PL172492B1

PL172492B1 - Sposób i urzadzenie do wytwarzania nieoczyszczonego helu PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL172492B1
Application number: PL93301311A
Authority: PL
Inventors: Brian C Fiedler; James J Maloney; James R Handley
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1997-09-30
Also published as: ES2104025T3; PL301311A1; CN1056686C; BR9304930A; DE69312231D1; CA2110664C; NO934410L; ZA939086B; MX9307664A; CA2110664A1; EP0600513B1; CN1091515A; EP0600513A1; DE69312231T2; US5329775A; NO934410D0

Abstract

1 Sposób wytwarzania nieoczyszczonego helu poprzez kriogeniczna re- ktyfikacje, w którym ochladza sie produkt wejsciowy zawierajacy hel, weglo- wodór 1 dwutlenek wegla, a nastepnie przepuszcza sie ochlodzony produkt wejsciowy do kolumny i rozdziela go wewnatrz kolumny poprzez rektyfika- cje kriogeniczna na plyn wzbogacony w hel i pierwszy plyn resztkowy, po czym ogrzewa sie pierwszy plyn resztkowy poprzez posrednia wymiane ciepla z produktem wejsciowym ochladzajac go, a potem czesciowo skrapla sie plyn wzbogacony w hel pobrany z kolumny wytwarzajac pary nieoczy- szczonego helu 1 drugiego plynu resztkowego, przy czym nastepnie odzyskuje sie pary nieoczyszczonego helu w postaci produktu stanowiacego nieoczysz- czony hel, znam ienny tym, ze podczas ochladzania produktu wejsciowego (1) produkt wejsciowy (3) zawiera hel w ilosci od 0,1 do 5,0% molowych, dwutlenek wegla w ilosci powyzej 1,0% molowego i weglowodór przy tem- peraturze w zakresie od 116,3 K do 227,4 K, która to temperatura jest wystar- czajaca do ochlodzenia, ale nie do zamrozenia dwutlenku wegla w produkcie wejsciowym, przy czym po czesciowym skropleniu plynu (11) wzbogacone- go w hel, ogrzewa sie bezposrednio plyn resztkowy (16) i nieoczyszczone pary helu (23) poprzez posrednia wymiane ciepla z plynem (11) wzbogaco- nym w hel, który czesciowo skrapla sie w punkcie przeciwnym do punktu, w którym wytwarza sie plyn resztkowy (16), przy czym pare (5) wychodzaca z kolumny (4) skrapla sie poprzez posrednia wymiane ciepla z drugim plynem resztkowym, a powstala ciecz (7) odprowadza sie do kolumny, natomiast dru- gi plyn resztkowy (16) zawraca sie jako strumien weglowodoru (20) o niskim cisnieniu 6 Urzadzenie do wytwarzania nieoczyszczonego helu, zawierajace wy- miennik ciepla o wyzszej temperaturze, kriogeniczna kolumne oraz elementy przepuszczajace produkt wejsciowy z wymiennika ciepla o wyzszej temperatu- rze do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej oraz wymiennik ciepla o nizszej temperaturze i elementy przepuszczajace plyn z górnej czesci kriogenicznej ko- lumny rektyfikacyjnej do wymiennika ciepla o nizszej temperaturze, a ponadto urzadzenie zawiera elementy przepuszczajace plyn z dolnej czesci kolumny do wymiennika ciepla o wyzszej temperaturze, Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania nieoczyszczonego helu poprzez kriogeniczne przetwarzanie strumienia węglowodoru, który zawiera również dwutlenek węgla.

Ze stanu techniki znane jest wytwarzanie helu poprzez wydzielanie go ze strumienia gazu ziemnego. Sposobem często stosowanym do prowadzenia tego wydzielenia jest przetwarzanie kriogeniczne.

Zwykle wraz z helem w gazie ziemnym występuje również dwutlenek węgla. Jeżeli dla wydzielenia helu z gazu ziemnego dla uzyskania nieoczyszczonego helu stosuje się przetwarzanie kriogeniczne, wówczas dotychczas było konieczne usuwanie dwutlenku węgla z gazu ziemnego przed tym przetwarzaniem kriogenicznym. Jest to spowodowane tym, że przy niskich temperaturach, przy których zachodzi przetwarzanie kriogeniczne dla wytworzenia nieoczyszczonego helu, dwutlenek węgla będzie zamarzał i czopował lub inaczej uszkadzał aparaturę do przetwarzania. Przykłady usuwania dwutlenku węgla przed przetwarzaniem kriogenicznym obejmują kontaktowanie wsadu z płynem, takim jak niektóre aminy i/lub przepuszczanie wsadu poprzez złoża sita molekularnego dla adsorbowania dwutlenku węgla. Tego rodzaju wstępne systemy obróbcze zwiększają zarówno całkowite, jak i robocze, koszty układu wytwarzania nieoczyszczonego helu.

Odpowiednio do tego, celem wynalazku jest opracowanie kriogenicznego układu wytwarzania helu, który może przerabiać strumień wsadu zawierający hel, węglowodór i dwutlenek węgla bez potrzeby stosowania oddzielnego etapu usuwania dwutlenku węgla przed przetwarzaniem kriogenicznym.

Jak wspomniano, hel znajduje się z gazie ziemnym, zaś dodatkowo do helu korzystnie odzyskuje się węglowodór. Zwykle węglowodór jest odzyskiwany przy stosunkowo niskim ciśnieniu z oddzielenia kriogenicznego, a następnie sprężany do wyższych poziomów ciśnienia dla przenoszenia poprzez rurociąg. Stosunkowo niskie ciśnienie stanowi rezultat przetwarzania kriogenicznego, które zachodzi bardziej skutecznie przy niższych ciśnieniach. Jednakże, pożądane jest opracowanie kriogenicznego układu przetwarzania dla wytwarzania nieoczyszczonego helu, który również pozwala na wytwarzanie przynajmniej części węglowodoru przy wyższym ciśnieniu, redukując tym samym wymagania odnośnie sprężania i tym samym redukując koszty.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nieoczyszczonego helu poprzez kriogenicznąrektyfikację, w którym ochładza się produkt wejściowy zawierający hel, węglowodór i dwutlenek węgla, a następnie przepuszcza się ochłodzony produkt wejściowy do kolumny i rozdziela go wewnątrz kolumny poprzez rektyfikację kriogeniczną na płyn wzbogacony w hel i pierwszy płyn resztkowy. Pierwszy płyn resztkowy ogrzewa się poprzez pośrednią wymianę ciepła z produktem wejściowym ochładzając go, a potem częściowo skrapla się płyn wzbogacony w hel pobrany z kolumny, wytwarzając pary nieoczyszczonego helu i drugiego płynu resztkowego. Następnie odzyskuje się pary nieoczyszczonego helu w postaci produktu stanowiącego nieoczyszczony hel. Istota wynalazku polega na tym, że podczas ochładzania pierwszego produktu wejściowego, drugi produkt wejściowy zawiera hel w ilości od 0,1 do 5,0% molowych, dwutlenek węgla w ilości powyżej 1,0% molowego i węglowodór przy temperaturze w zakresie od 116,3 K do 227,4 K, która to temperaturajest wystarczająca do ochłodzenia, ale nie do zamrożenia dwu4

172 492 tlenku węgla w produkcie wejściowym. Po częściowym skropleniu płynu wzbogaconego w hel, ogrzewa się bezpośrednio płyn resztkowy i nieoczyszczone pary helu poprzez pośrednią wymianę ciepła z płynem wzbogaconym w hel, który częściowo skrapla się w punkcie przeciwnym do punktu, w którym wytwarza się płyn resztkowy. Parę wychodzącą z kolumny skrapla się poprzez pośrednią wymianę ciepła z drugim płynem resztkowym, a powstałą ciecz odprowadza się kolumny, natomiast drugi płyn resztkowy zawraca się jako strumień węglowodoru o niskim ciśnieniu.

Korzystnie doprowadza się do pośredniej wymiany ciepła między częścią płynu resztkowego i cieczą powstałą ze skroplenia pary, a ponadto doprowadza się do pośredniej wymiany ciepła między parami nieoczyszczonego helu i chłodzącym produktem wejściowym, i do pośredniej wymiany ciepła między drugim płynem resztkowym i chłodzącym produktem wejściowym.

Płyn z dolnej części kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej odparowuje się poprzez pośrednią wymianę ciepła z częścią produktu wejściowego i przepuszcza się obydwa płyny pochodzące z tej pośredniej wymiany ciepła do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do wytwarzania nieoczyszczonego helu, zawierającego wymiennik ciepła o wyższej temperaturze, kriogeniczną kolumnę oraz elementy przepuszczające produkt wejściowy z wymiennika ciepła o wyższej temperaturze do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej, oraz wymiennik ciepła o niższej temperaturze i elementy przepuszczające płyn z górnej części kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej do wymiennika ciepła o niższej temperaturze. Ponadto urządzenie zawiera elementy przepuszczające płyn z dolnej części kolumny do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze, i separator fazowy oraz elementy przepuszczające płyn z wymiennika ciepła o niższej temperaturze do separatora fazowego, oraz elementy do odzyskiwania płynu pobranego ze strefy pary separatora fazowego. Istota wynalazku w tym zakresie polega na tym, że kriogeniczna kolumna rektyfikacyjna posiada skraplacz, a poza tym urządzenie zawiera elementy przepuszczające płyn ze strefy płynu separatora fazowego do wymiennika ciepła o niższej temperaturze, elementy przepuszczające płyn z tego wymiennika do skraplacza, elementy przepuszczające płyn ze strefy pary separatora fazowego do wymiennika ciepła i elementy zawracające płyn pobrany ze strefy płynu separatora fazowego.

Korzystnie, urządzenie zawiera elementy przepuszczające płyn z dolnej części kolumny do skraplacza i elementy przepuszczające płyn ze skraplacza do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze.

Elementy do odzyskiwania płynu pobranego ze strefy pary separatora fazowego zawierają elementy przepuszczające płyn z wymiennika ciepła o niższej temperaturze do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze.

Poza tym urządzenie zawiera odzysknikowy wymiennik ciepła kolumny i elementy przepuszczające produkt wejściowy do wymiennika i z tego wymiennika do kolumny.

Stosowanie tutaj określenia “górna część” i “dolna część” kolumny oznaczają górną połowę i odpowiednio dolną połowę kolumny.

Stosowane tutaj określenie “nieoczyszczony hel” oznacza płyn zawierający przynajmniej 50% molowych helu.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 stanowi schematyczną ilustrację jednego rozwiązania kriogenicznego układu wytwarzania helu według wynalazku, fig. 2 - schematyczną ilustrację następnego rozwiązania wynalazku, w którym jest zastosowany kocioł do ponownego odparowywania skroplonych par w połączeniu z kriogeniczną kolumną rektyfikacyjną, a fig. 3 - schematyczną ilustrację następnego rozwiązania wynalazku, w którym układ oddzielania z wykorzystaniem deflegmatora zamiast kolumny.

Wynalazek stanowi kriogeniczny układ wytwarzania helu, który pracuje w dwóch obszarach temperatur, a mianowicie w przednim obszarze wyższej temperatury i tylnym obszarze niższej temperatury. Obszar wyższej temperatury umożliwia usuwanie większości dwutlenku węgla we wsadzie poprzez kriogeniczną rektyfikację lub deflegmację, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania oddzielnego nie kriogenicznego etapu usuwania dwutlenek węgla. Ostateczne oddzielanie jest przeprowadzane w tylnym obszarze o niższej temperaturze dla skutecznego

172 492 wytwarzania nieoczyszczonego helu. Układ z podwójnym obszarem temperaturowym umożliwia również odzyskiwanie strumienia węglowodoru o wyższym ciśnieniu z rektyfikacji kriogenicznej.

Przedmiot wynalazku zostanie obecnie opisany szczegółowo w odniesieniu do rysunków. Na fig. 1 pokazano wsad 1, zasadniczo o ciśnieniu w zakresie od 1,4 MPa do 7 MPa jest chłodzony poprzez przejście przez wymiennik ciepła 2 o wyższej temperaturze, poprzez pośrednią wymianę ciepła z jednym lub więcej strumieni powrotnych, jak będzie opisane bardziej szczegółowo poniżej. Wsad 1 zawiera hel, dwutlenek węgla i węglowodór. Węglowodór zawiera metan i może zawierać jeden lub więcej cięższych węglowodorów, takichjak etan i propan. Wsad będzie również zasadniczo zawierał azot. Hel występuje we wsadzie zasadniczo w stężeniu w zakresie od 0,1 do 5,0% molowych. Dwutlenek węgla występuje we wsadzie zasadniczo w stężeniu do 1,0% molowych. Wyrównoważenie wsadu stanowi węglowodór i azot.

Wsad zostaje ochłodzony poprzez przejście przez wymiennik ciepła 2 o wyższej temperaturze do temperatury w zakresie od 117,9 K do 227,5 K. Przy tej temperaturze część wsadu zawierająca część dwutlenku węgla może ulec kondensacji. Jednakże, temperatura nie jest tak niska, aby umożliwić zamrożenie dwutlenku węgla we wsadzie. Ochłodzony wsad 3 jest przypuszczany następnie do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej 4, pracującej zasadniczo przy ciśnieniu w zakresie od 1,4 do 4,2 MPa, w której jest oddzielany poprzez kriogeniczną rektyfikację na płyn ze wzbogaconym helem i pierwszy płyn resztkowy. W rozwiązaniu zilustrowanym na fig. 1, kriogeniczna kolumna rektyfikacyjna 4 stanowi kolumnę odpędową, w której składniki cięższe w płynącej w górę parze są odpędzane przez opadający płyn. Opadający płyn jest wytwarzany poprzez przynajmniej częściowe kondensowanie strumienia pary 5 z górnej części kolumny 4 poprzez przejście przez kondensator 6 i zawracanie otrzymanego płynu 7 z powrotem do kolumny 4. Kondensator 6 może stanowić fizycznie zewnętrzną kolumnę 4, jak przedstawiono na figurze lub może znajdować się wewnątrz górnej części kolumny 4.

Pierwszy płyn resztkowy zawiera głównie węglowodór i azot, jeżeli azot występuje we wsadzie, i zawierał również większość dwutlenku węgla, który występował we wsadzie. Pierwszy płyn resztkowy jest usuwany z dolnej części kolumny 4 jako strumień 8, przepuszczany przez zawór 9 i ogrzewany wewnątrz wymiennika ciepła 2 o wyższej temperaturze, i służy do chłodzenia wsadu. Otrzymany ogrzany pierwszy płyn resztkowy może być odzyskany jako strumień 10 przy podwyższonym ciśnieniu, redukując tym samym wymagania odnośnie sprężania strumienia węglowodoru, jeżeli takie sprężanie jest potrzebne.

Wzbogacony w hel płyn, mający ogólnie stężenie helu w zakresie od 0,3 do 15,0% molowych, jest odciągany z górnej części kolumny 4 jako strumień 11 i przepuszczany przez wymiennik ciepła 12 o niższej temperaturze, gdzie ulega częściowemu skropleniu przy temperaturze zasadniczo nie większej niż -50°F. Ponieważ większość dwutlenku węgla we wsadzie została usunięta poprzez uprzednie przetworzenie w wyższej temperaturze, zatem niewielka ilość dwutlenku węgla pozostającego w płynie ze wzbogaconym helem pozostaje rozpuszczalna podczas późniejszego przetwarzania w niższej temperaturze. Stężenie dwutlenku węgla w płynie ze wzbogaconym helem będzie wystarczająco niskie aby zapobiec zamrożeniu dwutlenku węgla przy zimnym końcu procesu. Jakkolwiek stężenie dwutlenku węgla jest zależne od szczególnych warunków procesowych, jednakże ogólnie będzie ono mniejsze niż 10 części na milion. Dwufazowy strumień 13 wychodzący z wymiennika ciepła 12 o niższej temperaturze ma zredukowane ciśnienie poprzez zawór 14, a następnie jest przepuszczany do separatora fazowego 15, gdzie zostaje oddzielony na parę nieoczyszczonego helu i drugi płyn resztkowy.

Drugi płyn resztkowy zawiera głównie węglowodór i azot oraz zawiera również zasadniczo całość pozostającego dwutlenku węgla, jeżeli istnieje, która dotychczas nie była usunięta wraz z pierwszym płynem resztkowym. Drugi płyn resztkowy jest usuwany z dolnej połowy lub strony fazy cieczy separatora fazowego 15 w postaci płynnej pary 16, przepuszczanej przez zawór 17 i ogrzewanej poprzez pośrednią wymianę ciepła z częściowo skroplonym płynem ze wzbogaconym helem w wymienniku ciepła 12 o niższej temperaturze.

172 492

Ogrzany drugi płyn resztkowy 18 zostaje następnie przepuszczony przez kondensator 6, gdzie zostaje dodatkowo ogrzany poprzez pośredniąwymianę ciepła z parą 5 dla częściowego zagęszczenie pary i wprowadzenie płynu do przewodu 7 dla uruchamiania kolumny 4. Otrzymywany następnie ogrzany drugi płyn resztkowy 19 jest korzystnie przepuszczany przez wymiennik ciepła 2 o wyższej temperaturze dla wspomagania chłodzenia wsadu, a otrzymywany drugi płyn resztkowy 20 może być odzyskiwany w postaci strumienia węglowodoru o niższym ciśnieniu.

W razie potrzeby, i jak pokazano na fig. 1, część 21 pierwszego płynu resztkowego 8 może być przepuszczana przez zawór 22 i łączona ze strumieniem 18 dla wspomagania kondensacji pary w kondensatorze 6 dla napędzania kolumny 4.

Para nieoczyszczonego helujest odciągana z górnej połowy lub strony fazy pary separatora fazowego 15 w postaci strumienia 23 i odzyskiwana jako produkt stanowiący nieoczyszczony hel. Korzystnie, jak przedstawiono na fig. 1, strumień pary nieoczyszczonego helu 23 jest ogrzewany przez przej ście poprzez wymiennik ciepła 12 o niższej temperaturze i wymiennik ciepła 2 o wyższej temperaturze dla uczestniczenia odpowiednio w częściowej kondensacji płynu ze wzbogaconym helem i chłodzeniu wsadu. Otrzymana para nieoczyszczonego helujest odzyskiwana w postaci strumienia 24. Odzyskiwanie helu w postaci nieoczyszczonego produktu stanowiącego parę będzie rzędu przynajmniej 95% helu we wsadzie.

Dla celów ilustracyjnych przeprowadzono symulację komputerową wynalazku według rozwiązania pokazanego na fig. 1. Rezultaty tej symulacji komputerowej są zestawione w tabeli. Oznaczenia strumieni w tabeli odpowiadają oznaczeniom zastosowanym na fig. 1.

Tabela 1

	1	24	10	20
Szybkość przepływu kg/godz.	450	6,3	288	154,4
Temperatura K	321,9	319,8	319,8	319,8
Ciśnienie MPa	1,8	1,08	1,39	0,53
Kompozycja % molowe
Hel	1,00	70,00	201 ppm	0,11
Dwutlenek węgla	0,17	-	0,27	5 ppm
Azot	32,36	29,20	16,60	61,59
Metan	64,17	0,80	79,52	38,30
Etan	0,84	-	1,31	-
Propan	1,01	-	1,58	-
i-Butan	0,12	-	0,19	-
n-Butan	0,25	-	0,40	-
Pentany +	0,08	-	0,11	-

Na fig. 2 przedstawiono następne rozwiązanie wynalazku, w którym do kolumny wprowadzono kocioł do ponownego odparowywania skroplonych par, zaś dla jego uruchamiania zastosowano niewielką ilość gorącego gazu wsadowego. Kocioł do ponownego odparowywania wspomaga usuwanie helu i azotu z fazy ciekłej, zwiększa odzyskiwanie helu i polepsza jakość płynu resztkowego. Kocioł do ponownego odparowywania może znajdować się na zewnątrz kolumny, jak przedstawiono na fig. 2 lub może znajdować się wewnątrz kolumny. Oznaczniki zastosowane na fig. 2 odpowiadają oznacznikom z fig. 1 elementów wspólnych, i te elementy wspólne nie będą opisane ponownie szczegółowo. Jak pokazano na fig. 2, płyn 30 z dolnej części kolumny 4 jest przepuszczany przez kocioł do ponownego odparowywania 31, w którym zostaje odparowany i przepuszczony z powrotem do kolumny 4 w postaci strumienia 32 dla utworzenia

172 492 płynącej w górę pary do kolumny. Część 33 gorącego wsadu 1 jest przepuszczana przez zawór 34 i przez kocioł do ponownego odparowywania 32, gdzie służy do odparowywania płynu 30 poprzez pośrednią wymianę ciepła. Otrzymany ochłodzony płyn 35 jest następnie przepuszczany do kolumny 4, na przykład poprzez łączenie ze strumieniem 3, jak przedstawiono na fig. 2.

Na fig. 3 przedstawiono następne rozwiązanie wynalazku, w którym zastosowano układ oddzielania zawierający deflegmator i kadź oddzielającą zamiast kombinacji kolumny i górnego skraplacza, zastosowanych w rozwiązaniach pokazanych na fig. 1 i 2. Układ ten jest zalecany wówczas, jeżeli dostępna jest tylko niewielka ilość płynu do zastosowania w kolumnie. Oznaczniki na fig. 3 odpowiadająoznacznikom z fig. 1 dla elementów wspólnych, które nie będą opisane ponownie szczegółowo. Jak przedstawiono na fig. 3, wsad 3 jest wpuszczany do kadzi oddzielającej 40 układu oddzielania, który zawiera również deflegmator 41. Para z górnej połowy kadzi oddzielającej 40 przechodzi przewodem 42 do deflegmatora 41, gdzie zostaje częściowo skroplona poprzez pośredniąwymianę ciepła z drugim płynem resztkowym 18 i, w razie potrzeby, pierwszym płynem resztkowym 21, pobranym z dolnej połowy kadzi oddzielającej 40. Skroplona część pary wpuszczana do deflegmatora 41 jest przepuszczana z powrotem do separatora fazowego lub kadzi oddzielającej 40 poprzez przewód 42, gdzie tworzy pierwszy płyn resztkowy, który jest wypuszczany z kadzi oddzielającej 40 w postaci strumienia 8 dla dalszego przetworzenia jak opisano poprzednio. Z deflegmatora 41 jest wypuszczana para ze wzbogaconym helem w postaci strumienia 11 i wpuszczana do wymiennika ciepła 12 o niskiej temperaturze dla dalszego przetwarzania jak opisano uprzednio.

Tak więc przez zastosowanie wynalazku można Wytworzyć nieoczyszczony hel poprzez kriogeniczne przetwarzanie wsadu, który również zawiera dwutlenek węgla, bez potrzeby stosowania oddzielnego niekriogenicznego etapu usuwania dwutlenku węgla przed przetwarzaniem kriogenicznym. Jakkolwiek wynalazek został opisany szczegółowo w odniesieniu do pewnych rozwiązań zalecanych, to jednak dla fachowców z tej dziedziny oczywiste jest, że istnieją inne rozwiązania wynalazku mieszczące się w obrębie zakresu zastrzeżeń. Przykładowo, pierwszy płyn resztkowy odciągany z kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej może być rozprężony przez turbinę z płynem, umożliwiającą wytworzenie pozostałości o większym ciśnieniu i/lub umożliwienie wytworzenia większej frakcji pozostałości przy pierwszym ciśnieniu pozostałości niż przy drugim ciśnieniu. W następnym rozwiązaniu płyn z separatora fazowego 15 może być wprowadzony do fazy o mniejszym ciśnieniu oddzielonej w następnym separatorze fazowym, a otrzymana para połączona ze strumieniem pary odciągniętym z separatora fazowego 15 zwiększa odzyskiwanie helu. Ponadto, przepuszczany przepustnicą pierwszy płyn resztkowy może być rozprężany w turborozprężarce, która może być obciążona generatorem lub kompresorem, a jej moc jest wykorzystana do wytworzenia elektryczności lub sprężeniajednego ze strumieni produktu lub strumienia wsadowego.

172 492

Jk ι

17\

172 492

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania nieoczyszczonego helu poprzez kriogeniczną rektyfikację, w którym ochładza się produkt wejściowy zawierający hel, węglowodór i dwutlenek węgla, a następnie przepuszcza się ochłodzony produkt wejściowy do kolumny i rozdziela go wewnątrz kolumny poprzez rektyfikację kriogeniczną na płyn wzbogacony w hel i pierwszy płyn resztkowy, po czym ogrzewa się pierwszy płyn resztkowy poprzez pośrednią wymianę ciepła z produktem wejściowym ochładzając go, a potem częściowo skrapla się płyn wzbogacony w hel pobrany z kolumny wytwarzając pary nieoczyszczonego helu i drugiego płynu resztkowego, przy czym następnie odzyskuje się pary nieoczyszczonego helu w postaci produktu stanowiącego nieoczyszczony hel, znamienny tym, że podczas ochładzania produktu wejściowego (1) produkt wejściowy (3) zawiera hel w ilości od 0,1 do 5,0% molowych, dwutlenek węgla w ilości powyżej 1,0% molowego i węglowodór przy temperaturze w zakresie od 116,3 K do 227,4 K, która to temperatura jest wystarczająca do ochłodzenia, ale nie do zamrożenia dwutlenku węgla w produkcie wejściowym, przy czym po częściowym skropleniu płynu (11) wzbogaconego w hel, ogrzewa się bezpośrednio płyn resztkowy (16) i nieoczyszczone pary helu (23) poprzez pośrednią wymianę ciepła z płynem (11) wzbogaconym w hel, który częściowo skrapla się w punkcie przeciwnym do punktu, w którym wytwarza się płyn resztkowy (16), przy czym parę (5) wychodzącą z kolumny (4) skrapla się poprzez pośrednią wymianę ciepła z drugim płynem resztkowym, a powstałą ciecz (7) odprowadza się do kolumny, natomiast drugi płyn resztkowy (16) zawraca się jako strumień węglowodoru (20) o niskim ciśnieniu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadza się do pośredniej wymiany ciepła między częścią płynu resztkowego (21) i cieczą (7) powstałą ze skroplenia pary (5).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto doprowadza się do pośredniej wymiany ciepła między parami nieoczyszczonego helu i chłodzącym produktem wejściowym (1).
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto doprowadza się do pośredniej wymiany ciepła między drugim płynem resztkowym i chłodzącym produktem wejściowym (1).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto odparowuje się płyn (30) z dolnej części kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej (4) poprzez pośrednią wymianę ciepła z częścią (33) produktu (1) i przypuszcza się obydwa płyny (32,35) pochodzące z tej pośredniej wymiany ciepła do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej.
6. Urządzenie do wytwarzania nieoczyszczonego helu, zawierające wymiennik ciepła o wyższej temperaturze, kriogeniczną kolumnę oraz elementy przepuszczające produkt wejściowy z wymiennika ciepła o wyższej temperaturze do kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej oraz wymiennik ciepła o niższej temperaturze i elementy przepuszczające płyn z górnej części kriogenicznej kolumny rektyfikacyjnej do wymiennika ciepła o niższej temperaturze, a ponadto urządzenie zawiera elementy przepuszczające płyn z dolnej części kolumny do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze, i separator fazowy oraz elementy przepuszczające płyn z wymiennika ciepła o niższej temperaturze do separatora fazowego oraz elementy do odzyskiwania płynu pobranego ze strefy pary separatora fazowego, znamienne tym, że kriogeniczna kolumna rektyfikacyjna (4) posiada skraplacz (6), a poza tym urządzenie zawiera elementy przepuszczające płyn ze strefy płynu separatora fazowego (15) do wymiennika ciepła (12) o niższej temperaturze, elementy przepuszczające płyn z tego wymiennika do skraplacza (16), elementy przepuszczające płyn ze strefy pary separatora fazowego (15) do wymiennika ciepła (12) i elementy zawracające płyn pobrany ze strefy płynu separatora fazowego (15).
7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera elementy przepuszczające płyn z dolnej części kolumny (4) do skraplacza (6).

172 492
8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera elementy przepuszczające płyn ze skraplacza (6) do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze (2).
9. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że elementy do odzyskiwania płynu pobranego ze strefy pary separatora fazowego (15) zawierają elementy przepuszczające płyn z wymiennika ciepła o niższej temperaturze (12) do wymiennika ciepła o wyższej temperaturze (2).
10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera odzysknikowy wymiennik ciepła (31) kolumny (4) i elementy przepuszczające produkt (1) do wymiennika (31) i z tego wymiennika do kolumny.