RU2069293C1 - Cryogenic method of producing nitrogen from air - Google Patents
Cryogenic method of producing nitrogen from air Download PDFInfo
- 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
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 177
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 23
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 5
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 9
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001944 continuous distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
- F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04321—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04424—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system without thermally coupled high and low pressure columns, i.e. a so-called split columns
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/20—Processes 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
- F25J2200/54—Processes 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
- F25J2240/42—Expansion 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
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
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
В колонне высокого давления 32 давление поддерживается в пределах от 5 до 20 барр. In the
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
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-
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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-
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
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
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-
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-
После нагрева в теплообменнике 30 отходящий поток кислорода пропускают через трубоэкспандер 79, где поток расширяется для общего охлаждения установки. After heating in the
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
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)
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)
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)
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)
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 |
-
1989
- 1989-09-12 WO PCT/US1989/003926 patent/WO1993013373A1/en unknown
-
1990
- 1990-09-10 ZA ZA907188A patent/ZA907188B/en unknown
- 1990-09-10 CA CA002025013A patent/CA2025013A1/en not_active Abandoned
- 1990-09-11 DE DE90402488T patent/DE69004647T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-11 EP EP90402488A patent/EP0418139B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-11 CN CN90107623A patent/CN1050260A/en active Pending
- 1990-09-11 RU SU904830924A patent/RU2069293C1/en active
- 1990-09-11 JP JP2241040A patent/JPH03170785A/en active Pending
- 1990-09-11 ES ES199090402488T patent/ES2046740T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-11 AU AU62375/90A patent/AU643232B2/en not_active Ceased
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 4448595, МКИ F 25J 3/04, опубл. 1984 г. * |
Cited By (1)
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 |