NO167064B - Fremgangsmaate og anordning for fremstilling av nitrogen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling

av nitrogen ved lavtemperaturrektifikasjon av luft, hvor luften blir komprimert og oppdelt i to delstrømmer, hvorav den første delstrøm blir avkjølt og derpå rektifisert i en kolonne i ett trinn, mens den annen delstrøm blir ytterligere komprimert, avkjølt, avspent og derpå likeledes rektifisert i kolonnen, og hvor nitrogen blir fjernet via en ledning fra et øvre avsnitt av kolonnen. Oppfinnelsen angår dessuten en anordning for å utføre en slik fremgangsmåte.

Fra vesttysk patentsøknad 3 035 844 er en fremgangsmåte av den ovennevnte type kjent. Patentsøknaden beskriver en fremgangsmåte for utvinning av oxygen med middels renhet, hvor, spesielt i henhold til utførelseseksemplet ifølge Fig. 2, en nitrogenstrøm med i det vesentlige atmosfæretrykk utvinnes. Den første, ikke efterkomprimerte delluftstrøm blir ved denne fremgangsmåte direkte ledet inn irektifika-sjonskolonnen efter at den er blitt avkjølt, mens den annen efterkomprimerte delstrøm efter at den er blitt avkjølt bringes i varmevekslingsforhold med spaltningsprodukter som fremdeles befinner seg i varmevekslingsforhold med sumpvæske fra rektifikasjonen, og derefter blir strupeavspent før den eventuelt vil bli ledet inn i rektifikasjonskolonnen. En nitrogenstrøm blir fjernet fra toppen av rektifikasjonskolonnen og blir avspent tilnærmet til atmosfæretrykk under arbeidsytelse. Den største del av den arbeidsytelse som utvinnes ved avspenningen av nitrogenet, blir overført til efterkompressoren for den annen delluftstrøm.

Denne fremgangsmåte oppviser den ulempe at nitrogenet som utvinnes med et trykk på ca. 3,3 bar, må avspennes for å drive luft-efterkompressoren. Dersom nitrogen med forhøyet trykk er ønsket av brukeren, må nitrogenet kompri-meres fra atmosfæretrykket til det ønskede trykk. Dersom nitrogenet som fra rektifikasjonskolonnen utvinnes med for-høyet trykk, skal leveres til forbrukeren uten forutgående avspenning, må i tillegg energi tilføres for efterkomprime-ringen av den annen delluftstrøm, hvilket likeledes er uøkonomisk.

Det tas derfor ved den foreliggende oppfinnelse sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte av den ovennevnte type for utvinning av nitrogen og ved hjelp av hvilken nitrogen kan utvinnes ved overatmosfærisk trykk på økonomisk måte.

Denne oppgave blir løst ifølge oppfinnelsen ved at den første delstrøm,før den rektifiseres, på i og for seg kjent måte bringes i varmevekslingsforhold til sumpvæsken i rektifikasjonskolonnen, og at den annen delstrøm avspennes arbeidsytende idet minst en del av det arbeid som ytes ved avspenningen, anvendes for den ytterligere komprimering av den annen delstrøm.

I motsetning til den kjente fremgangsmåte blir ifølge oppfinnelsen delluftstrømmen som ikke er blitt ytterligere komprimert, anvendt for å oppvarme kolonnesumpen. Ved opp-varmingen av sumpen økes oxygeninnholdet i denne. Samtidig øker nitrogeninnholdet i toppen av fraksjoneringskolonnen, slik at et høyt utbyttes sikres. Den samlede annen luftdel-strøm som nå ikke lenger, som ved den kjente fremgangsmåte, anvendes for å oppvarme kolonnesumpen, blir arbeidsytende avspent efter at den er blitt komprimert, hvorved en del av det arbeid som ytes ved avspenningen overføres til kompressoren for den ytterligere komprimering av den annen delluft-,strøm. Derved er det ikke lenger nødvendig å avspenne det ved fraksjoneringen utvundne nitrogen for å drive denne kompressor. I henhold hertil kan nitrogen med forhøyet trykk utvinnes på økonomisk måte ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte.

I henhold; til en foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte blir nitrogenet utvunnet med et trykk av 3 - 10 bar, fortrinnsvis 3-6 bar.

Det har vist seg gunstig dersom den annen delstrøm i henhold til en foretrukket utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte har en høyere temperatur før den avpennes enn den første delstrøm før varmevekslingen av denne med sumpvæsken.

I henhold til en ytterligere utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte blir en del av rektifikasjonskolonnens sumpvæske fordampet i varmevekslingsforhold med delvis kondenserende nitrogen fra toppen av rektifikasjonskolonnen. og, slik dannet restgass anvendes for regenerering av et rensetrinn for luften som skal deles. Luften blir fortrinnsvis renset i molekylsikter som regenereres med den dannede restgass eller i det minste med en delstrøm av denne.

Oppfinnelsen angår også en anordning for fremstilling av nitrogen ved lavtemperaturrektifikasjon av luft i en ett-trinns rektifikasjonskolonne som er forbundet med en til-førselsledning for luft som skal deles, idet en grenledning som inneholder en kompressor, en kjøler og en avspenningsinnretning, er avgrenet fra tilførselsledningen og likeledes munner ut i rektifikasjonskolonnen, og anordningen er særpreget ved at en varmeveksler på kjent måte er anordnet 1 tilførselsledningen og står i varmevekslende forbindelse med rektifikasjonskolonnens sump, og at avspenningsinnretningen er sammenkoplet med kompressoren for å overføre i det minste en del av avspenningsytelsen.

Varmeveksleren kan være anordnet utenfor rektifikasjonskolonnen, og dens varmeflater vil da på den ene side stå i forbindelse med sumpvæsken og på den annen side i forbindelse med gassrommet over væsken. Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende anordning er varmeveksleren anordnet i rektifikasjonskolonnens sump.

Oppfinnelsen og dessuten ytterligere enkeltheter ved denne vil nu bli nærmere beskrevet ved hjelp av et skjematisk vist utførelseseksempel.

For dette formål viser Figuren skjematisk en fremgangsmåte for fremstiling av nitrogen ved forhøyet trykk.

Luften 1 som skal deles , blir i en kompressor

2 komprimert fra 1 bar til 6 bar. Den komprimerte luft blir tilført til et rensetrinn 3 i hvilket forurensninger, spesielt vann og carbondioxyd, som inneholdes i luften, blir fjernet.

I rensetrinnet 3 anvendes fortrinnsvis periodisk avvekslende benyttede molekylsikter som alle avvekslende belastes og regenereres.

Den rensede luft blir delt i to delstrømmer 4, 5. Den første delstrøm 5 som mengdémessig utgjør ca. 40% av luften som skal deles, blir i en varmeveksler 6 avkjølt til ca.

100 K i varmevekslingsforhold til delingsprodukter og der-etter i en varmeveksler 10 som er anordnet i en rektifika-sjonskolonnes 7 sumpvæske 11, avkjølt videre i varmevekslingsforhold til den derved delvis fordampende sumpvæske 11 og i det-minste delvis overført til væske før den blir innført i rektifikasjonskolonnen 7.

Den annen delstrøm 4 (ca. 60% av luften som skal deles) blir i en kompressor 8 ytterligere komprimert til et trykk av ca. 7 bar og derefter likeledes i varmeveksleren

6 avkjølt i varmevekslingsforhold til delingsprodukter.

Den annen delstrøm 4 blir fjernet fra varmeveksleren 6 på et mellomsted. Dens temperatur er ca. 120 K og er derved høyere enn temperaturen for den første delstrøm når denne fjernes fra varmeveksleren 6. Den annen delstrøm blir derefter arbeidsytende avspent i en turbin 9 til et trykk av ca. 4 bar og innført i rektifikasjonskolonnen 7. På grunn av den tid-lige fjernelse av den annen delstrøm fra varmeveksleren 6 sikres det at ingen avpsenning til inn i våtdampområdet finner sted i turbinen 9. Arbeidet som utvinnes i turbinen 9, blir fullstendig overført til efterkompressoren 8.

I rektifikasjonskolonnen 7 som drives ved et trykk av ca. 4 bar, blir luften delt i en oxygenrik væske 11 som oppsamles i rektifikasjonskolonnens sump, og i en nitro-genrik gassfraksjon som oppsamles i

rektifikasjonskolonnens topp. Nitrogenet blir fra rektifikasjonskolonnens 7 topp via ledningen 17 fjernet med en renhet av ca. 99,9999 % og i varmeveksleren 6 anvarmet i varmevekslingsforhold til de to luftdelstrømmer 4, 5 før nitrogenet blir fjernet fra anlegget. Det utvundne nitrogens trykk er (bortsett fra trykktap ved passering gjennom varmeveksleren 6) det samme som trykket i rektifikasjonskolonnen 7.

Fra rektifikasjonskolonnens 7 sump blir oxygenrik væske fjernet via en ledning 12 og efter underkjøling i en varmeveksler 13 tilført til en kondensatfordampningsinnret-ning i toppen av rektifikasjonskolonnen 7. Den oxygenrike væske blir der fordampet i varmevekslingsforhold til kondenserende nitrogen som risler tilbake inn i rektifikasjonskolonnen som tilbakeløpsvæske. Den derved dannede restgass blir fjernet via en ledning 14 og efter anvarming i varmeveksleren 13 tilført til varmeveksleren 6 hvor den blir ytterligere anvarmet i varmevekslingsforhold til luftdelstrømmene 4, 5. En del av restgassen (ledningen 15) blir fjernet fra anlegget, og en annen del (ledningen 16) blir tilført til rensetrinnet 2 som regenereringsgass.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av nitrogen ved lav-temperaturrektif ikas jon av luft, hvor luften (1) blir komprimert (2) og oppdelt i to delstrømmer (4, 5) hvorav den første delstrøm (5) blir avkjølt (6) og derpå rektifisert i en kolonne (7) i ett trinn, mens den annen delstrøm (4) blir ytterligere komprimert (8), avkjølt (6), avspent (9) og derpå likeledes rektifisert i kolonnen (7), og hvor nitrogen blir fjernet via en ledning (17) fra et øvre avsnitt av kolonnen (7), karakterisert ved at den første delstrøm (5) , før den rektifiseres, på i og for seg kjent måte bringes i varmevekslingsforhold (10) til sumpvæsken (11) i rektifikasjonskolonnen (7), og at den annen delstrøm (4) avspennes arbeidsytende idet minst en del av det arbeid som ytes ved avspenningen, anvendes for den ytterligere komprimering av den annen delstrøm (4).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nitrogenet utvinnes ved et trykk av 3 - 6 bar.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at en del av rektifikasjonskolonnens (7) sumpvæske (11) fordamper i varmevekslings forhold med delvis kondenserende nitrogen fra toppen av rektifikasjonskolonnen (7) og at slik dannet restgass (16) anvendes for regenerering av et rensetrinn (3) for luften som skal deles.

4. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 for fremstilling av nitrogen ved lavtemperaturrektifikasjon av luft i en ett-trinns rektifikasjonskolonne (7) som er forbundet med en tilførselsledning (1, 5) for luft som skal deles, idet en grenledning (4) som inneholder en kompressor (8), en kjøler (6) og en avspenningsinnretning (9), er avgrenet fra tilførselsledningen (5) og likeledes munner ut i rektifikasjonskolonnen (7), karakterisert ved at en varmeveksler (10) på kjent måte er anordnet i tilførselsledningen (5) og står i varmevekslende forbindelse med rektifikasjonskolonnens (7) sump, og at avspenningsinnretningen (9) er sammenkoplet med kompressoren (8) for å overføre i det minste en del av avspenningsytelsen.