RU2703243C2 - Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха - Google Patents

Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха Download PDF

Info

Publication number
RU2703243C2
RU2703243C2 RU2016108638A RU2016108638A RU2703243C2 RU 2703243 C2 RU2703243 C2 RU 2703243C2 RU 2016108638 A RU2016108638 A RU 2016108638A RU 2016108638 A RU2016108638 A RU 2016108638A RU 2703243 C2 RU2703243 C2 RU 2703243C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
separation
oxygen
argon
condenser
Prior art date
Application number
RU2016108638A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016108638A (ru
RU2016108638A3 (ru
Inventor
Тобиас Лаутеншлагер
Штефан ЛОХНЕР
Original Assignee
Линде Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Линде Акциенгезелльшафт filed Critical Линде Акциенгезелльшафт
Publication of RU2016108638A publication Critical patent/RU2016108638A/ru
Publication of RU2016108638A3 publication Critical patent/RU2016108638A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2703243C2 publication Critical patent/RU2703243C2/ru

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
    • F25J3/04406—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
    • F25J3/04412—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 in a classical double column flowsheet, 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
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation 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
    • F25J3/0228—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 characterised by the separated product stream
    • F25J3/028—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 characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F25J3/0285—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 characterised by the separated product stream separation of noble gases of argon
    • 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
    • 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
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • 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
    • F25J3/04084—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 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
    • F25J3/04006—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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/04284—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
    • F25J3/04248—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.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • 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
    • 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
    • F25J3/04436—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 at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04448—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 at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with an intermediate 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/0466—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column or auxiliary column system in a single 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
    • 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual 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
    • 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04884—Arrangement of reboiler-condensers
    • 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
    • F25J2200/32—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • 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
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/58—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being argon or crude argon
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/10—Boiler-condenser with superposed stages
    • 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
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers

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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Установка и способ служат для получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха в системе дистилляционных колонн. Установка содержит колонну (1) высокого давления и колонну (2) низкого давления, главный конденсатор (3), линию (37) для продуктового кислорода, которая соединена с колонной (2) низкого давления, вспомогательную колонну (4), устройство для введения газообразной фракции (12), содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, в сборник вспомогательной колонны (4), линию (19, 20, 20b) для флегмовой жидкости, для введения потока жидкости из колонны (1) высокого давления, главного конденсатора (3) или колонны (2) низкого давления в качестве флегмы на верх вспомогательной колонны (4), причем поток жидкости имеет содержание азота, которое по меньшей мере равно содержанию его в воздухе. Пространство сжижения главного конденсатора (3) находится в соединении (13, 14, 15) по потоку с верхом колонны (2) высокого давления, и пространство испарения главного конденсатора (3) находится в соединении (31, 33, 34, 35) по потоку с колонной (2) низкого давления. Установка также содержит разделительную колонну (5) для разделения кислорода и аргона, которая находится в соединении (29, 30) по потоку с промежуточным участком колонны (2) низкого давления, верхний конденсатор (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона, линию (21, 22) для сырого кислорода, для введения жидкого сырого кислорода из сборника колонны (1) высокого давления в пространство испарения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона. Пространство сжижения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона находится в соединении (38, 39) по потоку с верхом разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона. Главный конденсатор (3) установлен выше колонны (1) высокого давления. Верхний конденсатор (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона расположен выше разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона. Разделительная колонна (5) для разделения кислорода и аргона выполнена как колонна для выделения аргона. Колонна (2) низкого давления размещена рядом с колонной (1) высокого давления. Вспомогательная колонна (4) расположена над главным конденсатором (3). Колонна (5) для выделения аргона находится выше вспомогательной колонны (4). Технический результат: повышение производительности получения кислорода, увеличение компактности установки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к установке для получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха согласно родовому понятию пункта 1 патентной формулы.
Основы низкотемпературного разделения воздуха в общем и целом, а также конструкция двухколонной установки в частности, описаны в монографии «Tieftemperaturtechnik» («Техника низких температур»), авторы Hausen и Linde (2-ое издание, 1985), и в статье автора Latimer в «Chemical Engineering Progress» (том 63, № 2, 1967, страница 35). Теплообменное взаимодействие между колонной высокого давления и колонной низкого давления двойной колонны, как правило, выполняется через главный конденсатор, в котором газ из верха колонны высокого давления сжижается испаряющейся кубовой жидкостью колонны низкого давления.
Система дистилляционных колонн согласно изобретению в принципе может быть выполнена как классическая двухколонная система с колонной высокого давления и колонной низкого давления. В дополнение к обеим разделительным колоннам для разделения азота и кислорода, могут иметься дополнительные устройства для выделения других компонентов воздуха, в частности, благородных газов, например, получения криптона и ксенона.
Главный конденсатор согласно изобретению выполнен как конденсатор-испаритель. Под «конденсатором-испарителем» подразумевается теплообменник, в котором первый конденсируемый поток текучей среды вступает в косвенный теплообмен со вторым, испаряющимся потоком текучей среды. Каждый конденсатор-испаритель имеет пространство сжижения и пространство испарения, которые состоят из каналов для сжижения и, соответственно, испарительных каналов. В пространстве сжижения происходит конденсация (сжижение) первого потока текучей среды, в пространстве испарения проводится испарение второго потока текучей среды. Пространство испарения и пространство сжижения сформированы группами каналов, которые находятся в теплообменном взаимодействии между собой.
При этом главный конденсатор может быть выполнен как одно- или многоярусная выпарная установка, в частности, как каскадный испаритель (например, как описанный в патентных документах ЕР 1287302 В1, соответственно US 6748763 В2 [Linde P00107]), или же как испаритель с падающей пленкой. Он может быть сформирован единственным теплообменным блоком, или также многочисленными теплообменными блоками, которые размещены в общем резервуаре высокого давления.
«Главный теплообменник» служит для охлаждения подаваемого воздуха в косвенном теплообмене с возвратными потоками из системы дистилляционных колонн. Он может быть сформирован из единственной или многочисленных соединенных параллельно и/или последовательно теплообменных секций, например, из одного или многих пластинчатых теплообменных блоков. Отдельные теплообменники, которые служат специально для испарения или псевдоиспарения единственной жидкой или сверхкритической текучей среды, без нагревания и/или испарения другой текучей среды, не относятся к главному теплообменнику.
Указывающие относительное пространственное расположение термины «наверху», «внизу», «над», «под», «выше», «ниже», «рядом с», «друг около друга», «вертикально», «горизонтально», и т.д., здесь относятся к пространственной ориентации разделительных колонн в нормальных эксплуатационных условиях. Под размещением двух колонн или частей установки «друг над другом» здесь подразумевается, что верхний конец нижней из обеих частей установки находится на более низкой или равной геодезической высоте, нежели нижний конец верхней из обеих частей установки, и проекции обеих частей установки на горизонтальную плоскость пересекаются. В частности, если обе части установки размещены точно друг над другом, это значит, что оси обеих колонн пролегают по одной и той же вертикальной прямой линии.
Установка указанного в начале типа и соответственный способ известны из патентного документа SE 1136355 В.
В основу изобретения положена задача сооружения подобной установки, имеющей особенно высокую производительность получения кислорода и одновременно выполненной настолько компактной, что она, насколько возможно, может быть собрана после заводского изготовления и затем транспортирована на строительную площадку. Для такого транспорта существуют строгие ограничения в отношении высоты (транспортировочная длина) и диаметра (транспортировочная ширина) разделительных колонн. Например, зачастую максимальный диаметр колонны задается равным 4,8 м.
Эта задача решена согласно признакам пункта 1 патентной формулы. В частности, применяются колонна для выделения аргона и вспомогательная колонна, и колонны размещены особенно благоприятным образом.
Под «колонной для выделения аргона» здесь подразумевается разделительная колонна для отделения аргона от кислорода, которая служит не для получения чистого продуктового аргона, а для извлечения аргона из воздуха, разделяемого в колонне высокого давления и в колонне низкого давления. Ее подключение лишь незначительно отличается от классической колонны для получения сырого аргона, но, конечно, она имеет явно меньшее число теоретических тарелок, а именно, менее 40, в частности, между 15 и 30. Как и в колонне для получения сырого аргона, сборник колонны для выделения аргона соединена с промежуточным участком колонны низкого давления, и колонна для выделения аргона охлаждается верхним конденсатором , на сторону испарения которого подается подвергаемая расширению кубовая жидкость из колонны высокого давления; колонна для выделения аргона не имеет никакого кубового испарителя.
Во вспомогательной колонне производится обработка части подаваемого воздуха, в частности, по меньшей мере части расширенного в турбодетандере потока воздуха, который не подается ни в колонну высокого давления, ни в колонну низкого давления.
Прежде всего, в стремлении сформировать особенно компактную установку представлялось бы абсурдным использование двух дополнительных колонн помимо обычных, а именно, колонны высокого давления и колонны низкого давления. Однако в рамках изобретения неожиданного выяснилось, что в совокупности получаются как особенно высокая производительность, так и хорошая техническая осуществимость. Соответствующее изобретению сочетание вспомогательной колонны, колонны для выделения аргона и конфигурации колонн приводит к особенно благоприятной установке.
На вершине вспомогательной колонны преимущественно получается первый газообразный азотный продукт, на вершине колонны низкого давления получается второй газообразный азотный продукт. Оба эти азотных продукта могут быть, например, объединены и совместно нагреты в переохлаждающем противоточном теплообменнике и главном теплообменнике примерно до температуры окружающей среды.
Во многих случаях оказывается более благоприятным, когда первая и вторая головные фракции пропускаются по отдельности - то есть, в раздельных группах каналов - через главный теплообменник, и при этом данные фракции нагреваются подаваемым воздухом для колонны высокого давления. Затем, например, вершина колонны низкого давления может действовать при особенно низком давлении, к примеру, от 1,0 до 1,6 бар (0,1-0,16 МПа), причем на вершине вспомогательной колонны доминирует на величину от 0,1 до 0,3 бар (0,01-0,03 МПа) более высокое давление, на уровне от 1,1 до 1,7 бар (0,11-0,17 МПа), которое является достаточным, чтобы газ с верха колонны первой газообразной головной фракции из вспомогательной колонны использовался в качестве регенерационного газа в блоке молекулярных сит для очистки воздуха. Благодаря особенно низкому давлению в колонне низкого давления сокращается энергопотребление в установке.
В одном дополнительном варианте осуществления изобретения газ из пространства испарения верхнего конденсатора колонны для выделения аргона подается во вспомогательную колонну. Этот газ может быть предварительно смешан с газообразной фракцией, содержание кислорода в которой является равным содержанию его в воздухе или более высоким, и совместно с нею направлен во вспомогательную колонну, например, в сборник. В альтернативном варианте, только газ из верхнего конденсатора колонны для выделения аргона подается в сборник вспомогательной колонны, и другие газообразные фракции направляются в промежуточный участок выше массообменного участка. Благодаря этому колонна низкого давления может быть в большей степени разгружена, и тем самым может быть повышена производительность всей установки в целом.
Кроме того, является благоприятным, когда устройства для подачи газообразной фракции, содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, во вспомогательную колонну выполнены как устройства для подведения во вспомогательную колонну расширенного в турбодетандере воздуха. Благодаря этому воздух из турбодетандера должен быть введен в колонну низкого давления весь или только частично.
Кроме того, изобретение относится к способу получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха согласно пунктам 7-13 патентной формулы.
Изобретение, а также дополнительные детали изобретения более подробно разъясняются далее с помощью схематически представленных в чертежах примеров осуществления. Как при этом показано:
Фигура 1 представляет первый пример осуществления изобретения с объединением обеих головных фракций вспомогательной колонны и колонны низкого давления,
Фигура 2 представляет второй пример исполнения с раздельным подведением обеих головных фракций,
Фигура 3 представляет третий пример исполнения с подачей газа из верхнего конденсатора колонны для выделения аргона во вспомогательную колонну, и
Фигура 4 представляет вариант Фигуры 3 с дополнительным массообменным участком во вспомогательной колонне.
Главный теплообменник 103 с таким вспомогательным оборудованием, как турбодетандеры 106, 110, 114, представлен только в Фигуре 1. В примерах исполнения согласно Фигурам 2-4 он имеет точно такой же вид, даже если он не показан в чертежах.
Система дистилляционных колонн установки в Фигуре 1 имеет колонну 1 высокого давления, колонну 2 низкого давления, главный конденсатор 3, вспомогательную колонну 4, колонну 5 для выделения аргона и верхний конденсатор 6 колонны для выделения аргона. В этом примере исполнения главный конденсатор 3 выполнен как шестиярусный каскадный испаритель, и верхний конденсатор 6 колонны для выделения аргона сформирован как одноярусное выпарное устройство. Вспомогательная колонна в этом примере содержит 20 фактических или теоретических тарелок. Если применяется упорядоченная насадка, то предпочтительно следует выбирать особенно большую удельную площадь поверхности, например, 1200 м2/м3.
Сжатый и очищенный подаваемый воздух готовится с тремя различными давлениями. Первое давление преобладает в линии 101. Первая часть 102 воздуха под первым давлением охлаждается в главном теплообменнике 103 и на холодном конце образует поток 102а воздуха. Вторая часть 104 воздуха под первым давлением охлаждается в главном теплообменнике 103 до промежуточной температуры. Воздух 105 с промежуточной температурой подается в первый турбодетандер 106 и там расширяется с выполнением работы. Расширенный в турбодетандере воздух 107 образует «третий поток подаваемого воздуха» и по линии 12 подается во вспомогательную колонну 4.
Воздух 108 находится под вторым, более высоким давлением, охлаждается в главном теплообменнике 103 до промежуточной температуры, подводится через линию 109 во второй турбодетандер 110 и расширяется с выполнением работы, чтобы образовать поток 111 воздуха.
Дополнительный поток воздуха при еще более высоком третьем давлении, так называемый дроссельный поток 112, охлаждается или сжижается в главном теплообменнике - или псевдоожижается, если давление является сверхкритическим. Жидкий или сверхкритический дроссельный поток 113 здесь - вопреки своему названию - не расширяется дросселированием, но расширяется с выполнением работы в жидкостной турбине 114 (турбине для плотной текучей среды). Полученный сжиженный воздух 8 образует «второй поток подаваемого воздуха». Первый поток 7 подаваемого воздуха образуется из воздушных потоков 102а и 111 и в газообразном состоянии подается в колонну 1 высокого давления, а именно, непосредственно выше сборника. Второй поток 8 подаваемого воздуха, главным образом в жидком состоянии, подводится в колонну 1 высокого давления несколько выше. Часть 9 его сразу же отбирается, охлаждается в переохлаждающем противоточном теплообменнике 10 и по линии 11 вводится в колонну 2 низкого давления. Третий поток 107 подаваемого воздуха из турбодетандера 106 в газообразном состоянии подается по линии 12 в сборник вспомогательной колонны 4.
В отличие от этого примера исполнения, поток 11 жидкого воздуха, часть его или другой поток жидкого воздуха могли бы вводиться во вспомогательную колонну 4, в частности, в промежуточный участок. Тогда вспомогательная колонна имела бы не только один массообменный участок, как в примере исполнения, а два массообменных участка, между которыми вводится жидкий воздух.
Часть 13 азота из верха колонны 1 высокого давления конденсируется в главном конденсаторе 3. Первая часть 15 полученного при этом жидкого азота 14 подается обратно в колонну 1 высокого давления и служит там в качестве флегмы. Вторая часть 16/17 охлаждается в переохлаждающем противоточном теплообменнике 10 и выводится в виде продуктового жидкого азота (LIN). Третья часть 18 жидкого азота 14 из главного конденсатора 3 направляется на внутреннее сжатие и затем выводится как газообразный сжатый продукт (GANIC). Сжиженный неочищенный азот 19 из промежуточного участка колонны 1 высокого давления подвергается переохлаждению в переохлаждающем противоточном теплообменнике 10. Первая часть 20а переохлажденного неочищенного азота 20 отправляется на верх колонны 2 низкого давления. Остальное количество протекает через линию 20b на верх вспомогательной колонны.
Сжиженный сырой кислород 21 из сборника колонны высокого давления также направляется в переохлаждающий противоточный теплообменник 10 и затем по линии 22 подается в пространство испарения верхнего конденсатора 6 колонны для выделения аргона. Образованный в пространстве испарения газ 23а подводится в колонну 2 низкого давления на промежуточном участке, точно так же, как остающаяся жидкой часть 24 и кубовая жидкость 25 вспомогательной колонны 4.
Головной продукт вспомогательной колонны 4 в качестве первой газообразной головной фракции 26b через линии 27 и 28 пропускается через переохлаждающий противоточный теплообменник 10 и далее направляется в главный теплообменник 103, и затем выводится как первый газообразный продуктовый азот, или подается в качестве регенерационного газа в непоказанное устройство для очистки воздуха. Головной продукт колонны 2 низкого давления выводится в качестве второй газообразной головной фракции 26а, объединяется с первой газообразной головной фракцией 26b, подается по линиям 27 и 28 через переохлаждающий противоточный теплообменник 10 и затем в главный теплообменник 103, и, наконец, выводится как второй газообразный продуктовый азот (вместе с первым). Азот 45 из верха колонны 1 высокого давления подогревается в главном теплообменнике 103 и выводится как продуктовый азот среднего давления (MPGAN); часть может быть использована как уплотняющий газ (SEALGAS).
Из промежуточного учаська колонны 2 низкого давления выводится обогащенный аргоном поток 29 и направляется в колонну 5 для выделения аргона. В противоположном направлении из сборника колонны 5 для выделения аргона протекает жидкость 30 обратно в колонну низкого давления.
Газ 38 из верха колонны для выделения аргона вводится в пространство сжижения верхнего конденсатора 6 колонны для выделения аргона. Образованная там жидкость 39 подается в колонну 5 для выделения аргона в качестве флегмы. Остальной газ 40, который имеет высокое содержание аргона, подогревается в собственной группе каналов в главном теплообменнике 103.
Первая часть 33 сжиженного кислорода в сборнике колонны 2 низкого давления через линию 31 и насос 32 вводится в пространство испарения главного конденсатора 3. Образованный там газ 34 и оставшаяся жидкость 35 возвращаются обратно в колонну 2 низкого давления. В случае, если существует потребность в жидком продуктовом кислороде (LOX), то для этого может быть использована вторая часть 36 жидкого кислорода в сборнике колонны 2 низкого давления, при необходимости после охлаждения в переохлаждающем противоточном теплообменнике 10. Третья часть 37 подается на внутреннее сжатие и затем образует основной продукт установки, а именно газообразный продуктовый сжатый кислород (GOXIC).
Колонны и конденсаторы размещены следующим образом:
- колонна 2 низкого давления стоит рядом с колонной 1 высокого давления.
- Главный конденсатор 3 установлен над колонной 1 высокого давления.
- Вспомогательная колонна 4 размещена над главным конденсатором 3.
- Колонна 5 для выделения аргона установлена над вспомогательной колонной 4.
- Верхний конденсатор 6 колонны для выделения аргона смонтирован над колонной 5 для выделения аргона.
В альтернативном варианте, вспомогательная колонна 4 и колонна 5 для выделения аргона могут быть размещены следующим образом:
- вспомогательная колонна 4 размещена над колонной 2 низкого давления.
- Колонна 5 для выделения аргона установлена над главным конденсатором 3.
- Верхний конденсатор 6 колонны для выделения аргона смонтирован над колонной 5 для выделения аргона.
Фигура 2 отличается от Фигуры 1 исключительно тем, что только вторая газообразная головная фракция (26а) из колонны 2 низкого давления пропускается через линии 27, 28 и переохлаждающий противоточный теплообменник 10. Напротив, первая газообразная головная фракция 26b из колонны 2 низкого давления пропускается мимо переохлаждающего противоточного теплообменника и протекает через отдельные каналы в главном теплообменнике. Этот признак может быть также осуществлен в установках согласно следующим Фигурам 3 и 4.
В Фигуре 3 только часть 23а газа 23 из пространства испарения верхнего конденсатора колонны для выделения аргона подается в колонну 2 низкого давления. Остальное количество 23b поступает во вспомогательную колонну 4, а именно, совместно с расширенным в турбодетандере воздухом.
В Фигуре 4 вспомогательная колонна 4 имеет дополнительный массообменный участок 41, причем газ 23b из верхнего конденсатора 6 колонны для выделения аргона вводится ниже этого массообменного участка, и поверх него расширенный в турбодетандере воздух 12.

Claims (46)

1. Установка для получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха, имеющая
- колонну (1) высокого давления и колонну (2) низкого давления,
- главный конденсатор (3), который выполнен как конденсатор-испаритель,
причем пространство сжижения главного конденсатора (3) находится в соединении (13, 14, 15) по потоку с верхом колонны (2) высокого давления, и пространство испарения главного конденсатора (3) находится в соединении (31, 33, 34, 35) по потоку с колонной (2) низкого давления,
- линию (37) для продуктового кислорода, которая соединена с колонной (2) низкого давления,
- вспомогательную колонну (4),
- устройство для введения газообразной фракции (12), содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, в сборник вспомогательной колонны (4),
- линию (19, 20, 20b) для флегмовой жидкости, для введения потока жидкости из колонны (1) высокого давления, главного конденсатора (3) или колонны (2) низкого давления в качестве флегмы на верх вспомогательной колонны (4), причем поток жидкости имеет содержание азота, которое по меньшей мере равно содержанию его в воздухе,
- разделительную колонну (5) для разделения кислорода и аргона, которая находится в соединении (29, 30) по потоку с промежуточным участком колонны (2) низкого давления,
- верхний конденсатор (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона, который выполнен как конденсатор-испаритель, причем пространство сжижения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона находится в соединении (38, 39) по потоку с верхом разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона, и имеющая
- линию (21, 22) для сырого кислорода, для введения жидкого сырого кислорода из сборника колонны (1) высокого давления в пространство испарения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона, причем
- главный конденсатор (3) установлен выше колонны (1) высокого давления, а
- верхний конденсатор (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона расположен выше разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона,
отличающаяся тем, что
- разделительная колонна (5) для разделения кислорода и аргона выполнена как колонна для выделения аргона,
- колонна (2) низкого давления размещена рядом с колонной (1) высокого давления,
- вспомогательная колонна (4) расположена над главным конденсатором (3), и
- колонна (5) для выделения аргона находится выше вспомогательной колонны (4).
2. Установка по п. 1, отличающаяся устройством для выделения первой газообразной головной фракции (26b) из вспомогательной колонны (4) в качестве первого газообразного азотного продукта.
3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся устройством для выделения второй газообразной головной фракции (26а) из колонны (2) низкого давления в качестве второго газообразного азотного продукта.
4. Установка по п. 2, отличающаяся устройствами (26b; 27, 28) для раздельного пропускания первой и второй головной фракции через главный теплообменник (103) для подогревания этих фракций подаваемым воздухом (102, 108, 112) для колонны (1) высокого давления.
5. Установка по одному из пп. 12, отличающаяся устройством для введения газа (23b) из пространства испарения верхнего конденсатора (6) колонны для выделения аргона во вспомогательную колонну (4).
6. Установка по одному из пп. 1-2, отличающаяся тем, что устройство для введения газообразной фракции, содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, во вспомогательную колонну выполнено как устройство для введения расширенного в турбодетандере воздуха (12) во вспомогательную колонну (4).
7. Способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха в системе дистилляционных колонн, которая содержит
- колонну (1) высокого давления и колонну (2) низкого давления,
- главный конденсатор (3), который выполнен как конденсатор-испаритель,
причем пространство сжижения главного конденсатора (3) находится в соединении (13, 14, 15) по потоку с верхом колонны (2) высокого давления, и пространство испарения главного конденсатора (3) находится в соединении (31, 33, 34, 35) по потоку с колонной (2) низкого давления, и
- вспомогательную колонну (4), причем
- поток (37) кислорода выводится из колонны (2) низкого давления и выделяется как продуктовый кислород,
- газообразная фракция (12), содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, вводится в сборник вспомогательной колонны (4),
- поток (19, 20, 20b) жидкости из колонны (1) высокого давления главного конденсатора (3) или колонны (2) низкого давления подается на верх вспомогательной колонны (4) в качестве флегмы, причем поток жидкости имеет содержание азота, которое по меньшей мере равно содержанию его в воздухе,
- обогащенный аргоном поток (29) из промежуточного участка колонны (2) низкого давления подается в разделительную колонну (5) для разделения кислорода и аргона,
- флегма (39) для разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона создается в верхнем конденсаторе (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона, который выполнен как конденсатор-испаритель, причем пространство сжижения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона находится в соединении (38) по потоку с верхом разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона,
- сырой кислород (21, 22) из сборника колонны (1) высокого давления вводится в пространство испарения верхнего конденсатора (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона, причем
- главный конденсатор (3) установлен выше колонны (1) высокого давления, и
- верхний конденсатор (6) разделительной колонны для разделения кислорода и аргона расположен выше разделительной колонны (5) для разделения кислорода и аргона,
отличающийся тем, что
- разделительная колонна (5) для разделения кислорода и аргона выполнена как колонна для выделения аргона,
- колонна (2) низкого давления размещена рядом с колонной (1) высокого давления,
- вспомогательная колонна (4) расположена выше главного конденсатора (3), и
- колонна (5) для выделения аргона находится выше вспомогательной колонны (4).
8. Способ по п. 7, в котором первая головная газообразная фракция (26b) из вспомогательной колонны (4) выделяется как первый газообразный азотный продукт.
9. Способ по п. 7 или 8, в котором вторая газообразная головная фракция (26а) из колонны (2) низкого давления выделяется в качестве второго газообразного азотного продукта.
10. Способ по п. 8, в котором первая и вторая головная фракция (26b; 27, 28) пропускаются по отдельности через главный теплообменник (103) для подогревания этих фракций подаваемым воздухом (102, 108, 112) для колонны (1) высокого давления.
11. Способ по одному из пп. 78, в котором газ (23b) из пространства испарения верхнего конденсатора (6) колонны для выделения аргона вводится во вспомогательную колонну (4).
12. Способ по одному из пп. 78, отличающийся тем, что газообразная фракция, содержание кислорода в которой равно содержанию его в воздухе или выше, образуется расширенным в турбодетандере воздухом (12).
RU2016108638A 2015-03-13 2016-03-11 Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха RU2703243C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15000748 2015-03-13
EP15000748.2 2015-03-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016108638A RU2016108638A (ru) 2017-09-12
RU2016108638A3 RU2016108638A3 (ru) 2019-04-15
RU2703243C2 true RU2703243C2 (ru) 2019-10-15

Family

ID=52736798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016108638A RU2703243C2 (ru) 2015-03-13 2016-03-11 Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9964353B2 (ru)
EP (1) EP3067650B1 (ru)
CN (1) CN106016969B (ru)
RU (1) RU2703243C2 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111406191B (zh) * 2017-12-25 2021-12-21 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 具有反向主热交换器的单封装空气分离设备
CN111271940A (zh) * 2020-01-19 2020-06-12 浙江智海化工设备工程有限公司 一种新型富氧生产方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU353115A1 (ru) * Л. П. Ронжин, В. Д. Добудько , Н. И. Костромин Способ разделения воздуха
SU104826A1 (ru) * 1950-12-07 1955-11-30 С.Я. Герш Установка дл получени газообразного кислорода
GB957871A (en) * 1961-01-26 1964-05-13 Linde Eismasch Ag Fractional distillation of liquid mixtures
RU2107871C1 (ru) * 1992-03-20 1998-03-27 Линде Акциенгезельшафт Способ низкотемпературного разделения воздуха и устройство для разделения воздуха
US6347534B1 (en) * 1999-05-25 2002-02-19 Air Liquide Process And Construction Cryogenic distillation system for air separation
DE10251485A1 (de) * 2002-11-05 2003-06-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Argongewinnung durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2014135271A2 (de) * 2013-03-06 2014-09-12 Linde Aktiengesellschaft Luftzerlegungsanlage, verfahren zur gewinnung eines argon enthaltenden produkts und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4737177A (en) * 1986-08-01 1988-04-12 Erickson Donald C Air distillation improvements for high purity oxygen
DE10027139A1 (de) 2000-05-31 2001-12-06 Linde Ag Mehrstöckiger Badkondensator
FR2895068B1 (fr) * 2005-12-15 2014-01-31 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique
DE102009023900A1 (de) * 2009-06-04 2010-12-09 Linde Aktiengesellschaft Dreisäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
US20120036891A1 (en) * 2010-08-12 2012-02-16 Neil Mark Prosser Air separation method and apparatus
EP2597409B1 (en) * 2011-11-24 2015-01-14 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
FR2964451B3 (fr) * 2011-12-05 2012-10-12 Air Liquide Installation de separation d'un gaz de l'air par separation cryogenique
FR2990500A1 (fr) * 2012-05-11 2013-11-15 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP2986924B1 (de) * 2013-04-18 2017-07-12 Linde Aktiengesellschaft Nachrüstbare vorrichtung zur tieftemperaturzerlegung von luft, nachrüstanlage und verfahren zum nachrüsten einer tieftemperatur-luftzerlegungsanlage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU353115A1 (ru) * Л. П. Ронжин, В. Д. Добудько , Н. И. Костромин Способ разделения воздуха
SU104826A1 (ru) * 1950-12-07 1955-11-30 С.Я. Герш Установка дл получени газообразного кислорода
GB957871A (en) * 1961-01-26 1964-05-13 Linde Eismasch Ag Fractional distillation of liquid mixtures
RU2107871C1 (ru) * 1992-03-20 1998-03-27 Линде Акциенгезельшафт Способ низкотемпературного разделения воздуха и устройство для разделения воздуха
US6347534B1 (en) * 1999-05-25 2002-02-19 Air Liquide Process And Construction Cryogenic distillation system for air separation
DE10251485A1 (de) * 2002-11-05 2003-06-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Argongewinnung durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO2014135271A2 (de) * 2013-03-06 2014-09-12 Linde Aktiengesellschaft Luftzerlegungsanlage, verfahren zur gewinnung eines argon enthaltenden produkts und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016108638A (ru) 2017-09-12
RU2016108638A3 (ru) 2019-04-15
EP3067650A1 (de) 2016-09-14
CN106016969B (zh) 2020-01-17
EP3067650B1 (de) 2018-04-25
US9964353B2 (en) 2018-05-08
US20160265841A1 (en) 2016-09-15
CN106016969A (zh) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5425100B2 (ja) 低温空気分離方法及び装置
US6662595B2 (en) Process and device for obtaining a compressed product by low temperature separation of air
US9038413B2 (en) Separation method and apparatus
US6564581B2 (en) Three-column system for the low-temperature fractionation of air
US20080223077A1 (en) Air separation method
CN105026862A (zh) 空气分离设备、获得含氩产品的方法及构建空气分离设备的方法
EP2185879A1 (en) Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US9733014B2 (en) Method and device for obtaining compressed oxygen and compressed nitrogen by the low-temperature separation of air
US8479535B2 (en) Method and apparatus for producing high purity oxygen
US20140223959A1 (en) Method and device for the cryogenic decomposition of air
RU2703243C2 (ru) Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха
US8820115B2 (en) Oxygen production method and apparatus
US20100221168A1 (en) Cryogenic system for neon production
US20210372698A1 (en) Enhancements to a dual column nitrogen producing cryogenic air separation unit
US20130047666A1 (en) Method and device for obtaining pressurized nitrogen and pressurized oxygen by low-temperature separation of air
US20110083469A1 (en) Process and Device for Obtaining Liquid Nitrogen by Low Temperature Air Fractionation
US20150316317A1 (en) Method and device for low-temperature air separation
KR20220015406A (ko) 저온 공기 분리를 위한 방법 및 시스템
CA2784884C (en) Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US20180372405A1 (en) Method and device for obtaining pure nitrogen and pure oxygen by low-temperature separation of air
AU2019202524A1 (en) Method for cryogenic separation of air, and air separation plant
CN114046629B (zh) 一种生产高纯氮和低纯氧的空气分离方法和装置
US20210372696A1 (en) Enhancements to a dual column nitrogen producing cryogenic air separation unit
US20230221069A1 (en) Integrated nitrogen liquefier for a nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
CN114174747A (zh) 用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备