RU2069293C1 - Cryogenic method of producing nitrogen from air - Google Patents

Cryogenic method of producing nitrogen from air Download PDF

Info

Publication number
RU2069293C1
RU2069293C1 SU904830924A SU4830924A RU2069293C1 RU 2069293 C1 RU2069293 C1 RU 2069293C1 SU 904830924 A SU904830924 A SU 904830924A SU 4830924 A SU4830924 A SU 4830924A RU 2069293 C1 RU2069293 C1 RU 2069293C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrogen
air
oxygen
pressure column
column
Prior art date
Application number
SU904830924A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Ха Бао
Original Assignee
Ликвид Эйр Инджиниринг Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ликвид Эйр Инджиниринг Корпорейшн filed Critical Ликвид Эйр Инджиниринг Корпорейшн
Application granted granted Critical
Publication of RU2069293C1 publication Critical patent/RU2069293C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation 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
    • F25J3/04309Generation 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation 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
    • F25J3/0429Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation 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
    • F25J3/04321Generation 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 oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04424Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system without thermally coupled high and low pressure columns, i.e. a so-called split columns
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/42Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air

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)

Abstract

FIELD: cryogenic engineering; plants for separation of air by low-temperature rectification method. SUBSTANCE: compressed purified air is cooled and is divided into two parts; one part of air is introduced into high-pressure column for separation into first fractions enriched with nitrogen and oxygen, second part of air is condensed, evaporated and is fed to low-pressure column where it is separated into second fractions enriched with nitrogen and oxygen. Evaporation of part of condensed air is effected by indirect heat exchange with first fraction enriched with nitrogen; first fraction enriched with oxygen is directed to low-pressure column for separation. EFFECT: enhanced efficiency. 10 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области процессов разделения воздуха и, в частности, к способу и устройству для получения азота, кислорода и/или аргона из воздуха, в которых сжиженный воздух используется в качестве теплообменной среды конденсера колонны высокого давления, благодаря чему обеспечивается энергетическая эффективность процесса. The present invention relates to the field of air separation processes and, in particular, to a method and apparatus for producing nitrogen, oxygen and / or argon from air, in which liquefied air is used as a heat transfer medium of a condenser of a high pressure column, thereby ensuring the energy efficiency of the process.

Существующие способы криогенного разделения воздуха предусматривают фильтрацию подаваемого воздуха для удаления мелких частиц, после чего осуществляется сжатие воздуха для сообщения ему необходимой для разделения энергии. Как правило, подаваемый воздух затем охлаждают и пропускают через адсорбенты для удаления загрязнений и, в частности, двуокиси углерода и паров воды. Получаемый воздушный поток затем подвергают криогенной дистилляции. Existing methods of cryogenic separation of air include filtering the supplied air to remove fine particles, after which air is compressed to communicate the energy necessary for separation. Typically, the supplied air is then cooled and passed through adsorbents to remove contaminants and, in particular, carbon dioxide and water vapor. The resulting air stream is then subjected to cryogenic distillation.

Криогенная дистилляция или разделение воздуха предусматривают подачу воздуха под высоким давлением в одну или несколько сепарационных колонн, работающих при криогенных температурах, где составляющие воздух компоненты и, в частности, кислород, азот, аргон и благородные газы могут быть разделены путем дистилляции. Cryogenic distillation or separation of air involves supplying high pressure air to one or more separation columns operating at cryogenic temperatures, where the components of the air and, in particular, oxygen, nitrogen, argon and noble gases can be separated by distillation.

Процесс криогенного разделения, включающий контакт жидкой и паровой фаз, зависит от разности давлений насыщенных паров соответствующих составляющих воздух компонентов. Компоненты, имеющие более высокое давление насыщенных паров, что означает более летучие компоненты, имеющие более низкую температуру кипения, стремятся сконцентрироваться в паровой фазе. Компоненты, имеющие более низкое давление насыщенных паров, что означает менее летучие компоненты, имеющие более высокую температуру кипения, стремятся сконцентрироваться в жидкой фазе. The cryogenic separation process, including the contact of the liquid and vapor phases, depends on the pressure difference of the saturated vapors of the corresponding components of the air. Components having a higher saturated vapor pressure, which means more volatile components having a lower boiling point, tend to concentrate in the vapor phase. Components having a lower saturated vapor pressure, which means less volatile components having a higher boiling point, tend to concentrate in the liquid phase.

Процесс сепарации, предусматривающий нагрев жидкой смеси для концентрации летучих компонентов в паровой фазе и менее летучих компонентов в жидкой фазе это и есть дистилляция. Частичная конденсация это процесс сепарации, в котором смесь паров охлаждают, для того чтобы сконцентрировать летучий компонент или компоненты в паровой фазе и в то же время сконцентрировать менее летучий компонент или компоненты в жидкой фазе. The separation process, which involves heating the liquid mixture to concentrate volatile components in the vapor phase and less volatile components in the liquid phase, is distillation. Partial condensation is a separation process in which the vapor mixture is cooled in order to concentrate the volatile component or components in the vapor phase and at the same time to concentrate the less volatile component or components in the liquid phase.

Процесс, в котором осуществлено соединение последовательных частичных испарений и конденсаций, в котором осуществляют обработку в противотоке паровой и жидкой фаз, называют ректификацией (или иногда употребляют термин непрерывное дистиллирование). Взаимодействие в противотоке паровой и жидкой фаз осуществляется адиабатически и может предусматривать интегральный или дифференциальный контакт между фазами. A process in which successive partial vapors and condensations are combined, in which countercurrent treatment of the vapor and liquid phases is carried out, is called rectification (or the term continuous distillation is sometimes used). The interaction in the counterflow of the vapor and liquid phases is adiabatic and may include integral or differential contact between the phases.

Устройство, используемое для реализации сепарационного процесса, в котором использованы принципы ректификации для разделения смесей, часто называют ректификационной колонной, дистилляционной колонной или фракционирующей колонной. The device used to carry out the separation process, which uses the principles of distillation to separate mixtures, is often called a distillation column, distillation column or fractionation column.

В тексте настоящего описания и формулы изобретения термин "колонна" означает дистиллиционную или фракционирующую колонну или зону. Такое устройство может быть также охарактеризовано как контактирующая колонна или зона, где жидкая и паровая фазы приводятся в контакт в противотоке с целью сепарирования текучей смеси. В качестве примера можно говорить об осуществлении контакта паровой и жидкой фаз на последовательности вертикально расположенных в пространстве тарелок, которые часто выполняются с отверстиями или изогнутыми в виде волны и которые проходят поперек колонны перпендикулярно к ее центральной оси. В местах расположения тарелок могут использоваться наполнительные материалы для заполнения колонны. In the text of the present description and claims, the term "column" means a distillation or fractionation column or zone. Such a device can also be characterized as a contacting column or zone where the liquid and vapor phases are brought into contact in countercurrent to separate the fluid mixture. As an example, we can talk about the contact of the vapor and liquid phases on a sequence of plates vertically located in space, which are often made with holes or curved in the form of a wave and which extend across the column perpendicular to its central axis. At the locations of the plates, filler materials may be used to fill the column.

Используемый ниже термин "двойная колонна" относится к колонне более высокого давления, в верхней части которой осуществляется теплообмен с нижней частью, имеющей пониженное давление. As used below, the term "double column" refers to a higher pressure column in the upper part of which heat is exchanged with a lower part having a reduced pressure.

Выражение "стандартный способ и устройство для разделения воздуха", используемое ниже, относится к способу и устройству, описанным выше, а также к другим способам разделения воздуха, известным специалистам в данной отрасли техники. The expression "standard method and device for air separation", used below, refers to the method and device described above, as well as to other methods of air separation known to specialists in this field of technology.

В настоящем описании и формуле изобретения выражение "непря- мой теплообмен" означает приведение в состояние теплообмена двух потоков текучих сред без какого-либо физического контакта или перемешивании. In the present description and claims, the expression "indirect heat transfer" means bringing into a state of heat exchange two fluxes of fluids without any physical contact or stirring.

Исторически азот, кислород и/или аргон получали одним из двух основных технологических способов, которые предусматривали использование технологии получения с одной колонной или с двумя колоннами. Historically, nitrogen, oxygen and / or argon was obtained by one of two main technological methods, which involved the use of production technology with one column or with two columns.

Что касается азота, способ с одной колонной позволяет получить достаточно высококачественный газообразный и жидкий азот при давлениях в пределах от 6 до 10 барр. Получение азота ограничено состоянием равновесия, наступающим на дне колонны. Как правило, способ позволяет получать азот в количестве примерно 50 60 процентов от содержания азота в подаваемом в процесс воздухе. As for nitrogen, the single-column method allows to obtain a sufficiently high-quality gaseous and liquid nitrogen at pressures ranging from 6 to 10 barrels. The production of nitrogen is limited by the equilibrium state that occurs at the bottom of the column. Typically, the method allows you to get nitrogen in an amount of about 50 to 60 percent of the nitrogen content in the air supplied to the process.

В технологическом процессе с двумя колоннами азот получают при давлении в пределах от одного до четырех барр. Такая технология более эффективна, чем технология с одной колонной и позволяет получать до 90 процентов азота и даже более от количества азота, содержащегося в подаваемом в процесс воздухе. Как правило, колонны совмещаются с конденсором-испарителем, разделяющим две колонны. Поскольку описываемый способ позволяет получать азот при сравнительно низком давлении, часто оказывается необходимым дальнейшее сжатие азота, что увеличивает стоимость производства. In a two-column process, nitrogen is obtained at a pressure in the range of one to four barrels. This technology is more effective than the technology with a single column and allows you to get up to 90 percent of nitrogen and even more from the amount of nitrogen contained in the air supplied to the process. As a rule, the columns are combined with a condenser-evaporator separating the two columns. Since the described method allows to obtain nitrogen at a relatively low pressure, it is often necessary to further compress nitrogen, which increases the cost of production.

В известном технологическом процессе с двумя колоннами воздух разделяют путем криогенной дистилляции или возгонки для получения потока богатого азотом, т.е. богатой азотом фракции в верхней части колонны высокого давления и потока богатого кислородом в нижней части. Поток богатый азотом направляют в верхнюю часть колонны низкого давления, чтобы образовать в этой колонне обратный поток. Нижний поток богатый кислородом подают в колонну низкого давления для дальнейшей сепарации. In a known two-column process, air is separated by cryogenic distillation or sublimation to obtain a nitrogen rich stream, i.e. nitrogen-rich fractions in the upper part of the high-pressure column and a stream of oxygen-rich in the lower part. The nitrogen rich stream is directed to the top of the low pressure column to form a reverse flow in this column. The bottom stream rich in oxygen is fed to the low pressure column for further separation.

В колонне низкого давления подаваемый поток далее разделяется путем криогенной дистилляции на поток богатый кислородом или фракцию содержащую кислород в донной части и поток богатый азотом или азотную фракцию в верхней части. Верхний поток может далее отбираться уже как конечный азотный продукт. В двойной колонне колонны высокого и низкого давлений термически связаны через конденсор-испаритель. Таким образом, в известном технологическом способе с двумя колоннами фракция азота, выходящая из колонны высокого давления, конденсируется при испарении фракции, содержащей кислород, в колонне низкого давления. In the low-pressure column, the feed stream is further separated by cryogenic distillation into an oxygen rich stream or a fraction containing oxygen in the bottom and a stream rich in nitrogen or a nitrogen fraction in the upper part. The upper stream can then be selected already as the final nitrogen product. In the double column, the high and low pressure columns are thermally connected through a condenser-evaporator. Thus, in the known two-column process method, the nitrogen fraction exiting the high-pressure column condenses upon evaporation of the oxygen-containing fraction in the low-pressure column.

При заданном давлении в колонне низкого давления давление воздуха, подаваемого в колонну высокого давления, обуславливается составом испаряемого потока, содержащего кислород, разностью температур конденсора колонны высокого давления и испарителя колонны низкого давления и до некоторой степени составом конденсируемого обогащенного азотом потока, в достаточной степени очищенного от других составляющих. At a given pressure in the low-pressure column, the pressure of the air supplied to the high-pressure column is determined by the composition of the vaporized stream containing oxygen, the temperature difference between the condenser of the high-pressure column and the evaporator of the low-pressure column, and to some extent the composition of the condensed nitrogen-rich stream, sufficiently purified from other components.

Другие известные технологические схемы представляют собой вариации вышеописанных процессов в одной колонне или в двойной колонне, причем могут присутствовать и различные дополнительные признаки, например дополнительный верхний конденсатор или донный испаритель. Other well-known technological schemes are variations of the above processes in a single column or in a double column, and various additional features, for example, an additional top condenser or bottom evaporator, may be present.

Предлагаемое изобретение представляет собой способ эффективного, с точки зрения расхода энергии, получения азота, кислорода и аргона. The present invention is a method effective from the point of view of energy consumption, the production of nitrogen, oxygen and argon.

Существо изобретения состоит в использовании ожиженного и испаряемого воздуха в качестве нагревательной и охлаждающей сред между колоннами высокого и низкого давления. Ранее для этого использовался азот. The essence of the invention is the use of liquefied and evaporated air as a heating and cooling medium between high and low pressure columns. Previously, nitrogen was used for this.

Далее изобретение излагается во всех деталях применительно к получению азота, однако следует понимать, что в равной степени изобретение применено для получения кислорода и аргона. Специалистам в данной отрасли техники будет очевидно, каким образом оптимизировать температуру, давление и другие рабочие параметры для оптимизации получения кислорода и/или аргона в качестве целевых продуктов. Особое преимущество использования воздуха в качестве нагревающей и охлаждающей среды состоит в том, что для его конденсации требуется меньше энергии, чем для конденсации газа богатого азотом. Поскольку основные расходы энергии связаны со сжатием газов, более низкое давление, необходимое для конденсации воздуха при данной температуре, обеспечивает и меньшую стоимость по сравнению с конденсацией азота. Например, азот конденсируется при давлении 7 барр и температуре минус 180 градусов Цельсия. В противоположность этому для конденсации воздуха необходимо давление только в 6 барр при температуре минус 178 градусов Цельсия. Таким образом, разница в температуре в два градуса Цельсия и разность давлений в один барр обеспечивают экономию энергии и соответственно затрат на нее в предлагаемом способе. The invention is further described in detail in relation to the production of nitrogen, however, it should be understood that the invention is equally applied to the production of oxygen and argon. It will be apparent to those skilled in the art how to optimize temperature, pressure and other operating parameters to optimize the production of oxygen and / or argon as target products. A particular advantage of using air as a heating and cooling medium is that it requires less energy to condense than to condense a nitrogen-rich gas. Since the main energy expenditures are associated with the compression of gases, the lower pressure required to condense air at a given temperature also provides a lower cost than nitrogen condensation. For example, nitrogen condenses at a pressure of 7 barrels and a temperature of minus 180 degrees Celsius. In contrast, air condensation only requires a pressure of 6 barrels at a temperature of minus 178 degrees Celsius. Thus, the temperature difference of two degrees Celsius and the pressure difference of one barrels provide energy savings and, accordingly, costs for it in the proposed method.

В известных способах, когда азот используют в качестве нагревающей и охлаждающей среды между колоннами высокого и низкого давлений, оказывается необходимым сжимать подаваемый воздух до более высокого давления подачи, необходимого для азота. Таким образом, исходная экономия энергии обуславливается меньшими расходами на сжатие подаваемого воздуха. In known methods, when nitrogen is used as a heating and cooling medium between high and low pressure columns, it is necessary to compress the supply air to a higher supply pressure required for nitrogen. Thus, the initial energy savings are due to lower costs for compression of the supplied air.

Предлагаемый способ делает возможным получение высоко чистого азота в количествах более, чем 90 процентов от количества азота, содержащегося в подаваемом воздухе. Азот может быть получен при давлении в пределах от 3 до 15 барр, причем может быть получен азот как высокого, так и низкого давлений. Азот высокого и низкого давлений может быть получен как одновременно, так и порознь. Предлагаемый способ обеспечивает экономию энергии по сравнению с известными способами. The proposed method makes it possible to obtain highly pure nitrogen in amounts of more than 90 percent of the amount of nitrogen contained in the supplied air. Nitrogen can be obtained at pressures ranging from 3 to 15 barrels, and nitrogen can be obtained at both high and low pressures. High and low pressure nitrogen can be obtained both simultaneously and separately. The proposed method provides energy savings in comparison with known methods.

В соответствии с предлагаемым способом подаваемый воздух, очищенный от влаги и таких примесей как двуокись углерода и метан путем пропускания через молекулярные сита, окись алюминия, силикагель и подобные фильтры, сжимают и подают на теплообменник для теплообмена с отбираемыми продуктами. In accordance with the proposed method, the supplied air, purified from moisture and impurities such as carbon dioxide and methane by passing through molecular sieves, alumina, silica gel and similar filters, is compressed and fed to a heat exchanger for heat exchange with selected products.

В одном из воплощений подаваемый воздух разделяют на две фракции, одну фракцию подают в донную часть колонны высокого давления, а другую фракцию подают на конденсор-реиспаритель, расположенный в основании колонны низкого давления. Хорошие результаты удалось получить, используя две равные фракции подаваемого воздуха, хотя могут быть использованы и другие пропорции. In one embodiment, the feed air is divided into two fractions, one fraction is fed to the bottom of the high pressure column, and the other fraction is fed to a condenser-re-evaporator located at the base of the low pressure column. Good results were obtained using two equal fractions of the supplied air, although other proportions can be used.

В соответствии с другим воплощением, подаваемый воздух делят на три части. Две части подаваемого воздуха подают в колонну высокого давления и конденсор-реиспаритель в основании колонны низкого давления, как описывалось выше. Третью фракцию подвергают расширению для охлаждения всей установки и затем подают в колонну низкого давления для криогенного сепарирования. In accordance with another embodiment, the supplied air is divided into three parts. Two parts of the supplied air are supplied to the high-pressure column and the condenser-re-evaporator at the base of the low-pressure column, as described above. The third fraction is expanded to cool the entire plant and then fed to a low pressure column for cryogenic separation.

Первая часть подаваемого воздуха подвергается сепарации криогенным дистиллированием в колонне высокого давления на первую фракцию, обогащенную азотом, и первую жидкую фракцию, обогащенную кислородом. Жидкая фракция, обогащенная кислородом, выводится из основания колонны высокого давления и подается в колонну низкого давления. Вторая часть подаваемого воздуха, которая подается в конденсор-реиспаритель, расположенный в основании колонны низкого давления, конденсируется путем теплообмена с жидкой фракцией, обогащенной кислородом в донной части колонны низкого давления, которая, благодаря этому, испаряется. Полученный при этом ожиженный воздух в конденсоре-реиспарителе затем подают в верхний конденсор колонны высокого давления, где он испаряется путем непрямого теплообмена с первой обогащенной азотом паровой фракцией, полученной в колонне высокого давления. Благодаря этому, азот конденсируется. The first part of the supplied air is separated by cryogenic distillation in a high pressure column into a first fraction enriched with nitrogen and a first liquid fraction enriched with oxygen. The oxygen-rich liquid fraction is discharged from the base of the high pressure column and fed to the low pressure column. The second part of the supplied air, which is supplied to the condenser-re-evaporator located at the base of the low-pressure column, is condensed by heat exchange with the liquid fraction enriched with oxygen in the bottom of the low-pressure column, which, therefore, evaporates. The liquefied air thus obtained in the condenser-re-evaporator is then fed to the upper condenser of the high-pressure column, where it is evaporated by indirect heat exchange with the first nitrogen-rich vapor fraction obtained in the high-pressure column. Due to this, nitrogen condenses.

В одном из воплощений предлагаемого изобретения часть конденсированной обогащенной азотом фракции в колонне высокого давления отделяется и подается в колонну низкого давления для создания дополнительного потока. В то же время вторую часть подаваемого воздуха, которая была испарена при непрямом теплообмене с азотом в верхнем конденсоре колонны высокого давления, затем подают в колонну низкого давления для криогенной сепарации. In one embodiment of the invention, a portion of the condensed nitrogen enriched fraction in the high pressure column is separated and fed to the low pressure column to create an additional stream. At the same time, the second part of the supplied air, which was evaporated during indirect heat exchange with nitrogen in the upper condenser of the high pressure column, is then fed to the low pressure column for cryogenic separation.

В колонне низкого давления вторая часть подаваемого воздуха, а также часть фракции, обогащенной кислородом, из колонны высокого давления подвергаются сепарации на вторичный поток, обогащенный кислородом. In the low-pressure column, the second part of the supplied air, as well as part of the fraction enriched with oxygen, from the high-pressure column are separated into a secondary stream enriched with oxygen.

В следующем воплощении часть вторичного обогащенного азотом потока может быть отведена в качестве получаемого азота под высоким давлением, а остающаяся часть используется для обеспечения потока в колонне низкого давления. In a further embodiment, a portion of the secondary nitrogen-rich stream can be diverted as high pressure nitrogen to be produced, and the remaining part is used to provide the flow in the low pressure column.

В следующем воплощении часть отводимого азота под высоким давлением может быть подвергнута расширению для охлаждения всей установки и затем добавлена к потоку отводимого азота под низким давлением. In a further embodiment, a portion of the high pressure exhaust nitrogen can be expanded to cool the entire plant and then added to the low pressure exhaust nitrogen stream.

Вторичный, обогащенный кислородом поток, попадающий в донную часть колонны низкого давления, подвергается испарению при непрямом теплообмене с поступающей второй частью подаваемого воздуха, которая при этом конденсируется. В еще одном воплощении вторичная, обогащенная кислородом фракция, может также включать третью часть подаваемого воздуха, которая перед подачей в колонну низкого давления подвергается расширению. The secondary, oxygen-enriched stream entering the bottom of the low-pressure column undergoes evaporation during indirect heat exchange with the incoming second part of the supplied air, which condenses. In yet another embodiment, the secondary oxygen enriched fraction may also include a third of the supplied air, which undergoes expansion before being fed to the low pressure column.

Часть вторичного, обогащенного кислородом потока, подают в верхний конденсор колонны низкого давления, где она испаряется при теплообмене с поднимающимся азотом, который таким образом конденсируется. Испаренный таким образом вторичный обогащенный кислородом поток может быть выведен из верхнего конденсора в качестве отходящего газа и нагрет в дополнительном охладителе в процессе непрямого теплообмена с идущими в установке потоками и подаваемым воздухом. A portion of the secondary, oxygen-enriched stream is fed to the upper condenser of the low-pressure column, where it evaporates during heat exchange with rising nitrogen, which thus condenses. The secondary oxygen-enriched stream thus evaporated can be removed from the upper condenser as an exhaust gas and heated in an additional cooler during indirect heat exchange with the streams flowing into the installation and the supplied air.

При желании отходящий кислород может быть расширен для обеспечения охлаждения установки. Отходящий кислород, имеющий чистоту около 70 процентов, может быть также использован в качестве самостоятельного продукта для применений, в которых нет надобности использовать кислород высокой чистоты. If desired, the exhaust oxygen can be expanded to provide cooling for the installation. Waste oxygen, having a purity of about 70 percent, can also be used as a standalone product for applications in which there is no need to use high purity oxygen.

Предлагается также устройство для реализации вышеописанного способа. Предлагаемое устройство включает в комбинации воздушный компрессор для сжатия воздуха, поступающего от внешнего источника, очистительное устройство для удаления двуокиси углерода и паров воды из сжатого компрессором воздуха и теплообменник для охлаждения сжатого воздуха до криогенной температуры. Предусмотрена первая дистилляционная колонна, оборудованная верхней колонной или верхним испарителем-конденсором, предназначенная для криогенного разделения части поступающего из теплообменника воздуха. A device for implementing the above method is also provided. The proposed device includes, in combination, an air compressor for compressing air from an external source, a cleaning device for removing carbon dioxide and water vapor from the compressor compressed air, and a heat exchanger for cooling the compressed air to a cryogenic temperature. The first distillation column is provided, equipped with an upper column or upper evaporator-condenser, designed for cryogenic separation of part of the air coming from the heat exchanger.

Предусмотрена также вторая дистилляционная колонна, оборудованная верхним конденсором и нижним испарителем, предназначенная для разделения путем фракционирования по крайней мере, части охлажденного сжатого воздуха, поступающего после прохождения через нижний испаритель второй дистилляционной колонны и верхний конденсор первой дистилляционной колонны вместе, по крайней мере, с частью обогащенной кислородом жидкой фазы, поступающей из первой дистиляционной колонны во вторую, обогащенную кислородом фракцию, и вторую, обогащенную азотом фракцию. A second distillation column is also provided, equipped with an upper condenser and a lower evaporator, designed to separate, by fractionation, at least a portion of the cooled compressed air supplied after passing through the lower evaporator of the second distillation column and the upper condenser of the first distillation column together with at least part an oxygen-enriched liquid phase coming from the first distillation column into a second, oxygen-enriched fraction, and a second, azo-enriched th fraction.

Предусмотрено устройство для вывода жидкого кислорода, расположенное у основания второй дистилляционной колонны, для последующей подачи в верхний конденсор второй дистилляционной колонны для обеспечения непрямого теплообмена с парами, восходящими во второй дистилляционной колонне. A device is provided for outputting liquid oxygen, located at the base of the second distillation column, for subsequent supply to the upper condenser of the second distillation column to provide indirect heat exchange with vapors ascending in the second distillation column.

Предусмотрен экспандер для расширения сжатого воздуха перед подачей во вторую дистилляционную колонну, для расширения кислорода, отводимого от верхнего конденсора второй дистилляционной колонны, и/или для расширения получаемого азота для его охлаждения. An expander is provided for expanding the compressed air before being fed to the second distillation column, for expanding the oxygen discharged from the upper condenser of the second distillation column, and / or for expanding the resulting nitrogen to cool it.

Фиг. 1 диаграмма потоков в устройстве, реализующем способ по предлагаемому изобретению и предназначенном для получения азота под низким давлением. FIG. 1 is a flow chart in a device that implements the method according to the invention and is designed to produce nitrogen under low pressure.

Фиг. 2 диаграмма потоков в устройстве, реализующем способ по предлагаемому изобретению и аналогичному устройству, показанному на фиг. 1 с той разницей, что вместо расширения предусмотрено сжатие воздуха. FIG. 2 is a flow chart in a device implementing the method of the invention and a similar device shown in FIG. 1 with the difference that air compression is provided instead of expansion.

Фиг. 3 диаграмма потоков в устройстве, реализующем способ по предлагаемому изобретению, которое обеспечивает получение азота под низким и высоким давлениями. FIG. 3 is a flow chart in a device that implements the method according to the invention, which provides nitrogen at low and high pressures.

Фиг. 4 диаграмма потоков в устройстве, реализующем способ по предлагаемому изобретению, аналогичном показанному на фиг. 3 с тем отличием, что часть азота под высоким давлением расширяется в систему азота с низким давлением. FIG. 4 is a flow diagram in a device that implements the method according to the invention, similar to that shown in FIG. 3, with the difference that part of the high pressure nitrogen expands into the low pressure nitrogen system.

На диаграмме потоков, изображенной на фиг. 1 показано, что подаваемый сжатый воздух, очищенный от примесей, поступает по трубопроводу 20 в теплообменник 30. Воздух предпочтительно подается в теплообменник 30 под давлением в пределах от 5 до 20 барр, и температура воздуха понижается до криогенного уровня путем непрямого теплообмена с выходящими побочным потоком и потоком готового продукта. In the flow diagram depicted in FIG. 1 shows that the supplied compressed air, cleaned of impurities, flows through a pipe 20 to the heat exchanger 30. The air is preferably supplied to the heat exchanger 30 under a pressure in the range of 5 to 20 barrels, and the air temperature is reduced to a cryogenic level by indirect heat exchange with outgoing side flow and the flow of the finished product.

Далее подаваемый воздух делится на две части. Положительные результаты были получены при равных потоках подаваемого воздуха, однако, могут быть использованы и другие соотношения. Первый поток подаваемого воздуха направляется в колонну 32 высокого давления по линиям 22 и 62, а вторая часть подаваемого воздуха направляется в испаритель 58 колонны 34 низкого давления по линиям 22 и 60. Further, the supplied air is divided into two parts. Positive results were obtained with equal flows of supplied air, however, other ratios can be used. The first supply air stream is directed to the high pressure column 32 via lines 22 and 62, and the second part of the supply air is directed to the evaporator 58 of the low pressure column 34 via lines 22 and 60.

В колонне высокого давления 32 давление поддерживается в пределах от 5 до 20 барр. In the high pressure column 32, the pressure is maintained in the range from 5 to 20 barrels.

Первый поток подаваемого воздуха поступает в нижнюю часть колонны 32 ниже донной дистилляционной тарелки, как показано ссылочной позицией 36. Здесь первый поток подаваемого воздуха делится на первую паровую фракцию, обогащенную азотом, которая поднимается до верхней части колонны 32, и первую жидкую фракцию, обогащенную кислородом, которая остается в донной части колонны 32. The first supply air stream enters the bottom of the column 32 below the bottom distillation tray, as shown at 36. Here, the first supply air stream is divided into a first nitrogen-rich vapor fraction that rises to the top of the column 32 and a first oxygen-rich liquid fraction which remains in the bottom of the column 32.

По крайней мере, часть обогащенной кислородом жидкости отводится из донной части колонны высокого давления в месте, указанном ссылочной позицией 38. При этом отводится от 35 процентов до 40 процентов кислорода, что является примерно той же пропорцией, что и предусмотрено по известным технологиям. At least a portion of the oxygen-enriched liquid is discharged from the bottom of the high-pressure column at the location indicated at 38. In this case, 35 to 40 percent of oxygen is discharged, which is approximately the same proportion as that provided for by known techniques.

Первая, обогащенная кислородом жидкость, отводимая из донной части колонны высокого давления 32 по линии 54, пропускается через предварительный охладитель 46, где ее температура еще более понижается путем непрямого теплообмена с полученным в качестве конечного продукта азотом, который отводится из верхней части колонны низкого давления 34 по линии 48, а также с отходящим газом, отводимым по линии 52 из верхнего конденсора-испарителя 70 колонны низкого давления 34. The first oxygen-enriched liquid discharged from the bottom of the high-pressure column 32 through line 54 is passed through a pre-cooler 46, where its temperature is further reduced by indirect heat exchange with nitrogen obtained as the final product, which is discharged from the upper part of the low-pressure column 34 on line 48, as well as off-gas discharged through line 52 from the upper condenser-evaporator 70 of the low pressure column 34.

Первоначально охлажденный кислород выводится из предварительного охладителя 46 в виде жидкости и затем подается в колонну низкого давления 34 над донной тарелкой после прохождения расширения из клапана 76. Initially, the cooled oxygen is discharged from the pre-cooler 46 in the form of a liquid and then supplied to the low pressure column 34 above the bottom plate after passing the expansion from valve 76.

Второй поток подаваемого воздуха, поступающий в конденсор-испаритель 58 в нижней части колонны низкого давления 34, конденсируется при непрямом теплообмене с обогащенной кислородом жидкостью в донной части колонны низкого давления 34, при этом второй поток подаваемого воздуха конденсируется, а обогащенная кислородом жидкость испаряется. The second stream of supplied air entering the evaporator condenser 58 in the lower part of the low pressure column 34 condenses during indirect heat exchange with the oxygen-enriched liquid in the bottom of the low-pressure column 34, while the second stream of supplied air condenses and the oxygen-enriched liquid evaporates.

Сконденсированный второй поток подаваемого воздуха выводится из конденсора-испарителя 58 колонны низкого давления 34 через линию 82 и подается в предварительный охладитель 46. Ожиженный воздух выводится из предварительного охладителя 46 по линии 84 и расширяется через клапан 44 в конденсор/испаритель 40 колонны высокого давления 32. В случае необходимости часть сконденсированного второго подаваемого потока воздуха может поступать в колонну низкого давления 34 по линии 90 после расширения через клапан 92 для управления балансом воздуха между колоннами высокого и низкого давления. The condensed second supply air stream is discharged from the condenser-evaporator 58 of the low pressure column 34 through line 82 and supplied to the pre-cooler 46. The liquefied air is discharged from the pre-cooler 46 through line 84 and expanded through valve 44 to the condenser / evaporator 40 of the high pressure column 32. If necessary, part of the condensed second supplied air stream may enter the low pressure column 34 via line 90 after expansion through valve 92 to control the air balance between nnami high and low pressure.

Первая, обогащенная азотом паровая фракция, поднимается к верхней части колонны высокого давления 32, где она поступает в конденсор-испаритель 40. Здесь пары азота приводятся в непрямой теплообмен с конденсированной второй частью подаваемого воздуха, который поступает через клапан 44 из конденсора-испарителя 58 колонны низкого давления 34. При этом ожиженный воздух испаряется, а пары азота конденсируются. Из рисунков 3 и 4 видно, что частично или полностью сконденсированный азот возвращается в колонну высокого давления 32 для обеспечения требуемого потока. The first nitrogen-enriched vapor fraction rises to the upper part of the high-pressure column 32, where it enters the condenser-evaporator 40. Here, the nitrogen vapors are indirectly exchanged with the condensed second part of the supplied air, which enters through the valve 44 from the condenser-evaporator 58 of the column low pressure 34. In this case, the liquefied air evaporates, and the nitrogen vapor condenses. Figures 3 and 4 show that partially or fully condensed nitrogen is returned to the high pressure column 32 to provide the desired flow.

Пары азота, которые остались несконденсированными при непрямом теплообмене с конденсированной второй частью подаваемого воздуха, могут быть отобраны в виде азота под высоким давлением путем вывода из верхней части колонны 32 высокого давления, например по линии 67, как это изображено на рис. 3. Nitrogen vapors that remained non-condensed during indirect heat exchange with the condensed second part of the supplied air can be selected in the form of nitrogen under high pressure by withdrawing from the upper part of the high pressure column 32, for example, along line 67, as shown in Fig. 3.

Частично конденсированный азот может быть направлен в колонну 34 низкого давления для создания дополнительного потока, если поток азота под высоким давлением достаточно мал или не нужен. Эта часть конденсированного азота выводится из верхней части колонны 32 высокого давления по линии 68, как показано на рисунках 1 и 3. Конденсированный азот затем пропускают через предварительный охладитель 66, где он приводится в непрямой теплообмен с отходящим азотом, являющимся продуктом, и отводимыми газами. Из предварительного охладителя 58 конденсированный азот пропускают через продолжение линии 68 и подают в колонну 34 низкого давления после расширения через клапан 78. Partially condensed nitrogen may be directed to the low pressure column 34 to create an additional stream if the high pressure nitrogen stream is sufficiently small or not needed. This portion of the condensed nitrogen is discharged from the top of the high pressure column 32 through line 68, as shown in Figures 1 and 3. Condensed nitrogen is then passed through pre-cooler 66, where it is brought into indirect heat exchange with the exhaust nitrogen, which is the product, and the exhaust gases. From precooler 58, condensed nitrogen is passed through the extension of line 68 and fed to the low pressure column 34 after expansion through valve 78.

Одновременно испаренный воздух, выходящий по линии 56 из конденсора-испарителя 40 в верхней части колонны 32 высокого давления, отделяется путем подачи в колонну 34 низкого давления по линии 64 на примерно тот же уровень подачи первой обогащенной кислородом жидкости, которая поступает по линии 54. At the same time, the vaporized air leaving line 56 from the condenser-evaporator 40 in the upper part of the high pressure column 32 is separated by supplying the low pressure column 34 through line 64 to approximately the same level of supply of the first oxygen-enriched liquid that flows through line 54.

Первая обогащенная кислородом жидкость, отводимая из основания колонны 32, и испаренный воздух, отводимый из конденсора-испарителя 40 в верхней части колонны высокого давления 32 по линии 56, подвергается дальнейшей сепарации в колонне 34 на вторичную, обогащенную азотом паровую фракцию, и вторичную, обогащенную кислородом фракцию. The first oxygen-enriched liquid discharged from the base of the column 32 and the vaporized air discharged from the condenser-evaporator 40 in the upper part of the high-pressure column 32 via line 56 are further separated in the column 34 into a secondary, nitrogen-rich vapor fraction, and a secondary, enriched oxygen fraction.

Вторичная, обогащенная азотом паровая фракция, поднимается в верхнюю часть колонны низкого давления 34, в то время как вторичная, обогащенная кислородом фракция, опускается в донную часть этой колонны. The secondary, nitrogen-enriched vapor fraction rises to the top of the low pressure column 34, while the secondary, oxygen-enriched fraction descends to the bottom of this column.

Часть вторичной обогащенной кислородом жидкой фракции в донной части колонны низкого давления 34 отводится по линии 74 и пропускается через первый предварительный охладитель 46. Здесь вторичная, обогащенная кислородом жидкость, далее охлаждается при непрямом теплообмене с газообразным азотом, отводимым из верхней части колонны низкого давления 34 по линии 48, а также отходящим потоком, выпускаемым по линии 52 из верхнего конденсора 70 колонны низкого давления 34. Part of the secondary oxygen-enriched liquid fraction in the bottom of the low-pressure column 34 is discharged through line 74 and passed through the first pre-cooler 46. Here, the secondary oxygen-enriched liquid is then cooled by indirect heat exchange with nitrogen gas removed from the upper part of the low-pressure column 34 line 48, as well as the effluent discharged through line 52 from the upper condenser 70 of the low pressure column 34.

Вторичная, обогащенная кислородом жидкость, пропускается с помощью продолжения линии 74 во второй предварительный охладитель 66 для дальнейшего охлаждения путем непрямого теплообмена с газообразным азотом, отводимым из верхней части колонны высокого давления 32 по линии 68, а также потоком отводимого кислорода, отходящим из верхнего конденсора 70 по линии 52. A secondary oxygen-enriched liquid is passed by extending line 74 to a second pre-cooler 66 for further cooling by indirect heat exchange with nitrogen gas discharged from the upper part of the high pressure column 32 via line 68, as well as a stream of oxygen discharged from the upper condenser 70 on line 52.

Образующаяся в результате охлаждения вторичная, обогащенная кислородом жидкость, отводится по продолжению линии 74 и подается в верхний конденсор 70 в верхней части колонны низкого давления 34 после расширения через клапан 72 для дальнейшего охлаждения вторичного, обогащенного кислородом потока. The secondary oxygen-enriched liquid resulting from cooling is discharged along the line 74 and is fed to the upper condenser 70 in the upper part of the low-pressure column 34 after expansion through valve 72 to further cool the secondary oxygen-enriched stream.

Большая часть вторичного, обогащенного азотом, потока отбирается в качестве конечного продукта из верхней части колонны низкого давления 34 по линии 48. Поток газообразного азота нагревается при прохождении через предварительные охладители 46 и 66 и теплообменник 30 перед выходом из системы. Most of the nitrogen-rich secondary stream is taken as the final product from the top of the low-pressure column 34 via line 48. The nitrogen gas stream is heated as it passes through pre-coolers 46 and 66 and the heat exchanger 30 before exiting the system.

Остающаяся часть вторичного, обогащенного азотом, потока в объеме колонны низкого давления 34 конденсируется путем теплообмена с вторичной, обогащенной кислородом, жидкостью в верхнем испарителе-конденсоре 70 колонны низкого давления 34, что приводит к испарению вторичной, обогащенной кислородом, жидкости. Конденсация азота обеспечивает обратный поток в колонне низкого давления 34. Пары, обогащенной кислородом, жидкости выходят из верхнего испарителя-конденсора 70 по линии 52 и значительно нагреваются при прохождении через предварительные охладители 66 и 46 и теплообменник 30. The remaining part of the secondary nitrogen-rich stream in the volume of the low-pressure column 34 is condensed by heat exchange with the secondary oxygen-rich liquid in the upper evaporator-condenser 70 of the low-pressure column 34, which leads to the evaporation of the secondary oxygen-rich liquid. Nitrogen condensation provides a reverse flow in the low pressure column 34. Oxygen-enriched vapors leave the upper evaporator-condenser 70 via line 52 and heat up significantly when passing through pre-coolers 66 and 46 and heat exchanger 30.

После нагрева в теплообменнике 30 отходящий поток кислорода пропускают через трубоэкспандер 79, где поток расширяется для общего охлаждения установки. After heating in the heat exchanger 30, the off-stream of oxygen is passed through a pipe expander 79, where the stream expands for overall cooling of the installation.

Можно видеть, что в вышеописанном процессе воздух используется как нагревательная и охладительная среда между колоннами высокого и низкого давления. Как правило, в известных способах обогащенный азотом поток использовался для передачи тепла в донную часть колонны низкого давления. Следует учесть, что для заданной производительности по азоту, т.е. для получения обогащенного кислородом потока того же состава, требуется больше энергии для того, чтобы сконденсировать обогащенный азотом поток, чем для того, чтобы сконденсировать воздух. Это значит, что для заданной производительности по азоту при использовании воздуха в качестве теплопередающей среды, колонна высокого давления может работать при давлении меньшем, чем давление, используемое в известных процессах. Иными словами для того же давления в колонне высокого давления в системе по предлагаемому изобретению колонна низкого давления может работать при большем давлении. It can be seen that in the above process, air is used as a heating and cooling medium between the high and low pressure columns. Typically, in the known methods, a nitrogen-rich stream was used to transfer heat to the bottom of a low pressure column. It should be noted that for a given nitrogen performance, i.e. to obtain an oxygen-enriched stream of the same composition, more energy is required to condense the nitrogen-enriched stream than to condense air. This means that for a given nitrogen performance when using air as a heat transfer medium, a high-pressure column can operate at a pressure lower than the pressure used in known processes. In other words, for the same pressure in the high pressure column in the system according to the invention, the low pressure column can operate at a higher pressure.

В таблице 1 ниже показаны возможные результаты при реализации предлагаемого способа в системе, изображенной на фиг. 1, при получении в качестве конечного продукта азота. Table 1 below shows the possible results when implementing the proposed method in the system depicted in FIG. 1, upon receipt of nitrogen as the final product.

При реализации воплощений, изображенных на рисунках 3 или 4, давление подаваемого воздуха 21 барр абсолютное создаст давление около 20 барр абсолютное в объеме колонны высокого давления 32 и давление около 14 барр абсолютное в объем колонны низкого давления 34. When implementing the embodiments depicted in Figures 3 or 4, an absolute supply pressure of 21 barrels of pressure will create an absolute pressure of about 20 barrels absolute in the volume of the high pressure column 32 and a pressure of about 14 barrels absolute in the volume of the low pressure column 34.

Специалистам в данной отрасли техники очевидны различные модификации предложенных способа и устройства, которые могут быть реализованы без отхода от сути и объема изобретения, определенных в нижеследующей формуле. Various modifications of the proposed method and device are apparent to those skilled in the art that can be implemented without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims.

Claims (10)

1. Криогенный способ получения азота из воздуха путем охлаждения очищенного от влаги и примесей сжатого воздуха и разделения его на две части, первую из которых вводят в колонну высокого давления для сепарации путем криогенной дистилляции на первые обогащенные азотом и кислородом фракции с последующим выводом по крайней мере части этих фракций из колонны, а вторую часть воздуха конденсируют в конденсаторе колонны низкого давления, испаряют в конденсаторе колонны высокого давления и подают в колонну низкого давления, в которой разделяют на вторые обогащенные азотом и кислородом фракции, причем вторую обогащенную азотом фракцию выводят в качестве конечного продукта, а обогащенную кислородом фракцию подают в испаритель колонны низкого давления, испаряют путем непрямого теплообмена с второй обогащенной азотом фракцией и выводят в качестве отхода, конденсацию второй части воздуха осуществляют путем непрямого теплообмена с второй обогащенной кислородом фракцией, отличающийся тем, что испарение второй части сконденсированного воздуха осуществляют путем непрямого теплообмена с первой обогащенной азотом фракцией, а первую обогащенную кислородом фракцию направляют на разделение в колонну низкого давления. 1. A cryogenic method for producing nitrogen from air by cooling compressed air purified from moisture and impurities and separating it into two parts, the first of which is introduced into a high-pressure column for separation by cryogenic distillation into the first fractions enriched with nitrogen and oxygen, with subsequent withdrawal of at least parts of these fractions from the column, and the second part of the air is condensed in the condenser of the low pressure column, evaporated in the condenser of the high pressure column and fed to the low pressure column, in which into the second nitrogen and oxygen enriched fractions, the second nitrogen enriched fraction being discharged as the final product, and the oxygen enriched fraction being fed to the evaporator of the low pressure column, evaporated by indirect heat exchange with the second nitrogen enriched fraction and withdrawn as waste, the second part of the air is condensed by indirect heat exchange with a second oxygen-enriched fraction, characterized in that the evaporation of the second part of the condensed air is carried out by indirect heat BMENA a first nitrogen-rich fraction and a first oxygen-rich fraction is sent to separation in the low pressure column. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть сконденсированной первой обогащенной азотом фракции выводят из колонны высокого давления в качестве азотного продукта высокого давления. 2. The method according to claim 1, characterized in that a portion of the condensed first nitrogen-rich fraction is withdrawn from the high pressure column as a high-pressure nitrogen product. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что часть сконденсированной первой обогащенной азотом фракции вводят в колонну низкого давления. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that a portion of the condensed first nitrogen-rich fraction is introduced into the low pressure column. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что отделяют часть охлажденного и очищенного воздуха, расширяют ее и подают в колонну низкого давления. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a part of the cooled and purified air is separated, expanded, and fed to a low pressure column. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отход обогащенной кислородом фракции дополнительно расширяют. 5. The method according to p. 1, characterized in that the waste enriched oxygen fraction is further expanded. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что азотный продукт высокого давления расширяют и смешивают с второй обогащенной азотом фракцией. 6. The method according to claim 2, characterized in that the high-pressure nitrogen product is expanded and mixed with a second nitrogen-rich fraction. 7. Способ по пп.1 6, отличающийся тем, что охлаждение воздуха проводят путем непрямого теплообмена с отходом и потоками продукта, а воздух сжимают с обеспечением давления в колонне высокого давления от 5 до 20 барр. 7. The method according to PP.1 to 6, characterized in that the cooling of the air is carried out by indirect heat exchange with waste and product streams, and the air is compressed to provide pressure in the high pressure column from 5 to 20 barrels. 8. Способ по пп.1 7, отличающийся тем, что охлаждение воздуха проводят путем непрямого теплообмена с отходом и потоками продукта. 8. The method according to PP.1 to 7, characterized in that the cooling of the air is carried out by indirect heat exchange with waste and product streams. 9. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что первую часть охлажденного и очищенного воздуха подают в нижнюю половину колонны высокого давления, а первую обогащенную кислородом фракцию выводят из основания этой колонны. 9. The method according to PP.1 to 8, characterized in that the first part of the cooled and purified air is fed into the lower half of the high pressure column, and the first oxygen-enriched fraction is removed from the base of this column. 10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что первую обогащенную кислородом фракцию вводят в нижнюю половину колонны высокого давления, а вторую обогащенную кислородом фракцию выводят из основания этой колонны. 10. The method according to PP.1 to 9, characterized in that the first oxygen-enriched fraction is introduced into the lower half of the high pressure column, and the second oxygen-enriched fraction is removed from the base of this column.
SU904830924A 1989-09-12 1990-09-11 Cryogenic method of producing nitrogen from air RU2069293C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1989/003926 WO1993013373A1 (en) 1989-09-12 1989-09-12 Cryogenic air separation process and apparatus
US89/03926 1989-09-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2069293C1 true RU2069293C1 (en) 1996-11-20

Family

ID=22215224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904830924A RU2069293C1 (en) 1989-09-12 1990-09-11 Cryogenic method of producing nitrogen from air

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP0418139B1 (en)
JP (1) JPH03170785A (en)
CN (1) CN1050260A (en)
AU (1) AU643232B2 (en)
CA (1) CA2025013A1 (en)
DE (1) DE69004647T2 (en)
ES (1) ES2046740T3 (en)
RU (1) RU2069293C1 (en)
WO (1) WO1993013373A1 (en)
ZA (1) ZA907188B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109297260A (en) * 2018-10-17 2019-02-01 浙江海天气体有限公司 A kind of full nitrogen space division waste gas recovering device processed

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0836323B1 (en) * 1991-02-20 2004-01-14 Hitachi, Ltd. Television telephone
US5257504A (en) * 1992-02-18 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, elevated pressure air separation cycles and their integration with gas turbines
US5251451A (en) * 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, air boosted, elevated pressure air separation cycle and its integration with gas turbines
US5251450A (en) * 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Efficient single column air separation cycle and its integration with gas turbines
DE19819263C2 (en) * 1998-04-30 2003-08-21 Linde Ag Process and device for the production of pressurized nitrogen
EP2312247A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-20 Linde AG Method and device for generating liquid nitrogen from low temperature air separation
EP3159648B1 (en) * 2015-10-20 2018-09-19 Linde Aktiengesellschaft Plate heat exchanger capacitor evaporator and method for cryogenic decomposition of air
US20220026145A1 (en) * 2018-10-09 2022-01-27 Linde Gmbh Method for obtaining one or more air products and air separation system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU523019B2 (en) * 1978-05-25 1982-07-08 Commonwealth Industrial Gases Limited, The Separation of air
JPS58198677A (en) * 1982-05-14 1983-11-18 株式会社日立製作所 Method and device for separating air
US4582518A (en) * 1984-09-26 1986-04-15 Erickson Donald C Nitrogen production by low energy distillation
US4707994A (en) * 1986-03-10 1987-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Gas separation process with single distillation column
GB8800842D0 (en) * 1988-01-14 1988-02-17 Boc Group Plc Air separation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4448595, МКИ F 25J 3/04, опубл. 1984 г. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109297260A (en) * 2018-10-17 2019-02-01 浙江海天气体有限公司 A kind of full nitrogen space division waste gas recovering device processed

Also Published As

Publication number Publication date
AU643232B2 (en) 1993-11-11
AU6237590A (en) 1991-03-21
EP0418139A1 (en) 1991-03-20
ZA907188B (en) 1991-09-25
WO1993013373A1 (en) 1993-07-08
EP0418139B1 (en) 1993-11-18
DE69004647T2 (en) 1994-03-10
DE69004647D1 (en) 1993-12-23
CN1050260A (en) 1991-03-27
JPH03170785A (en) 1991-07-24
CA2025013A1 (en) 1991-03-13
ES2046740T3 (en) 1994-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4560397A (en) Process to produce ultrahigh purity oxygen
KR100291684B1 (en) How to separate air
US4372764A (en) Method of producing gaseous oxygen and a cryogenic plant in which said method can be performed
RU2069825C1 (en) Device for production nitrogen-free argon
US5509271A (en) Process and installation for the separation of a gaseous mixture
US5080703A (en) Air separation
US5572874A (en) Air separation
US4867772A (en) Cryogenic gas purification process and apparatus
US5485729A (en) Air separation
JPH06210162A (en) Ultralow temperature fractionation system with thermally unified argon column
RU2069293C1 (en) Cryogenic method of producing nitrogen from air
US5144808A (en) Cryogenic air separation process and apparatus
KR100407184B1 (en) Cryogenic rectification system for producing ultra-high purity nitrogen and ultra-high purity oxygen
US4308043A (en) Production of oxygen by air separation
US5385024A (en) Cryogenic rectification system with improved recovery
JPS61122479A (en) Hybrid nitrogen generator with auxiliary tower drive
JPH11325717A (en) Separation of air
US5092132A (en) Separation of air: improved heylandt cycle
PH26851A (en) Process to ultrapurify liquid nitrogen imported as back-up for nitrogen generating plants
US2502250A (en) Recovery of oxygen from the atmosphere
JPH074833A (en) Separation of air
KR19980070061A (en) Low temperature mixing device for the production of low purity oxygen and high purity nitrogen
US6170291B1 (en) Separation of air
KR19990082696A (en) Cryogenic rectification system with serial liquid air feed
EP0202843B1 (en) Air separation method and apparatus