SU403206A1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОГО, ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО70%-ного КИСЛОРОДА - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике низкотемпературного разделени  газовых смесей, в частности к способу получени  загр зненного, приблизительно 70%-ного кислорода двухступенчатой ректификации воздуха в колонне среднего давлени  и в колонне тшзкого давлени  с ироизводством работы снижени  давлени  технологического потока до давлени  колонны низкого давлени , при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разделени  и раздел ют по меньшей мере на два отдельных потока, причем один поток направл ют непосредственно в ннжнюю часть колонны среднего давлени .

Разделенне газовых смесей на нх отдельные комнопенты св зано с тем более высокими расходами энергии, чем больше требуе.ма  чистота продукта. При пересчете на выделенный из воздуха азот минимальный расход энергии имеет место в том случае, если получают приблизительно 60-80%-ный кнслород.

Известен способ разделени  воздуха, который обеспечивает работу с низким (по возможности ) нредварительным давлением воздуха , ианример способ с двум  давлени ми.

Недостатком указанного снособа  вл ютс  довольно значительные затраты на аппаратуру . Возникает необходимость во втором комирессоре и в дополнительных ннркул нионных теплообменниках, в результате чего наблюдаютс  донолннтельные гндравлические потери холода. Загр зненный кислород испар етс  не при посто нной, а при скольз щей температуре . В обычной ректификационной колонне имеетс  в распор женни холодонроизводительность в верхней частн колонны при преобладаюн1 ,ей там темнературе. Это самое простое решение с точки зрени  техники, но с точки зренн  термодинамикн оно не  вл етс  онтнмальным, так как расходуетс  больше энергии, чем требуетс . Необходимо нримененне снецнальных ректификационных колонн, дл  которых нет нолностью удовлетворительного технического решени . Так как по технике безонасности продукт - кнслород не должен подвергатьс  «сухому испарению,

эффект скольз нгей температуры нснарени 

ннкогда не может иснользоватьс  полностью.

Кроме того, конструкционные возможности и

работа таких снецнальных колонн ограничены.

Цель изобретени  - уменьшение расхода

энергии при использовании надежных и ходовых элементов конструкции без особых затрат на аппаратуру. В частности, следует непользовать преимущества скольз щего испарени  продукта - кислорода без примепеии  специальпоп колонны. При этом не требуетс  циркул ции и ступеиеГ давлепи  вход щего воздуха.

Способ получеии  загр зиеилого, приблизительпо 70%-иого кислорода двухступенчатой ректификацией воздуха в колоние среднего давлени  и в колоипе низкого давлени  при расширепии с производством работы технологического потока до давлени  колонны низкого давлени , при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разложени  и раздел ют по меньшей мере на два отдельных потока, причем один поток направл ют непосредственно в иижиюю часть колоииы среднего давлепи , можно реализовать, если конденсировать второй отдельный поток отводимым из колонны низкого давлени  загр зненным кислородом, охлаждать до низкой температуры , дросселировать и использовать дл  охлаждени  верхней части колоппы среднего давлени , после чего паправл ть его в колонну низкого давлени  и затем охлаждать сырым кислородом из колонны среднего давлени  верхнюю ее часть.

Целесообразно, если при этом часть конденсированного загр зненным кислородом из колонны низкого давлени  отдельиого потока раздел емого воздуха направл ют как дополнительную обратную жидкость в колонну среднего давлени . Можно также отводить часть охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока и непосредствепно попижать давление в колонне низкого давлени , чем экономитс  энерги , так как ректификаци  осуществл етс  с меньшими нарушени ми равновеси .

В качестве производ щего работу техиологического потока, давление которого сбрасывают , можно использовать часть поступающего воздуха или получающуюс  в ходе процесса газовую фракцию.

На фиг. 1 показапа технологическа  схема выполнени  способа, по которому поступающий воздух раздел ют на три отдельных нотока; на фиг. 2 - технологическа  схема выполнени  способа, по которому сбрасывают давление у части газообразного азота из колонны среднего давлени  с производством работы; на фиг. 3 - технологическа  схема выполнени  снособа, но которому из колонны среднего давлени  отвод т газообразную промежуточную фракцию и расшир ют с производством работы.

Установка дл  реализации способа содержит колонну 1 среднего давлени  и колонну 2 низкого давлени , которые соединены одна с другой через конденсатор 3 и низкотемнературные холодильники 4 и 5.

По схеме на фиг. 1 сжатый приблизительно до 3,5 ата воздух с температурой среды направл ют через трубопровод в теплообменники 6 и 7 и газофазный фильтр 8, в котором задерживаютс  содержащиес  в воздухе углеводороды и остатки двуокиси углерода, не подвергшиес  вымораживаиию в теплообменпиках 6 и 7. Воздух охлаждают в указанных теплообменниках почти до точки росы.

После газообразного фильтра 8 воздух раздел ют на два отдельных потока. Около 20% поступающего воздуха подают через трубопровод 9 в теплообменник 7 и там снова немного нодогревают. В случае необходимости воздух может частично обходить теплообменник 7 через запорпый клапан 10. Через обводной трубопровод 11 часть вповь подогретого воздуха направл ют через регулирующий теплообменник 12 дл  того, чтобы воздух имел температуру около минус 168° С, после чего его подают в турбину 13, где производ т расширение до давлени  1,32 ата (давлени  колонны низкого давлени ). Затем охлажденный и расширенный воздух поступает через трубопровод 14 в колонну низкого давлени .

Остальную часть воздуха (всего около 80%) направл ют через воздушный предварительный конденсатор 15 и раздел ют затем на два отдельных потока, из которых один поток,

состо щий приблизительно из 50% всего воздуха , подают через трубопровод 16 непосредственно в колонну среднего давлени . Воздух в последпюю поступает пад кубовой частью. Второй отдельпый поток (около 30% протекающего через установку воздуха) идет через трубопровод 17 в основной воздушный конденсатор 18, в котором его конденсируют. Небольшую часть сконденснрованного воздуха нодают но трубопроводу 19 в колонну среднего

давлени  дл  увеличени  флегмы. Проход Н1 ,ее через трубопровод 17 основное количество воздуха охлаждают в низкотемпературном холодпльпике 4 приблизительно до минус 189°С и разветвл ют в трубопроводах 20 и

21 на приблизительно одинаковые дополиительные потоки.

Протекающий через трубопровод 21 отдельныйдополнительный поток расшир ют в дроссельный клапан 22 и направл ют в верхнюю

часть колонны низкого давлепи . Дополнительный ноток труб(Н|)овода 20 расп1ир ют в л,россельпый клапан 23 до давлени  колонны низкого давлени , испар ют в конденсаторе 3 и используют дл  охлаждени  верхней

части колонны среднего давлени . Исиар емый воздух соедин ют с воздухом из турбины 13 в трубопроводе 4 и подают вместе с этим воздухом в нижнюю треть колонны низкого давлени .

В колонне среднего давлени  раздел ют подаваемый воздух па азот и сырой кислород, который получают в жидком виде в кубовой части колонны с содержанием кислорода 41%. Азот в газообразном состо н 1и отвод т но

трубопроводу 24 из верхней части колоииы средиего давлени  и конденсируют в коидепсаторе 3. Часть его направл ют через трубопровод 25 в качестве флегмы в колонну среднего давлепи . Остаток поступает через трубопровод 26 в Г1изкотемиературный холодильник 5, затем - через дроссельный клапан 27 как флегма в колонну низкого давлени .

Неочищенный кислород отвод т из основани  колонны среднего давлени  через трубопровод 28 и иереохлаждают в низкотемпературном холодильнике 4, затем расшир ют в дроссельном клаиане 29, испар ют в конденсаторе 3 и используют дл  охлаждени  верхней части колонны среднего давлени . Газообразный сырой кислород подают через трубопровод 28 в кубовую часть колонны низкого давлени , в которой производ т окончательное разделение. Из ее верхней части отбирают через трубопровод 30 газообразный азот, который после прохождени  через иизкотемпературный холодильник 5 азота, низкотемпературный холодильник 4, воздушный предварительный конденсатор 15, регулируюище теплообменники 6 и 7 вывод т из установки с температурой окружающей среды. В низкотемпературном холодильнике азота предусмотрен обводный трубопровод 31 с регулирующим клапаном 32 дл  отбора газообразного азота из низкого давлени .

В кубовой части колонны низкого давлени  получают в качестве продукта загр зненный 70%-ный жидкий кислород. Его отвод т через трубопровод 33, расшир ют в дроссельном клапане 34 приблизительно до атмосферного давлени  и затем подают в конденсатор 3, где его частично выпаривают. При этом кислород поглощает около одной трети необходимого дл  его выпаривани  тепла. Указанное тепло отвод т из верхней части колонны среднего давлени . В сепараторе 35 производ т разделение фаз. Жидкую фазу отвод т через трубопровод 36 и направл ют циркул ционным иасосом 37 через кислородный фильтр 38, в котором удерживаютс  еще имеющиес  углеводороды .

Приблизительно две трети подаваемой циркул ционным насосом жидкой фазы выпаривают в осповнол .воздушном конденсаторе 18. При этом поступающий навстречу воздух полностью конденсируют. Через трубопровод 39 выпаренный приблизительно на две трети загр зненный кислород направл ют обратно в сепаратор 35. Через трубопровод 40 загр зненный кислород в газообразной форме отвод т из этого сепаратора. Кислород отдает свой остаточный холод по очереди в воздушном предварительном конденсаторе 15, регулируюп1ем в теплообменнике 12 и в теплообменниках 6 и 7. На границе установки он представл ет собой продукт с телтпературой средьт и при ат госферпом .давлении.

По описываемому способу дл  охлаждени  верхней части колонны среднего давлени  можно в значительной степени использовать глубокий холод, содержащийс  в загр зненном жидком кислороде. Загр зненный кислород выпариваетс  в конденсаторе 3 непосредствепно только на одну треть, так как он при выпаривании ввиду накапливани  кислорода в остающейс  жидкости становитс  все теплее.

Однако невыпаренна  дол  выпариваетс  поступающим воздухом. При этом воздух конденсируют , и он отдает первоначально содержаншес  в загр зненном кислороде тепло в верхней части колонны среднего давлени  благодар  повторному выпариванию при пониженном давлении. Загр зненный кислород можно полностью выпаривать в конденсаторе 3 только в том случае, когда повышаетс  давление колонны среднего давлени . Турбокомпрессор требует тогда больше энергии дл  поступаюн .1его в установку воздуха.

По схеме па фиг. 2 вход щий воздух раздел ют только на два отдельных потока. Отсутствует отдельный поток, который сбрасывает свое давлетше через турбину 13, производ  работу. Вместо этого от отводи-мого через трубопровод 24 пз верхней части колонны среднего давлени  газообразного азота ответвл ют отдельный поток в трубопровод 41, нагревают в воздушном конденсаторе 15 и в теплообменниках 12 и 7 и сбрасывают давление в турбине 42, производ  работу. Охлажденный азот со сброшенным давлением подают через трубопровод 43 и соедин ют с азотом , отводимым из верхней части колонны низкого давлени  через трубопровод 30. Предусматриваетс  также обводный трубопровод 11 и запорный клапан 10 перед турбиной 42.

По схеме на фиг. 3 процесс в значительной степени соответствует процессу по схеме па фиг. 2. Однако сбрасывают давление не газообразного азота нз верхней части колонны среднего давлени , а отбирают промежуточную фракцию (приблизительно 10% кислорода ) прн помоши трубопровода 43 из колонны среднего давлени  в том месте, в которое подают жидкий воздух через трубопровод 19. Промежуточную фракцию затем направл ют через воздушный предварительный конденсатор 15 и теплообменники 12 и 7. После расширени  в турбине 44 фракци  идет через трубопровод 45 в колонпу низкого давлени  в место ввода жидкого воздуха через трубопровод 21.

Предмет изобретени 

Claims (7)

1. Способ получени  загр зиенного, приблизительно 70%-цого кислорода двухступенчатой ректификацией воздуха в колонне среднего давлени  и в колонне низкого давлени , включающий сброс давлени  технологического потока до давлени  колонны низкого давлени  с производством работы, при котором поступающий воздух охлаждают продуктами разделени  н раздел ют по меньшей мере на два отдельных потока, из которых один направл ют неносредственно в нижнюю часть колонны среднего давлени , отличающийс  тем, что, с целью уменьпгени  расхода энергии , второй отдельный поток конденснр.уют отводимым 113 колонны низкого давлени  предварительно частично испарившнмс  загр зненным кислородом, после глубокого охлаждени  и после сброса давлени  охлаждают

благодар  выпариванию верхнюю часть колонны среднего давлени  и направл ют в колонну низкого давлени  и затем при помощи неочищенного кислорода из колонны среднего давлени  охлаждают верхнюю часть колонны среднего давлени .

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что часть сконденсированного второго отдельного потока направл ют как дополнительную обратную жидкость в колонну среднего давлени .

3.Способ по mi. и 2, отличающийс  тем, что от охлажденного до низкой температуры второго отдельного потока ответвл ют дополнительный поток, который дросселируют пр мо в колонну низкого давлени .

4.Способ по пп. 1-3, по которому поступающий воздух раздел ют на три отдельных потока , отличающийс  тем, что третий отдельный поток расщир ют с производством внешней работы и направл ют в колонну низкого давлени .

5.Способ по пп. 1-3, отличающийс  тем, что снижают давление части азота, получающегос  в газообразной форме в колонне среднего давлепи  вкачестве головного продукта, и носле отдачи холода удал ют из установки.

6.Способ по нп. 1-3, отличающийс  тем, что из средней части колонны среднего давлени  отбирают газообразную фракцию, расшир ют с производством внещней работы и направл ют в колонну низкого давлени .

7.Способ по пп. 1-6, отличающийс  тем, что загр зненный кислород из колонны низкого давлени  используют дл  охлаждени  верхней части колонны среднего давлени , прежде чем он конденсирует второй отдельный поток поступающего воздуха.