Claims (1)
Способ получения холода на установках разделения воздуха низкого давления с циркуляционными циклами используется для удовлетворения нужд промышленности в жидких продуктах разделения воздуха - кислороде, азоте и аргоне, которые применяются в различных количественных соотношениях. Проведенное расчетное исследование показало, что можно создавать такие установки без применения фреонового охлаждения, а для высокой степени унификации применяемого оборудования можно использовать циркуляционный цикл для изготовления ожижителей азота по базовым установкам двух давлений. Эффективность работы предлагаемой схемы определяется, в основном, работой циркуляционного цикла, главной конструктивной особенностью которого является включение в схему его работы дополнительного турбодетандера. Повышение температурного уровня работы дополнительного турбодетандера, промежуточный подогрев потока перед расширением во 2-й ступени турбодетандера, ввод на циркуляцию газообразного потока из нижней колонны позволяют максимально повысить термодинамическую эффективность работы теплообменников, дают возможность вести процесс разделения в установке с минимальными энергозатратами и максимальным выходом жидких продуктов разделения - кислорода и азота при различном их количественном соотношении. В случае необходимости отключения дополнительного турбодетандера можно работать только с двухступенчатым турбодетандером-газодувкой. Функции дополнительного турбодетандера выполняет 1-я ступень расширения, поставленная на более высокий температурный уровень. Детандерный поток, проходящий через эту ступень расширения, увеличен ~ в 2 раза. Наличие в схеме одного двухступенчатого турбодетандера-газодувки значительно упрощает установку разделения воздуха, повышает ее надежность. Проведенные расчеты показывают, что создание турбодетандеров, работающих на более высоком температурном уровне, связано с увеличением частоты вращения ротора, но в реальных пределах. Эффективность и надежность предлагаемой схемы значительно повышается за счет исключения фреоновой холодильной машины, с помощью которой происходит понижение температуры воды, подаваемой в скруббер с целью охлаждения воздуха, поступающего на разделение. В предлагаемом способе для снижения энергозатрат на получение жидких продуктов разделения и уменьшения капитальных затрат охлаждение воды, подаваемой в скруббер, осуществляют в теплообменнике потоками азота из основного и циркуляционного циклов и после их подогрева до положительных температур образуют циркуляционный поток, направляемый на сжатие. Важной особенностью предлагаемого способа является возможность установки ректификационных колонн среднего и низкого давления на одном уровне, когда жидкий азот подают из циркуляционного цикла в качестве флегмы на ректификацию в колонну среднего давления, а чистый газообразный азот отбирается из верхней части колонны и направляется в конденсатор на испарение жидкого кислорода, а часть ожиженного чистого азота поступает на ректификацию в колонну низкого давления. Таким образом, как энергозатраты, так и капитальные затраты существенно понижаются, создавая условия для разработки универсальной схемы установки разделения воздуха и возможности ее применения в различном диапазоне производительностей для получения жидких продуктов - кислорода, азота и аргона при изменении их количественного соотношения.The method for producing cold in low-pressure air separation plants with circulation cycles is used to meet the industrial needs of liquid air separation products — oxygen, nitrogen and argon, which are used in various quantitative ratios. The computational study carried out showed that it is possible to create such installations without the use of freon cooling, and for a high degree of unification of the equipment used, a circulation cycle can be used to manufacture nitrogen liquefiers in the basic settings of two pressures. The efficiency of the proposed scheme is determined mainly by the work of the circulation cycle, the main design feature of which is the inclusion of an additional turbo-expander in the scheme of its operation. Increasing the temperature level of the additional turboexpander, intermediate heating of the flow before expansion in the 2nd stage of the turboexpander, entering the gaseous flow from the bottom column to the circulation, maximize the thermodynamic efficiency of the heat exchangers, make it possible to carry out the separation process in the installation with minimum energy consumption and maximum liquid product separation - oxygen and nitrogen in their various proportions. If it is necessary to turn off the additional turboexpander, you can work only with a two-stage turboexpander-gas blower. The functions of an additional turbo-expander are performed by the 1st stage of expansion, set at a higher temperature level. The expander flow through this expansion stage has been increased ~ 2 times. The presence of one two-stage turboexpander-gas blower in the circuit greatly simplifies the installation of air separation, increases its reliability. The calculations show that the creation of turbine expanders operating at a higher temperature level is associated with an increase in the rotor speed, but within real limits. The efficiency and reliability of the proposed scheme is significantly increased by eliminating the freon chiller, which reduces the temperature of the water supplied to the scrubber in order to cool the air entering the separation. In the proposed method, in order to reduce energy consumption for obtaining liquid separation products and reduce capital costs, the water supplied to the scrubber is cooled in a heat exchanger with nitrogen flows from the main and circulation cycles and, after being heated to positive temperatures, forms a circulation flow directed to compression. An important feature of the proposed method is the ability to install medium and low pressure distillation columns at the same level, when liquid nitrogen is supplied from the circulation cycle as reflux to a secondary pressure distillation column, and pure gaseous nitrogen is taken from the top of the column and sent to the condenser for evaporation of liquid oxygen, and part of the liquefied pure nitrogen is fed to the rectification in the low pressure column. Thus, both energy consumption and capital costs are significantly reduced, creating the conditions for the development of a universal scheme of the air separation unit and the possibility of its application in a different range of productivities for the production of liquid products - oxygen, nitrogen and argon when their quantitative ratio changes.