inlet 22 at the bottom thereof, and the air flows from the bottom of the column 11 upwardly cooled and partially fluidized to the heat transfer surface 13a. At the exit of the gas phase, at the top of the column 11, the nitrogen-rich exhaust air at 23 78 K, there remains only about 6%) of oxygen. An oxygen fraction of the heat transfer surface 13a of column 11; '; flows by gravity down the heat transfer surface 13a; and is collected at the bottom of the column 11 and led together through 25. In a fully reversible process, the liquid leaving the bottom of column 11 would contain about 52% oxygen. However, in use-35, about 50% is achieved. The liquid oxygen fraction is passed through a choke 37 which, in addition to the liquid lift height 6111187, reduces the pressure, further to the top of the evaporator portion of the separation unit 10, or column 12, from the liquid oxygen fraction inlet 42. From the top of the column 12, the oxygen-rich liquid flows downward, evaporating back to the gas phase from the first 5 column 11 under the effect of heat released by liquefaction of the oxygen fraction transmitted to the heat transfer surface 13b, interacting to cool the nitrogen fraction leaving column 11. In column 12, the pressure in the embodiment of Figure 1 is 0.4 bar and the temperature at the top of column 12 is 74 K.
1010
Kolonnissa 12 haihtuvan nestefaasin lisäksi myös haihtunut kaasufaasi virtaa alaspäin ja kolonnin 12 pohjalta hapen poistoyhteen 24 kautta kaasumaisena poistuvassa happijakeessa on edelleen noin 50% happea, jonka lämpötila on 78,5 K ja paine 0,4 15 bar. Kolonnista 12 saatua happijaetta sekä kolonnin 11 yläosan typpirikkaan ilman poistoyhteestä 23 normaalipaineessa poistuvaa typpijaetta käytetään prosessiin tuotavan ilman jäähdytykseen sanotussa lämmönsiirtimessä. Lämmönsiirtimestä poistuva happijae ahdetaan haluttuun paineeseen sen käyttötarkoituksen mukaan.In addition to the volatile liquid phase in column 12, the evaporated gas phase also flows downwardly, and the oxygen fraction leaving the bottom of the column 12 through the oxygen outlet 24 still contains about 50% oxygen at a temperature of 78.5 K and a pressure of 0.4 bar. The oxygen fraction from column 12 as well as the nitrogen fraction leaving the top of the column 11 under normal pressure from the air outlet 23 are used to cool the air entering the process in said heat exchanger. The oxygen fraction leaving the heat exchanger is compressed to the desired pressure according to its intended use.
2020
Kolonnien 11 ja 12 välinen lämpötilaero on tässä keksinnön mukaisessa sovellusesimerkissä 3 - 4 K, joka on tyypillinen happitehtaissa käytetty arvo. Kun haihdutus alemmassa lämpötilassa sitoo enemmän lämpöä kuin korkeammassa lämpötilassa 25 tapahtuvassa nesteytyksessä vapautuu, prosessi tuottaa periaatteessa itse tarvitsemansa jäähdytystehon.The temperature difference between the columns 11 and 12 in this embodiment of the invention is 3-4 K, which is a typical value used in oxygen plants. When evaporation at lower temperature absorbs more heat than is released at higher temperature liquefaction, the process essentially produces the cooling power it needs.
Edellä mainittu lämpötilaero merkitsee poikkeamista palautuvuudesta, jonka lisäksi myös erotusyksikössä 10 ja lämmönsiirtimis-30 sä 14 syntyy häviöitä. Jos prosessi suoritetaan normaalipaineessa, prosessi-ilman syöttäminen erotusyksikköön 10 vaatii puhaltimen. Sen energian tarvetta ei tässä huomioida, mutta osa siitä saadaan takaisin erotetun happi jakeen suurempana paineena. Muista häviöistä seuraa, että happijakeen paine jää joko 35 alemmaksi kuin 0,4 bar tai jakeiden koostumus muuttuu siten, että happijakeeseen jää enemmän typpeä ja/tai typpijakeeseen 7 111187 enemmän happea. Erotusyksikön 10 koosta ja prosessin yksityiskohdista riippuen se saattaa tarvita lisäksi ulkopuolista jäähdytystehoa. A-puolella lämmönsiirrin mukaan lukien painehä-viö on korkeintaan 0,3 bar, edullisimmin alle 0,2 bar.The aforementioned temperature difference implies deviations from the reversibility, in addition to which losses occur in the separation unit 10 and the heat transfer unit 14. If the process is carried out at normal pressure, the supply of process air to the separation unit 10 requires a fan. Its need for energy is ignored here, but part of it is recovered at the higher pressure of the separated oxygen fraction. Other losses result in the pressure of the oxygen fraction remaining either lower than 0.4 bar or the composition of the fractions changing so that more oxygen remains in the oxygen fraction and / or more oxygen in the nitrogen fraction. Depending on the size of the separation unit 10 and the process details, it may additionally require external cooling power. On the A side, the pressure drop including the heat exchanger is not more than 0.3 bar, most preferably less than 0.2 bar.
55
Kuten muissakin kryogeenisissä menetelmissä, tämän prosessin energiankulutus koostuu valtaosaltaan kaasujen ahtamistyöstä, jota voidaan käyttää eri menetelmien energiakulutuksen vertailuun. Klassisessa Linde-Fränkl-menetelmässä prosessi-ilma 10 ahdetaan 5,6 bar paineeseen ja ahtamistyö on 882 kJ happikiloa kohti, kun ahtimen hyötysuhde on 85 %. US 5,592,832:n prosessissa ahtamistyö ihannetapauksessa on 775 kJ happikiloa kohti. Näitä arvoja verrataan alla olevassa taulukossa tämän keksinnön sovellusesimerkeissä 1 ja 2 kuvattuihin tapauksiin, teoreettiset 15 painesuhteet on kerrottu 1,5 painehäviöiden peittämiseksi ja ahtimen hyötysuhteeksi oletetaan 85 %. Esimerkissä 2 ei ole käytetty kuvassa 3 esitettyä kylmä happijakeen paineistusta.As with other cryogenic processes, the energy consumption of this process consists mainly of gas supercharging, which can be used to compare the energy consumption of the various methods. In the classical Linde-Fränkl process, the process air 10 is compressed to 5.6 bar and the compressor work is 882 kJ / kg oxygen with a supercharger efficiency of 85%. In the process of US 5,592,832, the supercharging work is ideally 775 kJ / kg oxygen. These values are compared in the table below with the cases described in Examples 1 and 2 of the present invention, the theoretical pressure ratios are multiplied by 1.5 to cover the pressure losses and the efficiency of the supercharger is assumed to be 85%. In Example 2, the cold oxygen fraction pressurization shown in Figure 3 is not used.
Menetelmä Ahtamistyö/ happi kgMethod Stacking / Oxygen kg
20 Linde-Fränkl 882 kJ20 Linde-Fränkl 882 kJ
US 5,592,832 >755 kJUS 5,592,832> 755 kJ
Tämä keksintö - esimerkki 1 273 kJ (50 %:n rikaste) Tämä keksintö - esimerkki 2 399 kJ (83 %.*n rikaste) 25 Näillä varauksilla prosessin energiankulutuksen lähtöarvo koostuu happijakeen paineistuksesta 1 bariin, joka 300 K:ssä vaatii teoriassa 115 kJ/Nm3eli 160 kJ/kg 02. Ahtimen 21 häviöt voidaan peittää vesi-injektiolla. Ahtamisessa kaasuun siirtynyt lämpö voidaan myös hyödyntää esimerkiksi voimalan kierrossa. Jos 30 erilaiset häviöt kasvattavat tätä arvoa noin kertoimella 1,5, energian kulutus happikiloa kohti olisi vain noin 273 kJ/kg 02 (50 % rikaste). Vastaava arvo 83 % rikasteelle on 399 kJ/kg 02. Kokonaisenergian kulutus on siis oleellisesti pienempi kuin edellä mainituissa tunnetuissa prosesseissa.This invention - Example 1 273 kJ (50% concentrate) This invention - Example 2 399 kJ (83%. * Concentrate) With these provisions, the initial energy consumption of the process consists of pressurizing the oxygen fraction to 1 bar, which in theory requires 115 kJ. / Nm3el 160 kJ / kg 02. The losses of the supercharger 21 can be covered by water injection. The heat transferred to gas during supercharging can also be utilized, for example, in the power plant cycle. If 30 different losses increase this value by about a factor of 1.5, the energy consumption per kg of oxygen would be only about 273 kJ / kg 02 (50% concentrate). The corresponding value for 83% concentrate is 399 kJ / kg 02. Thus, the total energy consumption is substantially lower than in the known processes mentioned above.
35 8 11118735 8 111187
Kuvassa 3 on esitetty kaavio eräästä keksinnön mukaista prosessia hyödyntävästä toisesta sovellusesimerkistä, jolla saadaan edelliseen sovellusesimerkkiin verrattuna suurempi happipitoisuus, Tässä sovellusesimerkissä erotusyksikön 10 kolonni 11 5 toimii vastaavalla tavalla kuten kuvassa 1 esitetyssä sovellusesimerkissä. Erotusyksikön 10 kolonniin 12 nestemäisen happijakeen syöttöyhteestä 42 tuodusta alaspäin virtaavasta nestemäisestä happijakeesta osa haihdutetaan kolonnin 12 yläosassa olevassa rikastusosassa 27. Rikastusosan 27 pohjalle 10 kerääntyvän nestejakeen paine lasketaan kuristimella 21 ja sumutetaan haihdutusosan 28 yläosasta lämraönsiirtopinnalle 13b suuttimella 44.Figure 3 is a schematic diagram of another embodiment of the process utilizing the process of the invention that provides a higher oxygen content than the previous embodiment. In this embodiment, the column 11 5 of the separation unit 10 functions in a similar manner to the embodiment shown in Figure 1. A portion of the downstream liquid oxygen fraction introduced into the column 12 of the separation unit 12 from the liquid oxygen fraction inlet 42 is evaporated in an enrichment section 27 at the top of the column 12. The pressure of the liquid fraction
Jos nestemäisessä happijakeessa on 50% happea, niin siitä 0,4 15 barissa vastavirtaperiaatteella palautuvasti haihdutetussa kaasufaasissa on 83% typpeä, joten happi rikastuu nestefaasiin. Rikastusosasta poistuva nestemäinen happijae haihdutetaan sitten lopulliseksi happijakeeksi kolonnin 12 alaosan haihdutusosassa 28. Rikastusosasta 27 haihdutettu kaasu käytetään lämmönsiirti-20 messä 14 prosessiin tulevan ilman jäähdyttämiseen ja se poistetaan ahtimella 31. Rikastuneessa happijakeessa on 80 % - 95 % happea, ja myös sitä käytetään lämmönsiirtimessä 14 prosessiin tulevan ilman jäähdyttämiseen, jonka jälkeen se poistetaan ) ahtimella. Kolonnissa 11 nestemäisen happijakeen tuottamisessa 25 vapautunut lämpö siirtyy kolonnista 11 seinämän 13 lämmönsiirto-pinnalta 13b kolonniin 12, jonka rikastus- ja haihdutusosat 27 ja 28 ovat toisistaan erotettuja.If the liquid oxygen fraction contains 50% oxygen, then in the 0.4 15 bar reverse flow evaporated gas phase there is 83% nitrogen, so that the oxygen is enriched in the liquid phase. The liquid oxygen fraction leaving the concentrator is then evaporated to a final oxygen fraction in the evaporator portion 28 of the lower column 12. The evaporated gas from the concentrator 27 is used to cool the incoming air in the heat exchanger 20 and is discharged by a supercharger to cool the incoming air to the process, then remove it) with a supercharger. In column 11, the heat released in the production of the liquid oxygen fraction 25 is transferred from column 11 from the heat transfer surface 13b of wall 13 to column 12, the enrichment and evaporation portions 27 and 28 of which are separated.
Kuvassa 3 esitetyllä keksinnön mukaisella erotusyksiköllä 10 30 tuotetun happi jakeen happipitoisuutta voidaan säätää muuttamalla erotusyksikön 10 kolonnin 12 rikastus- ja haihdutusvaiheiden 27, 28 osuutta haihdutusprosessista. Rikastusosassa 27 voidaan käyttää 0,4 barin painetta, mutta haihdutusosan 28 paine on valittava kuristimella 21 siten, että happijakeen kastepiste on 35 alhaisempi kuin prosessiin saapuvan ilman kastepiste, normaalipaineessa 81,5 K. Jos halutaan puhdasta happea ja sen kastepis- 9 111187 teeksi halutaan 79 K, paineeksi tulee tällöin 0,25 bar. Näinkin pienessä paineessa happijakeen tilavuusvirtaus on pienempi kuin prosessiin normaalipaineessa saapuvan ilman.The oxygen content of the oxygen fraction produced by the separation unit 10 30 according to the invention shown in Figure 3 can be adjusted by changing the proportion of enrichment and evaporation steps 27, 28 of the column 12 of the separation unit 10 from the evaporation process. The enrichment section 27 can be operated at 0.4 bar, but the evaporator section 28 must be selected with a choke 21 so that the dew point of the oxygen fraction is 35 lower than the dew point of incoming air at 81.5 K. Normal oxygen and its dew point are desired. 79 K, the pressure becomes 0.25 bar. At such a low pressure, the volume flow of the oxygen fraction is smaller than that of the air entering the process at normal pressure.
5 Lämmönsiirtimessä syntyviä happirikasteen painehäviöitä voidaan vähentää esim. kuvan 3 järjestelyllä. Kolonnin 12 haihdutusosas-ta 28 tuleva rikaste ahdetaan ahtimella 30 korkeampaan paineeseen samalla kun sitä jäähdytetään lämmönvaihtimissa 26 ja 27 erotusyksikön 10 kolonnista 11 poistuvalla kylmällä, happi-10 köyhällä prosessi-ilmalla. Kyseinen prosessi-ilma paisutetaan sitten jäähdytys turbiinissa 32, jonka alipaineinen poistovirtaus johdetaan lämmönsiirtimeen 14 yhdessä rikastusosasta 27 poistuvan alipaineisen typpijakeen kanssa.5 The pressure loss of the oxygen concentrate in the heat exchanger can be reduced, for example, by the arrangement of Figure 3. The concentrate from the evaporation section 28 of the column 12 is supercharged by the supercharger 30 while cooling in the heat exchangers 26 and 27 by the cold, oxygen-poor process air exiting the column 11 of the separation unit 10. This process air is then expanded in a cooling turbine 32, the vacuum of which is directed to a heat exchanger 14 together with a vacuum of nitrogen from the concentrator 27.
15 Kuvan 4a esimerkissä kaksoiskolonni on rakennettu säiliöksi 10, . jossa on joukko putkia 33, joiden ulkopinnalla on vaakasuoria levyjä 34. Putket jakautuvat kahteen ryhmään X ja Y, jotka on sijoitettu kuvan 4b mukaisesti siten, että kutakin X-putkea ympäröi neljä Y-putkea ja kutakin Y-putkea ympäröi neljä X-20 putkea.In the example of Figure 4a, the double column is constructed as a container 10,. having a plurality of tubes 33 having horizontal plates 34 on the outer surface, the tubes being divided into two groups X and Y arranged as shown in Figure 4b such that each X tube is surrounded by four Y tubes and each Y tube is surrounded by four X-20 tubes .
X-putkien levyt osuvat Y-putkien levyjen väliin siten, että kukin X-putken levy on kahdeksan Y-putken levyn muodostaman nelisivuisen särmiön keskellä ja vastaavasti kukin Y-putken levy 25 on kahdeksan X-putken levyn muodostaman nelisivuisen särmiön keskellä. Putkien ja niihin kiinnitettyjen levyjen väliin syntyy säännöllinen kolmiulotteinen labyrintti, joka lisää siinä virtaavien kaasu- ja nestefaasien turbulenssia ja faasien välistä aineen- ja lämmönvaihtoa. Rakenteen säännöllisyydestä ja 30 väljistä virtauskanavista johtuu, että siinä voidaan ylläpitää suurempia faasien virtausnopeuksia kuin tunnetun tekniikan mukaisissa kolonneissa. Nämä rakenteet muodostavat siten säännöllisiä, väljiä virtauskanavia faasien välisen aineen- ja lämmönsiirron tehostamiseksi ja kaasuvirtausten painehäviöiden 35 vähentämiseksi.The X-tube plates coincide between the Y-tube plates so that each X-tube plate is in the center of the eight Y-tube plates in the quadrilateral and respectively the Y-tube plate 25 is in the middle of the eight X-tube plates in the quadrilateral. A regular three-dimensional maze is created between the tubes and the plates attached thereto, which increases the turbulence of the gas and liquid phases flowing therein and the exchange of material and heat between the phases. Due to the regularity of the structure and the loose flow channels, it is possible to maintain higher phase flow rates than the prior art columns. These structures thus provide regular, loose flow channels to enhance interphase material and heat transfer and to reduce pressure losses 35 in gas streams.
10 111187 Tässä esimerkissä putkien välitila, kaksoiskolonnin A-puolisko, on nesteytysyksikkö, jonka pohjalle kertyvä nestemäinen happijae johdetaan kuristusventtiilin 37 kautta putkien 33 sisätilasta koostuvaan kaksoiskolonnin B-puoliskoon, joka toimii haihdu-5 tusyksikkönä. B-puoliskon putkien sisään on sijoitettu kierre-jousen muotoisia rakenteita 36, jotka ohjaavat putkissa valuvaa nestefaasia kierreradoille ja myös lisäävät putkissa virtaavan kaasufaasin turbulenssia tehostaen faasien välistä aineen- ja lämmönsiirtoa.111187 In this example, the space between the tubes, the A-side of the double column, is a liquefaction unit, the bottom of which accumulates the liquid oxygen fraction through the throttle valve 37 to the B-side of the double column consisting of tubes 33 which serves as a evaporation unit. Inside the B hemisphere tubes are helical spring-shaped structures 36, which direct the liquid phase flowing in the tubes to the helix paths and also increase the turbulence of the gas phase flowing in the tubes, enhancing the interphase material and heat transfer.
10 Tämä kaksoiskolonni toimii samalla tavoin kuin ensimmäisessä sovellusesimerkissä kuvattu rakenne, ts. esijäähdytetty prosessi-ilma johdetaan normaalipaineessa A-puoliskon pohjalle, josta se virtaa ylöspäin osittain nesteytyen happiköyhän 15 prosessi-ilman jakeen poistuessa lämmönsiirtimeen yhteestä 23. A-puoliskossa nesteytynyt happijae haihdutetaan B-puoliskossa n. 0,4 barin paineessa ja saatu kaasumainen happijae poistuu yksikön pohjalta yhteestä 24 lämmönsiirtimeen. 1 2 3 4 5 6 30This double column functions in the same way as the structure described in the first embodiment, i.e. the pre-cooled process air is led at normal pressure to the bottom of the A-hemisphere, from where it flows upwardly partially oxygenated 15 at about 0.4 bar and the resulting gaseous oxygen fraction exits the bottom of the unit from one to 24 heat exchangers. 1 2 3 4 5 6 30
Kuvassa 5 on esitetty sovellus, jossa pääosa nesteytyksessä 2 vapautuvasta lämpövuosta siirretään haihdutukseen käyttämällä 3 lämmönsiirtonestettä, esim. typpi- tai happijaetta tai niiden 4 ainesosia, jota kierrätetään ripaputkien 35 sisällä pumpulla 20.Figure 5 illustrates an embodiment in which the major part of the heat flux released in liquefaction 2 is conveyed to evaporation using 3 heat transfer fluids, e.g., nitrogen or oxygen fractions or their constituents 4, which are circulated inside the ribs 35 by pump 20.
55
Nestemäisten ilman ainesosien pienen viskositeetin ansiosta 6 tällä menetelmällä saadaan aikaan tehokas terminen kytkentä nesteytys- ja haihdutusyksikön välillä. Nesteytys- ja haihdu-tusyksikössä voidaan näin käyttää suuria virtauspoikkipintoja ja niiden virtauskanavien muoto ja mahdolliset täytteet voidaan optimoida.Due to the low viscosity of the liquid air constituents 6, this process provides an effective thermal coupling between the liquefaction and evaporation units. In this way, large flow cross-sections can be used in the liquefaction and evaporation unit and the shape and possible fillings of their flow channels can be optimized.
Claims (11)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20011969A FI111187B (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air |
PCT/FI2002/000790 WO2003038359A1 (en) | 2001-10-10 | 2002-10-09 | Process operating at normal pressure for producing oxygen or air enriched with oxygen |
EP02767510A EP1448942A1 (en) | 2001-10-10 | 2002-10-09 | Process operating at normal pressure for producing oxygen or air enriched with oxygen |
US10/491,950 US20040237582A1 (en) | 2001-10-10 | 2002-10-09 | Process operating at normal pressure for producing oxygen or air enriched with oxygen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20011969 | 2001-10-10 | ||
FI20011969A FI111187B (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20011969A0 FI20011969A0 (en) | 2001-10-10 |
FI20011969A FI20011969A (en) | 2003-04-11 |
FI111187B true FI111187B (en) | 2003-06-13 |
Family
ID=8562029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20011969A FI111187B (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20040237582A1 (en) |
EP (1) | EP1448942A1 (en) |
FI (1) | FI111187B (en) |
WO (1) | WO2003038359A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018096217A1 (en) | 2016-11-23 | 2018-05-31 | Matti Nurmia | Common-medium brayton-rankine cycle process |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114485054A (en) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 马靳超 | Backflow expansion high-purity nitrogen air separation equipment |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL111405C (en) * | 1953-11-12 | |||
GB1006499A (en) * | 1963-10-29 | 1965-10-06 | Roman Stoklosinski | Improvements in or relating to gas separation with particular reference to air separation |
US3760596A (en) * | 1968-10-23 | 1973-09-25 | M Lemberg | Method of liberation of pure nitrogen and oxygen from air |
US4208199A (en) * | 1976-08-11 | 1980-06-17 | Hitachi, Ltd. | Process of and system for liquefying air to separate its component |
US4234391A (en) * | 1978-10-13 | 1980-11-18 | University Of Utah | Continuous distillation apparatus and method |
FR2665755B1 (en) * | 1990-08-07 | 1993-06-18 | Air Liquide | NITROGEN PRODUCTION APPARATUS. |
US5592832A (en) * | 1995-10-03 | 1997-01-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for the production of moderate purity oxygen |
FR2786858B1 (en) * | 1998-12-07 | 2001-01-19 | Air Liquide | HEAT EXCHANGER |
-
2001
- 2001-10-10 FI FI20011969A patent/FI111187B/en active
-
2002
- 2002-10-09 WO PCT/FI2002/000790 patent/WO2003038359A1/en not_active Application Discontinuation
- 2002-10-09 US US10/491,950 patent/US20040237582A1/en not_active Abandoned
- 2002-10-09 EP EP02767510A patent/EP1448942A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018096217A1 (en) | 2016-11-23 | 2018-05-31 | Matti Nurmia | Common-medium brayton-rankine cycle process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20011969A0 (en) | 2001-10-10 |
FI20011969A (en) | 2003-04-11 |
EP1448942A1 (en) | 2004-08-25 |
US20040237582A1 (en) | 2004-12-02 |
WO2003038359A1 (en) | 2003-05-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0633438B1 (en) | Air separation | |
KR100192874B1 (en) | Air separation | |
CN1050418C (en) | Air separation | |
AU652864B2 (en) | Air separation | |
CN101479550A (en) | Cryognic air separation system | |
CN108826831B (en) | Device and process for cryogenic separation of carbon monoxide gas by nitrogen circulation refrigeration | |
CN102155841A (en) | Cryogenic separation method and apparatus | |
CN1121173A (en) | Air separation | |
CN102047057A (en) | Method and apparatus for separating air | |
JP2010223581A (en) | Low-temperature air separation method and device | |
JP2009030966A (en) | Method and device for producing argon by low-temperature air separation | |
EP0046367B1 (en) | Production of oxygen by air separation | |
CN104185767B (en) | For the method and apparatus producing two strands of partial air flow purified | |
US5207065A (en) | Separation of gas mixtures | |
US6305191B1 (en) | Separation of air | |
FI111187B (en) | A process under normal pressure for producing oxygen or oxygen enriched air | |
CN1117260C (en) | Air separation method and apparatus thereof | |
CN1084870C (en) | Air separation | |
CN104364597B (en) | Air separating method and equipment | |
US6170291B1 (en) | Separation of air | |
CN1146716C (en) | Low temperature air separating method and equipment | |
CN1153896A (en) | Air separation | |
CN113348146A (en) | Multi-stage liquid storage type condensing evaporator and nitrogen production apparatus using the same | |
US8161771B2 (en) | Method and apparatus for separating air | |
CN105423700B (en) | Single-stage rectification equipment for separating air |