RU2647297C2 - Method and plant for producing liquid and gaseous oxygenates by low-temperature air separation - Google Patents
Method and plant for producing liquid and gaseous oxygenates by low-temperature air separation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647297C2 RU2647297C2 RU2015112309A RU2015112309A RU2647297C2 RU 2647297 C2 RU2647297 C2 RU 2647297C2 RU 2015112309 A RU2015112309 A RU 2015112309A RU 2015112309 A RU2015112309 A RU 2015112309A RU 2647297 C2 RU2647297 C2 RU 2647297C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- column
- air
- pressure
- low
- separation column
- Prior art date
Links
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
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
- F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression 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
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
- F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
- F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest 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
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
- F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
- F25J3/042—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions having an intermediate feed connection
-
- 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
- F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high 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
- F25J3/0446—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 the heat generated by mixing two different phases
- F25J3/04466—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 the heat generated by mixing two different phases for producing oxygen as a mixing column overhead gas by mixing gaseous air feed and liquid 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
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
- F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high 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
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
- F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
-
- 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
- F25J2215/52—Oxygen production with multiple 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
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being 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
- F25J3/04248—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
-
- 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
- F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
- F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
Abstract
Description
Изобретение относится к способу производства жидких и газообразных кислородсодержащих продуктов низкотемпературным разделением воздуха с применением колонны смешивания и соответствующей установки разделения воздуха.The invention relates to a method for the production of liquid and gaseous oxygen-containing products by low-temperature air separation using a mixing column and a corresponding air separation unit.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Получение кислорода или смесей с высоким содержанием кислорода, обозначенных далее как кислородсодержащие продукты, осуществляют, главным образом, низкотемпературным разделением воздуха в установках разделения воздуха с известными по существу системами дистилляционных колонн. Они могут быть выполнены в виде двухколонных систем, в частности, в виде традиционных систем со сдвоенными колоннами, а также в виде систем из трех или более колонн. Кроме того, могут быть предусмотрены устройства для получения других компонентов воздуха, в частности инертных газов, таких, как криптон, ксенон и/или аргон.The production of oxygen or mixtures with a high oxygen content, hereinafter referred to as oxygen-containing products, is carried out mainly by low-temperature air separation in air separation units with essentially known distillation column systems. They can be made in the form of two-column systems, in particular, in the form of traditional systems with double columns, as well as in the form of systems of three or more columns. In addition, devices may be provided for producing other air components, inert gases in particular, such as krypton, xenon and / or argon.
По меньшей мере для ряда вариантов промышленного применения не требуется исключительно чистый кислород. Это обстоятельство открывает возможность оптимизировать установки разделения воздуха в отношении капитальных затрат и производственных расходов, особенно в отношении потребления энергии (см., например, главу 3.8 в "Kerry, F.G., Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006").For at least a number of industrial applications, extremely pure oxygen is not required. This makes it possible to optimize air separation plants for capital and production costs, especially for energy consumption (see, for example, chapter 3.8 in Kerry, FG, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006 ").
С этой целью могут применяться, например, установки разделения воздуха с так называемыми колоннами смешивания соответственно EP 0531182 A1, EP 0697576 A1, EP 0698772 A1, EP 1139046 A1, DE 10139727 A1, DE 10228111 A1, DE 19951521 A1, а также US 5490391 A. В верхнюю часть колонны смешивания подают жидкий поток с высоким содержанием кислорода, а в нижнюю часть подают газообразный поток воздуха, направляя их в противотоке друг к другу. Благодаря интенсивному контактированию некоторая часть легколетучего азота переходит из потока воздуха в поток с высоким содержанием кислорода. Поток с высоким содержанием кислорода испаряется в колонне смешивания и отводится из верхней части в виде газообразного "неочищенного" кислорода. Неочищенный кислород может отводиться из установки разделения воздуха в виде газообразного кислородсодержащего продукта. В свою очередь, поток воздуха сжижается, обогащается некоторым количеством кислорода и отводится из нижней части колонны смешивания. Затем сжиженный поток воздуха может быть подан в приемлемый в отношении энергетики и/или техники разделения узел применяемой системы дистилляционных колонн. Благодаря применению колонны смешивания может быть значительно уменьшено потребление энергии, необходимой для разделения веществ, за счет чистоты газообразного кислородсодержащего продукта.For this purpose, for example, air separation units with so-called mixing columns can be used, respectively, EP 0531182 A1, EP 0697576 A1, EP 0698772 A1, EP 1139046 A1, DE 10139727 A1, DE 10228111 A1, DE 19951521 A1, as well as US 5490391 A A liquid stream with a high oxygen content is supplied to the upper part of the mixing column, and a gaseous air stream is supplied to the lower part, directing them countercurrently to each other. Due to intensive contacting, some of the volatile nitrogen passes from the air stream to a stream with a high oxygen content. The high oxygen stream is vaporized in the mixing column and is discharged from the top in the form of gaseous "crude" oxygen. Crude oxygen may be discharged from the air separation unit in the form of a gaseous oxygen-containing product. In turn, the air stream is liquefied, enriched with a certain amount of oxygen and discharged from the bottom of the mixing column. Then, the liquefied air stream can be supplied to a unit of the distillation column system that is suitable for energy and / or separation technology. Thanks to the use of the mixing column, the energy required for the separation of substances can be significantly reduced due to the purity of the gaseous oxygen-containing product.
Недостаток известных установок, функционирующих с колоннами смешивания, состоит в ограниченной возможности отвода жидких продуктов, так как они, как пояснено далее, выполнены в виде чисто газовых установок. Таким образом, максимальная масса жидкого азота и жидкого кислорода, отводимого из установок с колоннами смешивания, ограничена, как правило, самое большее 0,5% от количества воздуха, поданного в целом.A disadvantage of the known plants operating with mixing columns is the limited ability to discharge liquid products, since they, as explained below, are made in the form of purely gas plants. Thus, the maximum mass of liquid nitrogen and liquid oxygen discharged from plants with mixing columns is generally limited to at most 0.5% of the total amount of air supplied.
Поэтому существует потребность в улучшенных способах и устройствах для производства жидких и газообразных кислородсодержащих продуктов низкотемпературным разделением воздуха, в случае которых может быть получена повышенная доля жидких продуктов.Therefore, there is a need for improved methods and devices for the production of liquid and gaseous oxygen-containing products by low-temperature separation of air, in which case an increased proportion of liquid products can be obtained.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
С учетом изложенного предлагаются способ и устройство для производства жидких и газообразных кислородсодержащих продуктов низкотемпературным разделением воздуха с отличительными признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изложены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения, а также в приведенном далее описании.In view of the foregoing, a method and apparatus for the production of liquid and gaseous oxygen-containing products by low-temperature separation of air with the hallmarks of the independent claims is proposed. Preferred embodiments are set forth in the respective dependent claims, as well as in the following description.
Преимущества изобретенияAdvantages of the Invention
Способ по настоящему изобретению предназначен для производства жидкого кислородсодержащего продукта и газообразного кислородсодержащего продукта низкотемпературным разделением воздуха. С этой целью применяют систему дистилляционных колонн установки разделения воздуха. Для получения жидкого кислородсодержащего продукта жидкую фракцию с первым, более высоким, значением содержания кислорода отбирают из разделительной колонны системы дистилляционных колонн и в жидком виде выводят из установки разделения воздуха. Для получения газообразного кислородсодержащего продукта жидкую фракцию со вторым, более низким, значением содержания кислорода отбирают из той же разделительной колонны системы дистилляционных колонн и в колонне смешивания испаряют при давлении в колонне смешивания за счет воздуха, подаваемого в колонну смешивания, как было пояснено ранее. Газообразный кислородсодержащий продукт также выводят из установки разделения воздуха, но в газообразном состоянии.The method of the present invention is intended for the production of a liquid oxygen-containing product and a gaseous oxygen-containing product by low temperature separation of air. For this purpose, a system of distillation columns of an air separation unit is used. To obtain a liquid oxygen-containing product, a liquid fraction with a first, higher oxygen value is taken from the separation column of the distillation column system and is withdrawn from the air separation unit in liquid form. To obtain a gaseous oxygen-containing product, a liquid fraction with a second, lower oxygen content is taken from the same separation column of the distillation column system and is evaporated in the mixing column at a pressure in the mixing column due to the air supplied to the mixing column, as previously explained. A gaseous oxygen-containing product is also removed from the air separation unit, but in a gaseous state.
Жидкий кислородсодержащий продукт далее обозначается как "чистый", а газообразный кислородсодержащий продукт обозначается как "неочищенный" кислород, причем возможные значения содержания кислорода приведены далее. Чистота "чистого" кислородсодержащего продукта устанавливается в зависимости от типа применяемой установки разделения воздуха и требований соответствующего потребителя. Получение "неочищенного" газообразного кислородсодержащего продукта может быть, как было пояснено, энергетически эффективно реализовано с колоннами смешивания. Термины "более высокое" и "более низкое" содержание кислорода соотносятся друг с другом.The liquid oxygen-containing product is hereinafter referred to as "pure", and the gaseous oxygen-containing product is referred to as "crude" oxygen, with possible oxygen contents being given below. The purity of the “pure” oxygen-containing product is set depending on the type of air separation unit used and the requirements of the respective consumer. Obtaining a "crude" gaseous oxygen-containing product can be, as has been explained, energetically efficiently implemented with mixing columns. The terms "higher" and "lower" oxygen content are related to each other.
В рамках данной заявки речь идет о получении кислород- и азотсодержащих продуктов. "Продукт" выводят из описанной установки и, например, направляют на хранение в резервуар или на потребление. Он больше не циркулирует в контурах внутри установки, но может быть соответственно использован перед выводом из установки, например, как хладоноситель в теплообменнике. Таким образом, термин "продукт" не относится к фракциям или потокам, которые остаются собственно в пределах установки и используются исключительно в ней, например, в виде флегмы, хладагента или продувочного газа.In the framework of this application we are talking about obtaining oxygen and nitrogen-containing products. A “product” is withdrawn from the described installation and, for example, is sent for storage to a tank or for consumption. It no longer circulates in the circuits inside the unit, but can be used accordingly before leaving the unit, for example, as a coolant in a heat exchanger. Thus, the term “product” does not refer to fractions or streams that remain within the installation and are used exclusively in it, for example, in the form of reflux, refrigerant or purge gas.
Кроме того, термин "продукт" относится к указанию количества. "Продукт" соответствует по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 2%, например, по меньшей мере 5% или по меньшей мере 10% от количества воздуха, поданного в соответствующую установку. Меньшие количества жидких фракций, в том числе обычно образующихся побочно в специализированных газовых установках и при необходимости отбираемых из таких установок, не представляют собой "продукты" в смысле настоящей заявки. Как далее поясняется, вследствие отбора жидких продуктов установка разделения воздуха "лишается" значительного потенциала холода, который частично можно возместить испарением этих жидких продуктов. Однако такой отбор имеет какие-либо последствия, начиная только лишь с некоторого отбираемого количества, то есть только тогда, когда фактически отбирается "продукт" в смысле приведенного ранее определения.In addition, the term "product" refers to an indication of quantity. A “product” corresponds to at least 1%, preferably at least 2%, for example at least 5% or at least 10% of the amount of air supplied to the respective unit. Smaller amounts of liquid fractions, including those usually formed by-products in specialized gas plants and, if necessary, taken from such plants, do not constitute "products" in the sense of this application. As further explained, due to the selection of liquid products, the air separation unit "loses" a significant potential for cold, which can partially be offset by the evaporation of these liquid products. However, such a selection has any consequences, starting only with a certain selected quantity, that is, only when the “product” is actually selected in the sense of the above definition.
Требования промышленных потребителей к продуктам, получаемым на установках разделения воздуха, и, таким образом, к обуславливаемым ими конструктивным принципам иногда значительно различаются. Таким образом, для некоторых вариантов применения известны специализированные газовые установки, на которых могут быть получены преимущественно или исключительно газообразные продукты, например кислород и/или азот. В других вариантах применения, напротив, требуются жидкие продукты и, таким образом, специализированные жидкостные установки.The requirements of industrial consumers for the products obtained at air separation plants, and, thus, to the design principles they cause are sometimes significantly different. Thus, for some applications, specialized gas plants are known in which predominantly or exclusively gaseous products, for example oxygen and / or nitrogen, can be obtained. In other applications, on the contrary, liquid products and, thus, specialized liquid plants are required.
Отбор жидких продуктов из газовых установок, как правило, невозможен, даже если такие жидкие продукты получаются на них в качестве промежуточных продуктов, например, в разделительной колонне. Поэтому использованные в них конструктивные принципы также не могут быть беспроблемно перенесены на жидкостные установки. Криогенные жидкости, полученные как промежуточные продукты, в газовых установках могут быть испарены и, в частности, использованы для охлаждения подаваемого воздуха. Однако если жидкие продукты, например жидкий кислород и/или азот, должны отбираться из установки разделения воздуха, то вследствие этого система лишается некоторого потенциала холода. Поэтому "недостающий" в жидкостных установках холод должен возмещаться дополнительно и, в конечном счете, в виде мощности компрессора.The selection of liquid products from gas plants, as a rule, is impossible, even if such liquid products are obtained on them as intermediate products, for example, in a separation column. Therefore, the design principles used in them also cannot be seamlessly transferred to liquid installations. Cryogenic liquids obtained as intermediates in gas plants can be vaporized and, in particular, used to cool the supplied air. However, if liquid products, such as liquid oxygen and / or nitrogen, are to be taken from the air separation unit, then the system loses some cold potential. Therefore, the "missing" in liquid installations, the cold must be compensated additionally and, ultimately, in the form of compressor power.
В настоящем изобретении раскрыты его особенные преимущества в отношении применяемых в данном случае установок для производства газообразного кислородсодержащего продукта, например, с чистотой, меньшей 98% мол. (молярных процентов), и при этом одновременно большого количества жидкого кислородсодержащего продукта, являющегося "чистым" в смысле, использованном в данном описании. При этом способ является высокоэффективным и позволяет производить в жидкой форме продукты в количестве от 1 до 5% или от 1 до 10% от общего количества воздуха, подаваемого в сжатом виде на установку разделения (обозначенного в рамках данной заявки как "общий поток воздуха"). Хотя в настоящей заявке преимущественно описано получение жидкого кислорода, но также может быть соответствующим образом получен и жидкий азот.The present invention discloses its particular advantages in relation to the plants used in this case for the production of a gaseous oxygen-containing product, for example, with a purity of less than 98 mol%. (molar percent), and at the same time a large number of liquid oxygen-containing product, which is "pure" in the sense used in this description. Moreover, the method is highly efficient and allows you to produce in liquid form products in an amount of from 1 to 5% or from 1 to 10% of the total amount of air supplied in compressed form to the separation unit (designated in the framework of this application as "total air flow") . Although the present application predominantly describes the production of liquid oxygen, liquid nitrogen can also be appropriately obtained.
Например, в основе представленного здесь способа может быть принята установка разделения воздуха с системой со сдвоенными колоннами. Такие системы со сдвоенными колоннами включают в себя разделительную колонну высокого давления и разделительную колонну низкого давления для разделения кислорода и азота. Разделительная колонна высокого давления функционирует при рабочем давлении, например, в интервале от 5 до 7,5 бар и предпочтительно от 5,5 до 6 бар, а разделительная колонна низкого давления функционирует при рабочем давлении, например, в интервале от 1,3 до 1,8 бар и предпочтительно от 1,3 до 1,6 бар. В данном случае и при последующих указаниях давления речь идет об абсолютном давлении. Разделительная колонна высокого давления и разделительная колонна низкого давления также могут быть конструктивно отделены друг от друга по меньшей мере частично. В этом случае речь идет об указанных ранее двухколонных системах.For example, an air separation unit with a dual-column system may be adopted as the basis of the method presented here. Such dual column systems include a high pressure separation column and a low pressure separation column for separating oxygen and nitrogen. The high pressure separation column operates at operating pressure, for example, in the range of 5 to 7.5 bar and preferably 5.5 to 6 bar, and the low pressure separation column operates at operating pressure, for example, in the range of 1.3 to 1 8 bar and preferably from 1.3 to 1.6 bar. In this case, and with subsequent pressure indications, we are talking about absolute pressure. The high pressure separation column and the low pressure separation column can also be structurally separated from each other at least partially. In this case, we are talking about the previously mentioned two-column systems.
Настоящее изобретение может быть реализовано также с системами из трех или более колонн для отделения кислорода и азота и/или с системами дистилляционных колонн, которые оборудованы для получения других компонентов. В этом случае в рамках данной заявки разделительная колонна с высоким рабочим давлением обозначается как "разделительная колонна высокого давления". Разделительная колонна, из которой, как правило, отбирают кислород, например поток с высоким содержанием кислорода, превышающим 99% мол., по терминологии данной заявки обозначается далее как "разделительная колонна низкого давления". В некоторых случаях колонна смешивания может работать также при более высоком давлении в качестве разделительной колонны высокого давления.The present invention can also be implemented with systems of three or more columns for separating oxygen and nitrogen and / or with distillation column systems that are equipped to produce other components. In this case, within the framework of this application, a high-pressure separation column is referred to as a "high-pressure separation column". A separation column, from which oxygen is typically taken, for example a stream with a high oxygen content in excess of 99 mol%, is hereinafter referred to as a "low pressure separation column" in the terminology of this application. In some cases, the mixing column may also operate at a higher pressure as a high pressure separation column.
В соответствующем способе жидкую фракцию с первым значением содержания кислорода и жидкую фракцию со вторым значением содержания кислорода преимущественно отбирают из разделительной колонны низкого давления на разных высотах. Например, жидкую фракцию с первым значением содержания кислорода отбирают из нижней части разделительной колонны низкого давления, а жидкую фракцию со вторым значением содержания кислорода отбирают на высоте, соответствующей второму значению содержания кислорода, из бокового отвода разделительной колонны низкого давления. Высота точки отбора из разделительной колонны низкого давления соотносится, как известно, непосредственно с содержанием кислорода при соответствующих рабочих условиях, так что специалист в данной области техники может легко построить соответствующую зависимость. Отбор из бокового отвода разделительной колонны низкого давления энергетически оказывается особенно благоприятным. Таким образом, можно, в частности, избегать напрасного расходования ценного "чистого" кислорода для получения неочищенного газообразного кислородсодержащего продукта. Например, отобранный из нижней части разделительной колонны низкого давления "чистый" кислород имеет содержание кислорода, равное, например, 99,6% мол., и, вместе с этим, уже почти полностью отделен от аргона. С этой целью была осуществлена соответствующая работа по разделению. В противоположность этому жидкая фракция со вторым значением содержания кислорода, которая может быть отобрана из бокового отвода разделительной колонны низкого давления, содержит, например, 97% мол. кислорода и 3% мол. аргона. Тем самым работа, необходимая для разделения кислорода и аргона, может быть сокращена. Другими словами, энергетически выгодно использовать неочищенную выходящую фракцию в качестве требуемого газообразного кислородсодержащего продукта в "неочищенной" форме, чем снижать чистоту "чистой" фракции в колонне смешивания.In a corresponding method, a liquid fraction with a first oxygen content and a liquid fraction with a second oxygen content are preferably taken from a low pressure separation column at different heights. For example, a liquid fraction with a first oxygen content is taken from the bottom of the low pressure separation column, and a liquid fraction with a second oxygen content is taken at a height corresponding to the second oxygen content from the lateral outlet of the low pressure separation column. The height of the sampling point from the low-pressure separation column is related, as is known, directly to the oxygen content under the appropriate operating conditions, so that a person skilled in the art can easily construct the corresponding relationship. The selection from the lateral branch of the low-pressure separation column is energetically particularly favorable. Thus, it is possible, in particular, to avoid wasting valuable valuable “pure” oxygen to obtain a crude gaseous oxygen-containing product. For example, the “pure” oxygen taken from the lower part of the low-pressure separation column has an oxygen content of, for example, 99.6 mol%, and, at the same time, it is almost completely separated from argon. To this end, appropriate separation work has been carried out. In contrast, the liquid fraction with a second oxygen content, which can be taken from the lateral outlet of the low pressure separation column, contains, for example, 97 mol%. oxygen and 3 mol%. argon. Thus, the work required for the separation of oxygen and argon can be reduced. In other words, it is energetically beneficial to use the crude effluent fraction as the desired gaseous oxygen-containing product in the "crude" form than to reduce the purity of the "pure" fraction in the mixing column.
Жидкий поток с высоким содержанием кислорода, который подают в колонну смешивания, то есть поток с высоким содержанием кислорода, который соответствует отбираемой жидкой фракции по настоящему изобретению со вторым, более низким, значением содержания кислорода, преимущественно имеет содержание кислорода от 70 до 99% мол. и предпочтительно от 90 до 98% мол. Первое значение содержания кислорода в жидком кислородсодержащем продукте преимущественно составляет по меньшей мере 99% мол. и предпочтительно по меньшей мере 99,5% мол. Первое значение содержания кислорода эффективным образом всегда больше второго значения содержания.The high oxygen content liquid stream that is supplied to the mixing column, that is, the high oxygen content stream that corresponds to the selected liquid fraction of the present invention with a second, lower oxygen content, preferably has an oxygen content of 70 to 99 mol%. and preferably from 90 to 98 mol%. The first value of the oxygen content in the liquid oxygen-containing product is preferably at least 99 mol%. and preferably at least 99.5 mol%. The first value of the oxygen content in an effective manner is always greater than the second value of the content.
В соответствующем способе жидкую фракцию с первым значением содержания кислорода после отбора из разделительной колонны системы дистилляционных колонн преимущественно дополнительно охлаждают в теплообменнике. Это позволяет затем безопасно передавать жидкую фракцию в резервуар, так чтобы неизбежно проявляющиеся при этом тепловые потери не приводили к повышенному испарению.In the corresponding method, the liquid fraction with the first oxygen content after selection from the separation column of a system of distillation columns is preferably further cooled in a heat exchanger. This then makes it possible to safely transfer the liquid fraction to the tank, so that the heat loss inevitably resulting from this does not lead to increased evaporation.
В свою очередь, жидкую фракцию со вторым значением содержания кислорода после отбора из разделительной колонны системы дистилляционных колонн и/или после испарения в колонне смешивания нагревают в теплообменнике. Для нагревания жидкой фракции после отбора из системы дистилляционных колонн может быть использован тот же теплообменник, что и служащий для дополнительного охлаждения жидкой фракции с первым значением содержания кислорода после отбора из системы дистилляционных колонн. При этом перед испарением или после него в колонне смешивания жидкая фракция со вторым значением содержания кислорода также может быть подана в основной теплообменник установки разделения воздуха и в нем подогрета.In turn, the liquid fraction with a second oxygen content after selection from the separation column of a system of distillation columns and / or after evaporation in the mixing column is heated in a heat exchanger. To heat the liquid fraction after extraction from the system of distillation columns, the same heat exchanger can be used as that used for additional cooling of the liquid fraction with the first oxygen content after extraction from the system of distillation columns. In this case, before or after evaporation in the mixing column, the liquid fraction with the second oxygen content can also be fed into the main heat exchanger of the air separation unit and heated in it.
Жидкую фракцию со вторым значением содержания кислорода после отбора из разделительной колонны системы дистилляционных колонн по меньшей мере одним насосом по меньшей мере через один редукционный клапан преимущественно подают в верхнюю часть колонны смешивания. При этом давление повышается до давления в колонне смешивания, превышающего давление в разделительной колонне низкого давления, из которой преимущественно отбирают жидкую фракцию со вторым значением содержания кислорода.The liquid fraction with a second oxygen content after being taken from the separation column of the distillation column system by at least one pump through at least one pressure reducing valve is preferably fed to the top of the mixing column. In this case, the pressure rises to a pressure in the mixing column exceeding the pressure in the low-pressure separation column, from which a liquid fraction with a second oxygen content is predominantly taken.
Описываемый способ преимущественно реализуют как так называемый способ HAP (High Air Pressure (с высоким давлением воздуха)). При этом общий поток воздуха, в целом подаваемый на установку разделения воздуха, преимущественно сжимают в основном компрессоре до давления подачи от 6 до 30 бар и предпочтительно от 7 до 20 бар, например от 10 до 14 бар. При этом основной компрессор предпочтительно представляет собой единственную машину для сжатия воздуха, приводимую в действие от внешней энергии. Под "единственной машиной" в данном случае понимают, например, одноступенчатый или многоступенчатый компрессор, все ступени которого связаны с одним и тем же приводом, причем все ступени размещены в одном и том же корпусе или связаны с одним и тем же приводным механизмом. В этом воздушном компрессоре предпочтительно сжимают общий поток воздуха до давления, которое, например, четко выше рабочего давления в колонне с наибольшим значением давления. Однако наряду с этим сжатием частичные потоки могут "поджиматься", например, в бустерах, которые соединены с турбодетандерами, при этом для этой цели внешняя энергия не подводится.The described method is mainly implemented as the so-called HAP method (High Air Pressure). In this case, the total air flow generally supplied to the air separation unit is mainly compressed in the main compressor to a supply pressure of 6 to 30 bar and preferably 7 to 20 bar, for example 10 to 14 bar. In this case, the main compressor is preferably the only machine for compressing air driven by external energy. By "single machine" in this case is meant, for example, a single-stage or multi-stage compressor, all stages of which are connected to the same drive, and all stages are located in the same housing or connected to the same drive mechanism. In this air compressor, it is preferable to compress the total air flow to a pressure that, for example, is clearly higher than the working pressure in the column with the highest pressure value. However, along with this compression, partial flows can be “compressed”, for example, in boosters that are connected to turbo-expanders, and no external energy is supplied for this purpose.
В способе альтернативно или дополнительно может быть указано давление подачи также по сравнению с рабочим давлением в разделительной колонне высокого давления. В данном случае это означает, что разность давлений между давлением подачи и рабочим давлением в разделительной колонне высокого давления соответствует не только естественному перепаду давления, обусловленному трубопроводами, теплообменниками и другими аппаратами, но и составляет по меньшей мере 1 бар, преимущественно по меньшей мере 3 бар и предпочтительно по меньшей мере 5 бар. Разность давлений между давлением подачи и рабочим давлением в разделительной колонне высокого давления составляет, например, от 5 до 25 бар и предпочтительно от 7 до 15 бар.Alternatively or additionally, the supply pressure may also be indicated in the method compared to the working pressure in the high pressure separation column. In this case, this means that the pressure difference between the supply pressure and the working pressure in the high-pressure separation column corresponds not only to the natural pressure difference due to pipelines, heat exchangers and other devices, but also amounts to at least 1 bar, mainly at least 3 bar and preferably at least 5 bar. The pressure difference between the supply pressure and the working pressure in the high pressure separation column is, for example, from 5 to 25 bar and preferably from 7 to 15 bar.
Первый частичный поток общего потока воздуха преимущественно расширяется в первом детандере до рабочего давления в разделительной колонне высокого давления и поступает в разделительную колонну высокого давления. Благодаря этому может быть обеспечен дополнительный холод.The first partial stream of the total air stream is predominantly expanded in the first expander to working pressure in the high pressure separation column and enters the high pressure separation column. Due to this, additional cold can be provided.
Первый частичный поток перед расширением в первом детандере может быть сжат в бустере, соединенном с первым детандером, и/или охлажден перед расширением и/или после него в первом детандере. Тепло, выделяющееся при сжатии, может быть отведено посредством охлаждения после сжатия, например охлаждением водой и/или охлаждением до промежуточной температуры в основном теплообменнике. Если после расширения охлажденный таким образом газ пропускать через холодную часть основного теплообменника, то может быть обеспечено его дальнейшее охлаждение.The first partial stream before expansion in the first expander can be compressed in a booster connected to the first expander and / or cooled before expansion and / or after it in the first expander. The heat generated during compression can be removed by cooling after compression, for example by cooling with water and / or cooling to an intermediate temperature in the main heat exchanger. If after expansion, the gas thus cooled is passed through the cold part of the main heat exchanger, then further cooling can be ensured.
В качестве воздуха, подаваемого в колонну смешивания, преимущественно используют второй частичный поток общего потока воздуха, который во втором детандере расширяется до давления в колонне смешивания и поступает в нижнюю часть колонны смешивания. Этот прием также способствует покрытию потребности установки в холоде. Оба детандера характеризуются разными значениями температуры на входе, это значит, что температура на входе во второй детандер предпочтительно по меньшей мере на 5 K выше или ниже температуры на входе в первый детандер.As the air supplied to the mixing column, a second partial stream of the total air stream, which in the second expander expands to pressure in the mixing column, is mainly used and enters the lower part of the mixing column. This technique also helps to cover the installation’s cold needs. Both expanders are characterized by different inlet temperature values, which means that the inlet temperature to the second expander is preferably at least 5 K higher or lower than the inlet temperature to the first expander.
В зависимости от конструктивных или энергетических соображений первый и/или второй частичный поток может быть охлажден разными способами, так что способы могут быть оптимизированы, например, относительно уменьшения объема основного теплообменника, с одной стороны, или относительно максимальной экономии энергии.Depending on structural or energy considerations, the first and / or second partial stream can be cooled in various ways, so that the methods can be optimized, for example, with respect to reducing the volume of the main heat exchanger, on the one hand, or with respect to maximum energy saving.
Второй частичный поток также может быть охлажден перед расширением и/или после него во втором детандере, так что могут достигаться соответствующие требуемые температуры.The second partial stream can also be cooled before expansion and / or after it in the second expander, so that the corresponding desired temperatures can be achieved.
Один из двух детандеров предпочтительно соединен с бустером. Благодаря этому соединению работа расширения может быть использована рационально. При этом точное количество воздуха, который подают в детандер, соединенный с бустером, сначала преимущественно проходит через бустер, который преимущественно выполнен в виде теплого компрессора.One of the two expanders is preferably connected to a booster. Thanks to this connection, the expansion work can be used rationally. In this case, the exact amount of air that is supplied to the expander connected to the booster first primarily passes through the booster, which is mainly made in the form of a warm compressor.
Другой из двух детандеров преимущественно соединяют механически с генератором и/или масляным катарактом, в котором совершаемая при расширении работа может быть преобразована соответствующим образом.The other of the two expanders is advantageously connected mechanically to a generator and / or oil cataract, in which the work performed during expansion can be converted accordingly.
В описанном способе давление в колонне смешивания преимущественно устанавливают в интервале от 2 до 6 бар. Давление в колонне смешивания устанавливается, например, в зависимости от давления, задаваемого внешними требованиями для газообразного кислородного продукта, или также может быть соответствующим образом оптимизировано по энергетическим соображениям. В последнем случае преимущество имеет давление, равное 2 бар или близкое к этому значению.In the described method, the pressure in the mixing column is preferably set in the range from 2 to 6 bar. The pressure in the mixing column is set, for example, depending on the pressure specified by the external requirements for the gaseous oxygen product, or can also be optimized accordingly for energy reasons. In the latter case, the pressure is 2 bar or close to this value.
Установка разделения воздуха по настоящему изобретению оборудована для осуществления способа по любому из заявленных пунктов формулы изобретения. Она содержит средства, оборудованные для того, чтобы для получения жидкого кислородсодержащего продукта отбирать из разделительной колонны системы дистилляционных колонн установки разделения воздуха жидкую фракцию с первым, более высоким, значением содержания кислорода, и средства, оборудованные для того, чтобы из той же разделительной колонны системы дистилляционных колонн отбирать жидкую фракцию со вторым, более низким, содержанием кислорода и испарять в колонне смешивания при давлении в колонне смешивания за счет воздуха, подаваемого в колонну смешивания. В установке разделения воздуха полезный эффект в равной степени обеспечивают описанные ранее преимущества, так что на них можно сослаться конкретно.The air separation unit of the present invention is equipped to carry out the method according to any one of the claimed claims. It contains means equipped to select a liquid fraction with a first, higher oxygen value from the separation column of the distillation column system of the air separation unit to obtain a liquid oxygen-containing product, and means equipped to ensure that from the same separation column of the system distillation columns to select a liquid fraction with a second, lower oxygen content and evaporate in the mixing column at a pressure in the mixing column due to air, feed th to the mixing column. In an air separation unit, the benefits described previously are equally beneficial, so that they can be specifically referred to.
Далее поясняются предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.Next, preferred embodiments of the present invention are explained with reference to the attached drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показана установка разделения воздуха согласно варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 1 shows an air separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
На фиг. 2 показана установка разделения воздуха согласно варианту осуществления настоящего изобретения.In FIG. 2 shows an air separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
На фиг. 1 схематически показана установка разделения воздуха согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Установка разделения воздуха включает в себя основной теплообменник E1, систему дистилляционных колонн S с разделительной колонной высокого давления S1 и разделительной колонной низкого давления S2, колонну смешивания S3, холодильник E3 и два детандера X1 и X2, выполненные в виде турбодетандеров. Указанные далее рабочие параметры, такие как, например, значения рабочего давления, представляют собой примеры для указанных ранее интервалов.In FIG. 1 schematically shows an air separation apparatus according to one embodiment of the present invention. The air separation unit includes a main heat exchanger E1, a system of distillation columns S with a high-pressure separation column S1 and a low-pressure separation column S2, a mixing column S3, a refrigerator E3, and two expanders X1 and X2 made in the form of turbo-expanders. The following operating parameters, such as, for example, operating pressure values, are examples for the previously indicated intervals.
По трубопроводу "a" в установку 100 может быть подан воздух AIR, предварительно очищенный и сжатый до давления, например, от 10 до 14 бар. Для сжатия воздуха AIR используют непоказанный основной компрессор, при этом общий поток подаваемого воздуха обозначен как "общий поток воздуха".Pipeline "a" can be supplied to the installation 100 air AIR, pre-cleaned and compressed to a pressure of, for example, from 10 to 14 bar. To compress AIR, an unshown main compressor is used, with the total supply air flow referred to as “total air flow”.
Часть общего потока воздуха из трубопровода "a", обозначенная в рамках данной заявки как "первый частичный поток", может быть подана по трубопроводу "b" к бустеру C1. Бустер C1 может быть соединен с первым турбодетандером X1. Затем воздух, дополнительно сжатый в бустере C1, может быть охлажден в холодильнике E2 и подан в основной теплообменник E1 в его теплую часть. По трубопроводу "с" первый частичный поток может быть отведен из основного теплообменника E1 при промежуточной температуре, направлен в первый турбодетандер X1 для расширения с охлаждением и совершением работы и затем вновь направлен в основной теплообменник E1 в его холодную часть.A portion of the total air flow from conduit “a,” designated herein as “first partial flow”, may be supplied via conduit “b” to booster C1. Booster C1 can be connected to the first turbo-expander X1. Then the air, additionally compressed in booster C1, can be cooled in the refrigerator E2 and fed into the main heat exchanger E1 in its warm part. By conduit c, the first partial stream can be diverted from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature, sent to the first turboexpander X1 for expansion with cooling and operation, and then again directed to the main heat exchanger E1 in its cold part.
Другая часть воздуха из трубопровода "a" может быть подана через трубопровод "d" к основному теплообменнику E1 в его теплую часть. Часть этого воздуха при необходимости или потребности может быть расширена в редукционном клапане V1. Вторая часть воздуха из трубопровода "d" и, следовательно, часть общего потока воздуха, обозначенная в рамках данной заявки как "второй частичный поток", может быть отведена из основного теплообменника E1 при промежуточной температуре по трубопроводу "s". Воздух по трубопроводу "s" подают, как пояснено далее, в колонну смешивания S3. Количество воздуха, подаваемого в колонну смешивания S3, можно регулировать также редукционным клапаном V1.Another part of the air from the pipe "a" can be supplied through the pipe "d" to the main heat exchanger E1 in its warm part. Part of this air, if necessary or necessary, can be expanded in the pressure reducing valve V1. The second part of the air from the pipe "d" and, therefore, part of the total air flow, designated in the framework of this application as the "second partial stream", can be removed from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature through the pipe "s". Air through line "s" is supplied, as explained below, to the mixing column S3. The amount of air supplied to the mixing column S3 can also be controlled by pressure reducing valve V1.
Первый частичный поток воздуха, поступающий из трубопровода "a", и при необходимости воздух после расширения в редукционном клапане V1 имеют на выходе из основного теплообменника E1 в его холодной части температуру, близкую к температуре конденсации воздуха. Соответствующий поток воздуха может быть подан по трубопроводу "e" в разделительную колонну высокого давления S1. Рабочее давление в разделительной колонне высокого давления S1 и, следовательно, давление в трубопроводе "e" имеют указанные ранее значения. Турбодетандер X1 и клапан V1 отрегулированы соответствующим образом.The first partial air stream coming from pipeline "a" and, if necessary, the air after expansion in the pressure reducing valve V1 have a temperature close to the air condensation temperature at the outlet of the main heat exchanger E1 in its cold part. The corresponding air flow can be supplied via line “e” to the high pressure separation column S1. The operating pressure in the high-pressure separation column S1 and, therefore, the pressure in the pipe "e" have the previously indicated values. Turbo expander X1 and valve V1 are adjusted accordingly.
В разделительной колонне высокого давления S1 происходит предварительное разделение воздуха. Из нижней части или из куба разделительной колонны высокого давления S1 через трубопровод "f" может быть отобрана жидкая нижняя фракция с высоким содержанием кислорода, охлаждена в холодильнике E3 и после расширения до рабочего давления в разделительной колонне низкого давления S2 в редукционном клапане V2 подана по трубопроводу "g" в разделительную колонну низкого давления S2.In the high pressure separation column S1, air is preliminarily separated. From the lower part or from the cube of the high-pressure separation column S1, a liquid lower fraction with a high oxygen content can be taken out through the f-pipe, cooled in the E3 refrigerator, and after expansion to the working pressure in the low-pressure separation column S2 in the pressure reducing valve V2, it is supplied via the pipeline "g" into the low pressure separation tower S2.
Из верхней части разделительной колонны высокого давления S1 может быть отобрана газообразная верхняя фракция с высоким содержанием азота. По меньшей мере часть этого потока после подачи по трубопроводу "h" может быть сконденсирована в конденсаторе E4, который в рабочем режиме заполнен нижней фракцией с высоким содержанием кислорода из разделительной колонны низкого давления S2. По меньшей мере часть конденсата в виде жидкой флегмы может быть подана по трубопроводу "i" в верхнюю часть разделительной колонны высокого давления S1. Другая часть конденсата по трубопроводу "k" может быть подана в холодильник E3 (не показан) и по трубопроводу "m" в виде жидкого азотсодержащего продукта LIN подана, например, в резервуар.From the upper part of the high-pressure separation column S1, a gaseous upper fraction with a high nitrogen content can be selected. At least a portion of this stream, after being fed through the “h” pipe, can be condensed in a condenser E4, which is in operation filled with a lower fraction with a high oxygen content from the low-pressure separation column S2. At least part of the condensate in the form of liquid reflux can be fed via line “i” to the upper part of the high-pressure separation column S1. The other part of the condensate can be supplied via line “k” to a refrigerator E3 (not shown) and through line “m” as a liquid nitrogen-containing product LIN, for example, to a tank.
Другой частичный поток газообразной верхней фракции с высоким содержанием азота, отобранной из верхней части разделительной колонны высокого давления S1, может быть подан по трубопроводу "l" в основной теплообменник E1, в котором он нагревается и в редукционном клапане V3 расширяется. Полученная соответствующая газообразная фракция с высоким содержанием азота может быть использована, например, в качестве уплотняющего газа в применяемых компрессорах.Another partial stream of a gaseous top fraction with a high nitrogen content, taken from the upper part of the high-pressure separation column S1, can be fed via line “l” to the main heat exchanger E1, in which it is heated and expanded in the pressure reducing valve V3. The obtained corresponding gaseous fraction with a high nitrogen content can be used, for example, as a sealing gas in the compressors used.
Из разделительной колонны высокого давления S1 на заданной высоте через трубопровод "n" может быть отобрана фракция с высоким содержанием азота, затем охлаждена в холодильнике E3 и после расширения в редукционном клапане V4 по трубопроводу "o" подана в виде жидкого потока с высоким содержанием азота в верхнюю часть разделительной колонны низкого давления S2.A high-nitrogen fraction can be taken from the high-pressure separation column S1 at a given height through line "n", then cooled in the refrigerator E3 and, after expansion in the pressure reducing valve V4, through line "o", it is supplied as a liquid stream with a high nitrogen content in the upper part of the low pressure separation column S2.
Из нижней части разделительной колонны низкого давления S2 может быть отобрана по меньшей мере часть нижней фракции с высоким содержанием кислорода через трубопровод "p" и подана по через ввод "p'" в холодильник E3. Эта жидкая фракция имеет высокое значение содержания кислорода, которое в рамках данной заявки обозначается как "первое" значение содержания кислорода. После охлаждения эта фракция через трубопровод "q" и клапан V5 как жидкая фракция с высоким содержанием кислорода может быть выведена в качестве жидкого кислородсодержащего продукта LOX, то есть, выведена в жидкой форме из установки разделения воздуха.From the lower part of the low-pressure separation column S2, at least a portion of the lower oxygen-rich fraction can be taken out via line "p" and fed through the "p '" inlet to refrigerator E3. This liquid fraction has a high oxygen content, which is referred to in this application as the “first” oxygen content. After cooling, this fraction through the pipeline "q" and valve V5 as liquid the high oxygen fraction can be withdrawn as a liquid oxygen-containing LOX product, that is, withdrawn in liquid form from an air separation unit.
Из верхней части разделительной колонны низкого давления S2 через трубопровод "r" может быть отобрана газообразная верхняя фракция, затем нагрета в основном теплообменнике E1 и подана через клапан V6. Эта фракция может быть использована, например, для регенерации адсорбционных устройств очистки исходного воздуха AIR.From the upper part of the low-pressure separation column S2, a gaseous upper fraction can be taken out via line “r”, then heated in the main heat exchanger E1 and supplied through valve V6. This fraction can be used, for example, for the regeneration of adsorption devices for purifying AIR source air.
Установка разделения воздуха выполнена в виде установки с колонной смешивания. В данном случае по меньшей мере часть воздуха из трубопровода "d" ("второй частичный поток") может быть отведена из основного теплообменника E1 при промежуточной температуре и подана по трубопроводу "s" во второй турбодетандер X2. Во втором турбодетандере X2, который соединен с блоком преобразователя энергии G, например, с генератором или масляным катарактом, давление воздуха может быть уменьшено, например, до значения в интервале от 2 до 4 бар и предпочтительно до 3 бар. Затем воздух подают в виде газа в нижнюю часть колонны смешивания S3, которая функционирует при соответствующем давлении.The air separation unit is designed as a unit with a mixing column. In this case, at least a portion of the air from line "d" ("second partial stream") can be vented from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature and fed via line "s" to the second turbine expander X2. In a second turboexpander X2, which is connected to an energy converter unit G, for example, with a generator or oil cataract, the air pressure can be reduced, for example, to a value in the range from 2 to 4 bar and preferably to 3 bar. Then, air is supplied in the form of gas to the lower part of the mixing column S3, which operates at an appropriate pressure.
В верхнюю часть колонны смешивания S3 по трубопроводу "t" подают фракцию с высоким содержанием кислорода, которую отбирают на заданной высоте разделительной колонны низкого давления S2 через трубопровод "u" в жидком виде и с содержанием кислорода, обозначенным в рамках данной заявки как "второе значение содержания кислорода". Отобранную через трубопровод "u" фракцию насосом P1 при давлении, превышающем давление в колонне смешивания S3, через трубопроводы "v" и "w" подают в холодильник E3 и затем в основной теплообменник E1, нагревают соответственно до промежуточной температуры и через клапан V7 и трубопровод "t" подают в колонну смешивания S3.A high oxygen fraction is fed to the upper part of the mixing column S3 via the “t” pipe, which is taken at a given height of the low pressure separation column S2 through the “u” pipe in liquid form and with the oxygen content designated in this application as “second value oxygen content. " The fraction taken through line “u” by pump P1 at a pressure exceeding the pressure in the mixing column S3, is fed to cooler E3 through pipelines “v” and “w” and then to main heat exchanger E1, heated to an intermediate temperature, respectively, and through valve V7 and piping “t” is fed to mixing column S3.
Благодаря интенсивному контакту и, следовательно, благодаря прямому теплообмену с фракцией с высоким содержанием кислорода, поступающей из трубопровода "t", сжижают воздух, подаваемый в виде газа в нижнюю часть колонны смешивания S3. Сжиженный воздух может быть отведен из нижней части колонны смешивания S3 через трубопровод "x", охлажден в холодильнике E3 до промежуточной температуры и через трубопровод "y" и редукционный клапан V8 подан ("вдут") в разделительную колонну низкого давления S2.Due to the intensive contact and, therefore, due to direct heat exchange with the high oxygen fraction coming from the "t" pipe, the air supplied in the form of gas to the lower part of the mixing column S3 is liquefied. Liquefied air can be drawn from the bottom of the mixing column S3 via line “x”, cooled to an intermediate temperature in the refrigerator E3 and through the line “y” and pressure relief valve V8 (“blown”) into the low pressure separation tower S2.
Газообразная фракция с высоким содержанием кислорода может быть отобрана из верхней части колонны смешивания S3 через трубопровод "z", нагрета в основном теплообменнике E1 и отведена через клапан V9 в виде газообразного кислородсодержащего продукта.The gaseous fraction with a high oxygen content can be taken from the upper part of the mixing column S3 through the pipe "z", heated in the main heat exchanger E1 and discharged through the valve V9 in the form of a gaseous oxygen-containing product.
На фиг. 2 схематически показана установка разделения воздуха согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Она содержит существенные компоненты установки разделения воздуха, описанной ранее со ссылкой на фиг. 1, и функционирует соответственно. Повторное описание не приведено.In FIG. 2 schematically shows an air separation apparatus according to another embodiment of the present invention. It contains the essential components of the air separation unit described previously with reference to FIG. 1, and functions accordingly. Repeated description is not given.
В отличие от компоновки, показанной на фиг. 1, в данном случае второй частичный поток воздуха после расширения в турбодетандере X2 проходит через холодную часть основного теплообменника E1, а первый частичный поток в противоположность этому не проходит. При этом в альтернативных компоновках может быть предусмотрено также соответствующее охлаждение обоих частичных потоков в основном теплообменнике E1.In contrast to the arrangement shown in FIG. 1, in this case, the second partial stream of air after expansion in the turboexpander X2 passes through the cold part of the main heat exchanger E1, and the first partial stream, in contrast, does not pass. In alternative configurations, appropriate cooling of both partial flows in the main heat exchanger E1 can also be provided.
Показанные на фиг. 1 и 2 компоновки оптимизированы для разных целей. Компоновка, показанная на фиг. 1, допускает уменьшенный объем основного теплообменника, однако при этом не является энергетически оптимальной в полной мере. Компоновка, показанная на фиг. 2, оптимизирована или может быть оптимизирована энергетически лучше, но требует применения основного теплообменника большего объема. Shown in FIG. 1 and 2 layouts are optimized for different purposes. The arrangement shown in FIG. 1, allows a reduced volume of the main heat exchanger, however, it is not fully energy optimal. The arrangement shown in FIG. 2, is optimized or can be optimized energetically better, but requires the use of a larger main heat exchanger.
Claims (30)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102012017484.5A DE102012017484A1 (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Process and plant for the production of liquid and gaseous oxygen products by cryogenic separation of air |
DE102012017484.5 | 2012-09-04 | ||
EP12007213.7 | 2012-10-18 | ||
EP12007213.7A EP2703757A1 (en) | 2012-09-04 | 2012-10-18 | Method and plant for creating liquid and gaseous oxygen products by cryogenic decomposition of air |
PCT/EP2013/002604 WO2014037091A2 (en) | 2012-09-04 | 2013-08-29 | Process and facility for generating liquid and gaseous oxygen products by low-temperature separation of air |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015112309A RU2015112309A (en) | 2016-10-27 |
RU2647297C2 true RU2647297C2 (en) | 2018-03-15 |
Family
ID=47142876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112309A RU2647297C2 (en) | 2012-09-04 | 2013-08-29 | Method and plant for producing liquid and gaseous oxygenates by low-temperature air separation |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (2) | EP2703757A1 (en) |
BR (1) | BR112015004726B1 (en) |
CL (1) | CL2015000527A1 (en) |
DE (1) | DE102012017484A1 (en) |
PL (1) | PL2906889T3 (en) |
RU (1) | RU2647297C2 (en) |
WO (1) | WO2014037091A2 (en) |
ZA (1) | ZA201501162B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794009C2 (en) * | 2019-02-13 | 2023-04-11 | Линде Гмбх | Method and installation for preparing one or more oxygen enriched gas air separation products |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3179186A1 (en) | 2015-12-07 | 2017-06-14 | Linde Aktiengesellschaft | Method for obtaining a liquid and a gaseous oxygen-rich air product in an air breakdown apparatus and air breakdown apparatus |
JP2024013252A (en) * | 2022-07-20 | 2024-02-01 | 大陽日酸株式会社 | Heat exchanger |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0698772A1 (en) * | 1994-08-25 | 1996-02-28 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus for producing oxygen |
US5551258A (en) * | 1994-12-15 | 1996-09-03 | The Boc Group Plc | Air separation |
DE10209421A1 (en) * | 2002-03-05 | 2003-04-03 | Linde Ag | Process for recovering a compressed product comprises subjecting air to low temperature decomposition in a rectification system consisting of a high pressure column and a low pressure column |
US20070209389A1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-13 | Prosser Neil M | Cryogenic air separation system for enhanced liquid production |
RU2360194C2 (en) * | 2004-01-12 | 2009-06-27 | Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method of air separation by low-pressure distillation and related device |
RU2387934C2 (en) * | 2005-12-15 | 2010-04-27 | Л'Эр Ликид Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method to separate air into components by cryogenic distillation |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2680114B1 (en) | 1991-08-07 | 1994-08-05 | Lair Liquide | METHOD AND INSTALLATION FOR AIR DISTILLATION, AND APPLICATION TO THE GAS SUPPLY OF A STEEL. |
US5454227A (en) | 1994-08-17 | 1995-10-03 | The Boc Group, Inc. | Air separation method and apparatus |
US5966967A (en) * | 1998-01-22 | 1999-10-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Efficient process to produce oxygen |
DE19951521A1 (en) | 1999-10-26 | 2001-05-03 | Linde Ag | Recovering pressurized product by low temperature decomposition of air in rectification system comprises cold compressing heat carrier stream before introducing into mixing column |
DE10015602A1 (en) | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Linde Ag | Method and device for obtaining a printed product by low-temperature separation of air |
DE10139727A1 (en) | 2001-08-13 | 2003-02-27 | Linde Ag | Method and device for obtaining a printed product by low-temperature separation of air |
DE10228111A1 (en) | 2002-06-24 | 2004-01-15 | Linde Ag | Air separation process and plant with mixing column and krypton-xenon extraction |
EP1666824A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-07 | Linde Aktiengesellschaft | Process and device for the recovery of Argon by cryogenic separation of air |
-
2012
- 2012-09-04 DE DE102012017484.5A patent/DE102012017484A1/en not_active Withdrawn
- 2012-10-18 EP EP12007213.7A patent/EP2703757A1/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-08-29 PL PL13755972T patent/PL2906889T3/en unknown
- 2013-08-29 WO PCT/EP2013/002604 patent/WO2014037091A2/en active Application Filing
- 2013-08-29 BR BR112015004726-2A patent/BR112015004726B1/en active IP Right Grant
- 2013-08-29 RU RU2015112309A patent/RU2647297C2/en active
- 2013-08-29 EP EP13755972.0A patent/EP2906889B1/en active Active
-
2015
- 2015-02-19 ZA ZA2015/01162A patent/ZA201501162B/en unknown
- 2015-03-04 CL CL2015000527A patent/CL2015000527A1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0698772A1 (en) * | 1994-08-25 | 1996-02-28 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus for producing oxygen |
US5551258A (en) * | 1994-12-15 | 1996-09-03 | The Boc Group Plc | Air separation |
DE10209421A1 (en) * | 2002-03-05 | 2003-04-03 | Linde Ag | Process for recovering a compressed product comprises subjecting air to low temperature decomposition in a rectification system consisting of a high pressure column and a low pressure column |
RU2360194C2 (en) * | 2004-01-12 | 2009-06-27 | Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method of air separation by low-pressure distillation and related device |
RU2387934C2 (en) * | 2005-12-15 | 2010-04-27 | Л'Эр Ликид Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method to separate air into components by cryogenic distillation |
US20070209389A1 (en) * | 2006-03-10 | 2007-09-13 | Prosser Neil M | Cryogenic air separation system for enhanced liquid production |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794009C2 (en) * | 2019-02-13 | 2023-04-11 | Линде Гмбх | Method and installation for preparing one or more oxygen enriched gas air separation products |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2906889B1 (en) | 2021-08-11 |
BR112015004726B1 (en) | 2021-07-06 |
WO2014037091A3 (en) | 2014-12-18 |
CL2015000527A1 (en) | 2015-06-19 |
EP2703757A1 (en) | 2014-03-05 |
ZA201501162B (en) | 2016-01-27 |
WO2014037091A2 (en) | 2014-03-13 |
EP2906889A2 (en) | 2015-08-19 |
DE102012017484A1 (en) | 2014-03-06 |
BR112015004726A2 (en) | 2017-07-04 |
PL2906889T3 (en) | 2021-12-27 |
RU2015112309A (en) | 2016-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10480853B2 (en) | Method for the cryogenic separation of air and air separation plant | |
RU2387934C2 (en) | Method to separate air into components by cryogenic distillation | |
KR100192874B1 (en) | Air separation | |
RU2722074C2 (en) | Method of producing liquid and gaseous oxygen-enriched air separation product in an air separation plant and an air separation plant | |
US20160025408A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
US20080223075A1 (en) | Process and Apparatus for the Separation of Air by Cryogenic Distillation | |
US20210071948A1 (en) | Method and device for producing air product based on cryogenic rectification | |
EP0425738A1 (en) | Process for the production of high pressure nitrogen with split reboil-condensing duty | |
US9733014B2 (en) | Method and device for obtaining compressed oxygen and compressed nitrogen by the low-temperature separation of air | |
US20170175585A1 (en) | Method and installation for storing and recovering energy | |
CN106595221A (en) | Oxygen production system and oxygen production method | |
CN107606875A (en) | The method and apparatus that compressed nitrogen and liquid nitrogen are produced by low temperature air separating | |
US10443931B2 (en) | Method and device for the cryogenic decomposition of air | |
US10222120B2 (en) | Method and device for generating two purified partial air streams | |
US20220260312A1 (en) | Process and plant for low-temperature fractionation of air | |
AU782163B2 (en) | Process and apparatus for separating a gas mixture with emergency operation | |
KR20170085449A (en) | Method for obtaining an air product in an air separation plant and air separation plant | |
RU2647297C2 (en) | Method and plant for producing liquid and gaseous oxygenates by low-temperature air separation | |
US8820115B2 (en) | Oxygen production method and apparatus | |
EP1726900A1 (en) | Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation | |
US20130086941A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
US10436507B2 (en) | Process and apparatus for producing pressurized gaseous nitrogen by cryogenic separation of air | |
US20230168030A1 (en) | Process for cryogenic fractionation of air, air fractionation plant and integrated system composed of at least two air fractionation plants | |
JPH07151459A (en) | Method and equipment for preparing at least one gas from airunder pressure | |
EA024400B1 (en) | Method for producing gaseous compressed oxygen product by low-temperature air separation |