RU2054609C1 - Air separation method - Google Patents
Air separation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054609C1 RU2054609C1 SU4887951A RU2054609C1 RU 2054609 C1 RU2054609 C1 RU 2054609C1 SU 4887951 A SU4887951 A SU 4887951A RU 2054609 C1 RU2054609 C1 RU 2054609C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- air
- expansion
- air stream
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике получения продуктов разделения методом низкотемпературной ректификации и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. The invention relates to techniques for producing separation products by the method of low temperature distillation and can be used in chemical and other industries.
Известен способ разделения воздуха, реализованный в устройстве [1] включающий сжатие воздуха, очистку его, охлаждение, ректификацию в колоннах предварительного и окончательного разделения, расширение газообразного азота из колонны предварительного разделения в детандере. A known method of air separation, implemented in the device [1], comprising compressing the air, purifying it, cooling, distillation in the columns of preliminary and final separation, the expansion of gaseous nitrogen from the column of preliminary separation in the expander.
Недостатком аналога является недостаточное количество продуктов, отбираемых в жидком виде. The disadvantage of the analogue is the insufficient number of products selected in liquid form.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ разделения воздуха, реализованный в устройстве [1] включающий сжатие воздуха, его очистку, разделение на два потока, первый из которых направляют на охлаждение, а второй на дожатие, охлаждение дожатого потока воздуха и расширение его в детендере, ректификацию воздуха в колоннах предварительного и окончательного разделения, расширение газообразного азота из колонны предварительного разделения в детандере, получение части продуктов разделения в жидком виде. The closest in technical essence to the claimed invention is a method of air separation, implemented in the device [1] comprising compressing the air, purifying it, dividing it into two streams, the first of which is directed to cooling, and the second to squeeze, cool the compressed air stream and expand it in the expander, rectification of air in the preliminary and final separation columns, expansion of gaseous nitrogen from the preliminary separation column in the expander, obtaining part of the separation products in liquid e.
Недостатком данного способа является низкая эффективность, обусловленная тем, что работа двух турбодетандеров на низком температурном уровне приводит к низкой холодопроизводительности, а следовательно, к увеличению удельных энергозатрат. The disadvantage of this method is the low efficiency due to the fact that the operation of two turboexpander at a low temperature level leads to low cooling capacity and, consequently, to an increase in specific energy consumption.
Кроме того, в этом способе энергия расширения азота в детандере передается на компрессор, сжимающий этот же поток азота, что обуславливает необходимость подогрева до температуры окружающей среды азота и его повторного охлаждения и приводит к увеличению потерь от недорекуперации и гидравлического сопротивления. In addition, in this method, the expansion energy of nitrogen in the expander is transferred to a compressor that compresses the same nitrogen stream, which necessitates heating the nitrogen to its ambient temperature and re-cooling it and leads to an increase in losses from under-recovery and hydraulic resistance.
Цель изобретения увеличение извлечения жидких продуктов, снижение удельных энергозатрат и капитальных затрат может быть осуществлено за счет последовательного сжатия второго потока воздуха, деления его на части после охлаждения, дополнительного охлаждения одной из его частей. The purpose of the invention is the increase in the extraction of liquid products, the reduction of specific energy and capital costs can be achieved by sequentially compressing the second air stream, dividing it into parts after cooling, additional cooling of one of its parts.
Для этого в способе разделения воздуха с получением части продукта в жидком виде путем его сжатия, очистки и разделения на два потока, первый из которых охлаждают продуктами разделения и направляют на ректификацию в колонны предварительного и окончательного разделения, второй поток перед подачей на ректификацию дожимают, охлаждают и расширяют со снятием энергии расширения, а полученный после ректификации азот из колонны предварительного разделения расширяют со снятием энергии расширения, дожатие второго потока воздуха осуществляют в двух ступенях, причем в первой ступени за счет энергии расширения этого потока, а от второго потока воздуха после охлаждения отбирают часть, дополнительно охлаждают ее до температуры на 1-5оС выше температуры начала ожижения, затем ожижают азотом из колонны предварительного разделения и направляют на ректификацию в середину этой колонны, причем от первого потока воздуха после охлаждения отбирают часть, дополнительно охлаждают ее, дросселируют и направляют на ректификацию в середину колонны предварительного разделения, азот перед подачей на расширение нагревают вторым потоком воздуха после расширения, от азота перед нагревом его вторым потоком воздуха отбирают часть и эту часть нагревают первым потоком воздуха и частью второго потока воздуха, отобранной после охлаждения, и направляют на расширение, второй поток воздуха перед подачей на ректификацию дополнительно охлаждают азотом после чего расширения, азот расширяют до давления 0,15-0,3 МПа и при этом давлении выдают потребителю.To do this, in the method of separation of air to obtain part of the product in liquid form by compressing, purifying and separating it into two streams, the first of which is cooled by separation products and sent for rectification in the columns of preliminary and final separation, the second stream is squeezed before being fed to the rectification, cooled and expand with the removal of expansion energy, and the nitrogen obtained after rectification from the preliminary separation column is expanded with removal of expansion energy, the second air stream is pressed in two stages, wherein in the first stage due to the expansion energy of the stream and the second stream of air after cooling the withdrawn portion is further cooled to a temperature of 1-5 ° C above the onset temperature of liquefaction of nitrogen then liquefied prior separation column and sent to rectification in the middle of this column, and a part is taken from the first air stream after cooling, it is additionally cooled, throttled and sent to rectification in the middle of the preliminary separation column, nitrogen before feeding it is heated for expansion by a second air stream after expansion, part is taken from nitrogen before heating with its second air stream and this part is heated by the first air stream and part of the second air stream, selected after cooling, and sent to the expansion, the second air stream, before additional rectification cooled with nitrogen followed by expansion, nitrogen expanded to a pressure of 0.15-0.3 MPa and at this pressure issued to the consumer.
Сущность изобретения заключается в том, что дожатие второго потока воздуха осуществляют последовательно в двух ступенях за счет энергии расширения азота, после охлаждения делят на части и одну часть дополнительно охлаждают. Холодопроизводительность турбодетандеров в заявляемом изобретении выше, чем у прототипа (повышение удельной холодопроизводительности на м3 перерабатываемого воздуха) при сохранении неизменных соотношений в узле ректификации. Повышение холодопроизводительности приводит к повышению доли жидких продуктов, к сохранению суммарного извлечения газообразных и жидких продуктов и, следовательно, к уменьшению энергозатрат и приведенных затрат.The essence of the invention lies in the fact that the compression of the second air stream is carried out sequentially in two stages due to the energy of expansion of nitrogen, after cooling is divided into parts and one part is additionally cooled. The cooling capacity of the turbo-expanders in the claimed invention is higher than that of the prototype (increase in specific cooling capacity per m 3 of processed air) while maintaining constant ratios in the rectification unit. An increase in cooling capacity leads to an increase in the proportion of liquid products, to the preservation of the total extraction of gaseous and liquid products, and, consequently, to a reduction in energy costs and reduced costs.
Сравнение предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применяемости. A comparison of the proposed and known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of novelty, inventive step and industrial applicability.
На чертеже схематично изображено устройство, с помощью которого реализован заявляемый способ. The drawing schematically shows a device with which the inventive method is implemented.
Устройство содержит компрессор 1, трубопроводами 2,3 соединенный с теплой секцией основного теплообменника 4 и холодной секцией теплообменника 5. Холодная секция теплообменника 5 посредством трубопроводов соединена с теплообменником 6, который, в свою очередь, посредством трубопроводов соединен с колонной 7 предварительного разделения. The device comprises a
Компрессор 1 трубопроводами 2,8 соединен с компрессорами 9, 10 и трубопроводом 11 с теплой секцией основного теплообменника 4. Теплая секция основного теплообменника 4 трубопроводом 12 соединена с детандером 13, который трубопроводом 14 соединен с колонной 15 окончательного разделения. Теплая секция основного теплообменника 4 трубопроводом 16 соединена с холодной секцией основного теплообменника 5 и ожижителем 17 воздуха.
Колонна 7 предварительного разделения трубопроводом 18 соединена с детандером 19. Теплообменник 6 посредством трубопровода 20 соединен с колонной 7 предварительного разделения. Турбодетандер 19 трубопроводом 21 соединен с дополнительным теплообменником 22. Детандер 13 трубопроводом 14 соединен с дополнительным теплообменником 23. Теплообменник 24 трубопроводом 25 соединен с колонной 7 предварительного разделения. The pre-separation column 7 is connected by a
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Воздух после компрессора 1 охлаждают, очищают и с температурой 280 К и давлением 0,66 МПа направляют в трубопровод 2 и делят на два потока: первый и второй потоки. Первый поток воздуха по трубопроводу 3 направляют на охлаждение за счет подогрева продуктов разделения в теплую секцию основного теплообменника 4 и холодную секцию основного теплообменника 5, затем дополнительно охлаждают в теплообменнике 6 и по трубопроводу 20 направляют в колонну 7 предварительного разделения. The air after
Второй поток воздуха по трубопроводу 8 направляют в компрессор 9 на дожатие, а затем направляют в компрессор 10, где его еще раз дожимают до давления 1,3 МПа и по трубопроводу 11 подают на охлаждение в теплую секцию теплообменника 4. После теплообменника 4 второй поток воздуха делят на две части. Одну часть по трубопроводу 12 направляют на расширение в турбодетандер 13 и далее по трубопроводу 14 направляют в колонну 15 окончательного разделения. Вторую часть второго потока воздуха по трубопроводу 16 направляют на дополнительное охлаждение в холодильную секцию теплообменника 5, после чего эту часть дополнительно охлаждают и ожижают в ожижителе 17 воздуха и дросселируют в середину колонны 7 предварительного разделения. The second air stream through
Азот из колонны 7 предварительного разделения по трубопроводу 18 направляют в ожижитель 17 воздуха, дополнительный теплообменник 23 и подают на расширение в детандер 19, после детандера 19 расширенный азот по трубопроводу 21 направляют в дополнительный теплообменник 22, затем в теплообменник 6, далее в холодильную секцию основного теплообменника 5, в теплую секцию основного теплообменника 4 и выдают потребителю. Nitrogen from the preliminary separation column 7 is sent through
П р и м е р. Воздух после компрессора 1 делят на два потока: первый и второй. PRI me R. The air after
Второй поток воздуха с температурой 280 К и давлением 0,66 МПа направляют по трубопроводу 8 в компрессор 9, где его дожимают за счет энергии расширения азота в детандере 19 до давления 0,86 МПа, при этом давлении его подают в компрессор 10, где его дожимают за счет энергии расширения воздуха в детандере 13 до давления 1,3 МПа и по трубопроводу 11 направляют в теплую секцию основного теплообменника 4. После теплообменника 4 второй поток воздуха делят на части, одну часть по трубопроводу 12 с температурой 150-200 К направляют в турбодетандер 13 на расширение, после чего по трубопроводу 14 подают в колонну 15 окончательного разделения 15. The second air stream with a temperature of 280 K and a pressure of 0.66 MPa is sent via
Другую часть второго потока воздуха по трубопроводу 16 направляют в холодильную секцию основного теплообменника 5, где охлаждают до температуры 112 К и направляют в ожижитель 17 воздуха, где эту часть дополнительно охлаждают и ожижают за счет подогрева азота, подаваемого на расширение в турбодетандер 19, ожиженный поток воздуха дросселируют в середину колонны 7 предварительного разделения. Первый поток воздуха охлаждают в теплой секции основного теплообменника 4, холодной секции основного теплообменника 5, далее дополнительно охлаждают в теплообменнике 6 и затем или весь поток по трубопроводу 20 направляют в колонну 7 предварительного разделения или, в случае необходимости устранения конденсации воздуха в теплообменнике 6, этот поток после теплообменника 6 делят на части, часть по трубопроводу 20 направляют в колонну 7, а часть дополнительно охлаждают и ожижают в теплообменнике 24 до температуры 98 К и по трубопроводу 25 дросселируют в середину колонны 7. Another part of the second air stream through
Азот, подаваемый из колонны 7 предварительного разделения по трубопроводу 18 на расширение, после подогрева в ожижителе 17 воздуха подогревают в дополнительном теплообменнике 23 за счет охлаждения расширенного в детандере 13 воздуха и с температурой 108-113 К направляют на расширение в детандер 19. Для регулирования вышеуказанной температуры после ожижителя 17 можно подогревать часть азота в холодной секции теплообменника 5 за счет охлаждения первого потока воздуха и одной части второго потока воздуха, после чего эту часть азота подмешивают к части азота, подогретой в дополнительном теплообменнике 23. The nitrogen supplied from the pre-separation column 7 through the
Расширенный в детандере 13 воздух после охлаждения в дополнительном теплообменнике 23 дополнительно охлаждают в дополнительном теплообменнике 22 и направляют в колонну 15 окончательного разделения. The air expanded in expander 13 after cooling in the
Расширенный в детандере 19 азот до давления 0,15-0,3 МПа по трубопроводу 21 выдают потребителю. Nitrogen expanded in expander 19 to a pressure of 0.15-0.3 MPa is supplied to the consumer via
Если температура азота, подаваемого в турбодетандер 19, будет меньше 108 К, то возможно образование жидкого азота в проточной части турбодетандера, что нежелательно, так как при этом понижается эффективность машины и требуется принятие мер для отделения жидкости. If the temperature of the nitrogen supplied to the
Если температура азота, подаваемого в турбодетандер 19, будет больше 113 К, то это приведет к понижению температуры перед турбодетандером 13, в результате чего суммарная эффективность понизится. If the temperature of the nitrogen supplied to the
При расширении азота в турбодетандере 19 до давления меньше 0,15 МПа исключается возможность транспортирования продукционного азота без дополнительной компрессии, а при расширении азота более 0,3 МПа существенно снижается холодопроизводительность турбодетандера. With the expansion of nitrogen in the
Реализация заявляемого технического решения позволит уменьшить удельные затраты энергии на 8
Кроме экономического эффекта за счет снижения расхода энергии, будет получен также дополнительный эффект за счет снижения капитальных затрат. Капитальные затраты будут уменьшены за счет увеличения степени извлечения жидких продуктов на 25% а также за счет исключения специального компрессора для сжатия продукционного азота.The implementation of the proposed technical solution will reduce the specific energy consumption by 8
In addition to the economic effect of reducing energy consumption, an additional effect will also be obtained by reducing capital costs. Capital costs will be reduced by increasing the degree of extraction of liquid products by 25% and also by eliminating a special compressor for compressing production nitrogen.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4887951 RU2054609C1 (en) | 1990-12-04 | 1990-12-04 | Air separation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4887951 RU2054609C1 (en) | 1990-12-04 | 1990-12-04 | Air separation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2054609C1 true RU2054609C1 (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=21548322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4887951 RU2054609C1 (en) | 1990-12-04 | 1990-12-04 | Air separation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054609C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580571C2 (en) * | 2011-03-25 | 2016-04-10 | Линде Акциенгезелльшафт | Device for low-temperature air separation |
RU2584624C1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-05-20 | Виталий Леонидович Бондаренко | Low-temperature separation method for gas mixtures having different condensation temperature of components |
RU2690550C2 (en) * | 2014-07-05 | 2019-06-04 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device for low-temperature air separation with variable power consumption |
RU2696846C2 (en) * | 2014-07-05 | 2019-08-06 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device for production of compressed gaseous product by means of low-temperature air separation |
RU2721195C2 (en) * | 2015-12-07 | 2020-05-18 | Линде Акциенгезелльшафт | Low-temperature air separation method and air separation plant |
-
1990
- 1990-12-04 RU SU4887951 patent/RU2054609C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H. Springmann. Variable oxygen sypply Systenes Cryogenic Processes and Eguipment, 1984, The fifth intersocietyoryogenies Syneposium, ASME, New, Orleans, La, New Jork, USA, December, 9-14, 1984. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580571C2 (en) * | 2011-03-25 | 2016-04-10 | Линде Акциенгезелльшафт | Device for low-temperature air separation |
RU2690550C2 (en) * | 2014-07-05 | 2019-06-04 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device for low-temperature air separation with variable power consumption |
RU2691210C2 (en) * | 2014-07-05 | 2019-06-11 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device for low-temperature air separation with variable power consumption |
RU2696846C2 (en) * | 2014-07-05 | 2019-08-06 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device for production of compressed gaseous product by means of low-temperature air separation |
RU2584624C1 (en) * | 2014-10-22 | 2016-05-20 | Виталий Леонидович Бондаренко | Low-temperature separation method for gas mixtures having different condensation temperature of components |
RU2721195C2 (en) * | 2015-12-07 | 2020-05-18 | Линде Акциенгезелльшафт | Low-temperature air separation method and air separation plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU743583B2 (en) | Liquefying a stream enriched in methane | |
US3214925A (en) | System for gas separation by rectification at low temperatures | |
CN1025068C (en) | Method and apparatus for separating air by means of rectification | |
US4152130A (en) | Production of liquid oxygen and/or liquid nitrogen | |
US6962062B2 (en) | Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation | |
US3500651A (en) | Production of high pressure gaseous oxygen by low temperature rectification of air | |
US3083544A (en) | Rectification of gases | |
US20160025408A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
CN111406192B (en) | Cryogenic rectification method and apparatus for producing pressurized air by expander booster braked in conjunction with nitrogen expander | |
CN111527361B (en) | Method and equipment for producing air product based on cryogenic rectification | |
CN101925790A (en) | Method and device for low-temperature air separation | |
CN1069329A (en) | The method and apparatus of seperating air by rectification | |
JPH05157448A (en) | Cryogenic method separating supply air flow into component | |
NO166224B (en) | METHOD AND DEVICE FOR GAS-NITROGEN PREPARATION AT LOW TEMPERATURE DISTILLATION OF AIR. | |
EP0425738A1 (en) | Process for the production of high pressure nitrogen with split reboil-condensing duty | |
CN113405318A (en) | Device for producing pure nitrogen by using single rectifying tower and using method thereof | |
CA2058847C (en) | Air separation | |
CN104807290A (en) | Device and method for preparing low-pressure nitrogen gas by using single-tower double-backflow expansion | |
EP1167904A1 (en) | Cryogenic rectification system with pulse tube refrigeration | |
EP0269343A2 (en) | Air separation | |
US5730004A (en) | Triple-column for the low-temperature separation of air | |
RU2054609C1 (en) | Air separation method | |
CN216716763U (en) | Device for producing pure nitrogen by using single rectifying tower | |
JP3190016B2 (en) | Low-temperature distillation method for feed air producing high-pressure nitrogen | |
US3264831A (en) | Method and apparatus for the separation of gas mixtures |