SU748098A1

SU748098A1 - Air separating method

Info

Publication number: SU748098A1
Application number: SU772511135A
Authority: SU
Inventors: Виктор Петрович Беляков; Аркадий Львович Винокурский; Вильгельм Фельксович Густов; Георгий Борисович Наринский; Хаим Яковлевич Степ
Original assignee: Предприятие П/Я А-3605
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1980-07-15

Description

1one

Изобретение относитс к низкотемпературному разделению газовых смесей, а именно к разделению воздуха методом низкотемпературной ректификации. The invention relates to low-temperature separation of gas mixtures, namely to the separation of air by the method of low-temperature distillation.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано при производстве больших количеств газообразного кислорода , азота или обогащенного кислородом воздуха дл нужд металлургической или химической промышленности в тех случа х, когда продукты разделени необходимо подавать потребителю под давлением около 0,3 МПа.The invention can be used most effectively in the production of large quantities of gaseous oxygen, nitrogen or oxygen-enriched air for the needs of the metallurgical or chemical industry in cases where the separation products need to be supplied to the consumer under a pressure of about 0.3 MPa.

В известных способах крупнотоннажного производства продуктов разделени воздуха используют схему низкого давлени , когда весь перерабатываемый воздух сжимаетс до давлени , необходимого дл осуществлени разделительного процесса в аппарате двухкратной ректификации, а холодопотери покрываютс путем детандерного рас- щирени части воздуха или какой-либо его фракций с получением энергии, т. е. за счет использовани резервов процесса низкотемпературной ректификации. При этом дл компенсации потерь холода через изол цию и от разности температур между поступающим % установку воздухом и выход щими из нее газообразными продуктами разделени , требуетс гораздо меньшее количество холода, чем может произвести детандер . Т. е. на детандер можно отводить большее количество воздуха или продуктов разделени . В этом случае часть продуктов разделени вывод т из установки,, например , в виде жидкости I и 2.In the known methods of large-scale production of air separation products, a low pressure scheme is used, when all the processed air is compressed to the pressure required for the separation process in a double rectification unit, and cold loss is covered by expanding some of its fractions to produce energy. i.e. by using the reserves of the low-temperature rectification process. In this case, to compensate for the loss of cold through the insulation and from the temperature difference between the incoming air and the gaseous separation products coming from it, much less cold is required than the expander can produce. That is, more air or separation products can be diverted to the expander. In this case, some of the separation products are removed from the installation, for example, in the form of liquid I and 2.

Когда потребности в выводе продуктов разделени кет, установка работает с по10 вышеиными энергозатратами, что вл етс недостатком известных способов.When there is a demand for the output of the separation products of the ket, the plant operates with higher energy consumption, which is a disadvantage of the known methods.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс способ разделени воздуха методом низкотемпературной ректифика15 ции, включающий низкотемпературное сжатие газообразных продуктов разделени и парлифтную циркул цию обогащенной кислородом жидкости 3.The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is the method of air separation by the method of low-temperature distillation, including low-temperature compression of gaseous separation products and parlift circulation of the oxygen-enriched liquid 3.

Этот способ включает детандерное рас20 щирение части перерабатываемого воздуха или какой-либо его фракции с получением энергии дл обеспечени низкотемпературного сжати продукционного кислорода с использованием части энергии детандерного расширени , вл ющейс избыточной по отношению к потребной холодопроизводителькости .This method involves expanding a portion of the air to be processed or any fraction thereof to produce energy to provide low temperature compression of the production oxygen using a portion of the expansion expansion energy that is excessive in relation to the required cooling capacity.

Известный способ также характеризуетс недостаточной энергетической эффективностью , так как- тепло, подводимое в процессе низкотемпературного сжати к продукционному кислороду, передаетс детандерному потоку, что в конечном счете приводит к росту потерь от необходимости в процессе ректификации и увеличению удельных энергозатрат установки.The known method is also characterized by insufficient energy efficiency, since the heat supplied in the process of low-temperature compression to the production oxygen is transferred to the expander flow, which ultimately leads to an increase in losses from the need for rectification and an increase in the unit energy consumption.

Кроме того, в тех случа х, когда требуетс осуществл ть парлифтную циркул цию жидкого кислорода или обогащенной кислородом жидкости дл прокачки ее через , адсорбер углеводородов, в известном способе возникают дополнительные энергетические потери, св заииые с работой парлифта (из-за необходимости подвода тепла дл геиерации транспортного пара).In addition, in those cases when it is necessary to carry out parlift circulation of liquid oxygen or oxygen-enriched liquid to pump it through, the adsorber of hydrocarbons, in the known method there are additional energy losses associated with the work of the parlift (due to the need for heat supply for geyeratsii transport pair).

Цель изобретени - сиижеиие удельных энергозатрат на производство продуктов разделени .The purpose of the invention is the generation of specific energy consumption for the production of separation products.

Поставлеииа цель достигаетс тем, что непосредствеиио после иизкотемпературиого сжати газообразные продукты разделени охлаждают путем теплообмена с обогащенной кислородом жидкостью, а образующиес при этом пары последией используют дл ее парлифта.The aim is achieved by the fact that, immediately after the temperature compression, gaseous separation products are cooled by heat exchange with an oxygen-enriched liquid, and the resulting vapors are used to parlift it.

Энергетическа эффективность разделительного процесса повышаетс за счет улучшени флегмовых соотношений в ректификациоииых колоиках, так как тепло, подводимое при иизкотемпературиом сжатии к продукциоииому кислороду в колонны не поступает, а также вследствие исключени необходимости подвода тепла извие к парогенератору парлифта, так как в качестве транспортного пара используютс пары обогащенной кислородом жидкости, получаемые при ее теплообмене со сжатым кислородом .The energy efficiency of the separation process is increased due to the improvement of the reflux ratios in rectifying coloics, since the heat supplied during compression and pressure to oxygen production does not enter the columns, and also by eliminating the need for heat supply to the steam generator of the parlift, since the transport steam is used as steam oxygen-enriched fluid produced by its heat exchange with compressed oxygen.

Предлагаемое техническое решение отличаетс от известиого и- оргаиизацией холодильного процесса - детандериое расширение может осуществл тьс на двух температурных уровн х с охлаждением потока газа, расширенного на верхнем температурном уровне, в теплробмене с потоком газа, направл емым дл расширени на нижнем температурном уровне, причем высокотемпературный детандерный поток после этого может дополнительно охлаждатьс продуктами разделени до их сжати при низкой температуре. Возможно также расширение иа нижнем температурном уровне газа с температурой конденсации, меньшей, чем температура конденсации газа, расшир емого на верхнем температурном уровне. Дополнительный эиергетический эффект, достигаемый при осуществлении детандериого расширени иа двух температурных урови х, обеспечиваетс вследствие сиижеии потерь от необходимости в процессе теплообмена между поступающим в воз .духораспределительную установку воздухом и выводимыми из нее продуктами разделени . Расширение на нижнем темпераj турном уровне газа с температурной конденсации меньшей, чем температура кондеисации газа, расшир емого на верхнем температурном уровне, позвол ет максимально понизить температурный уровень работы низкотемпературного детандера и за счетThe proposed solution differs from the lime by orga- nizing the refrigeration process — the extension-expansion can be carried out at two temperature levels with cooling of the gas flow expanded at the upper temperature level in the heat exchange with the gas flow directed for expansion at the lower temperature level, and the high-temperature The expander flow can then be further cooled by the separation products before being compressed at a low temperature. It is also possible to expand the gas to a lower temperature level with a condensation temperature lower than the condensation temperature of the gas being expanded at an upper temperature level. The additional energy effect achieved in the implementation of expansion and expansion of the two temperature levels is provided due to the loss of losses from the need for heat exchange between the air entering the air distribution plant and the separation products derived from it. Expansion at the lower temperature level of the gas with a temperature condensation lower than the temperature of decontamination of the gas being expanded at the upper temperature level allows the temperature level of the low-temperature detander to be minimized as much as possible.

этого увеличить указанный эффект. This increase the specified effect.

Сущность изобретени раскрываетс на примере исполнени , иллюстрируемой схемой воздухораспределительной установки, приведеиной на чертеже;The invention is disclosed in an exemplary embodiment illustrated by an air distribution system diagram, illustrated in the drawing;

J После сжати до давлени 0,6 МПа, необходимого дл осуществлени разделительного процесса, поток перерабатываемого воздуха (В) поступает в узел теплообмена и очистки I,-где охлаждаетс от ЗООК до 100К и очищаетс от вымерзающих примесей в процессе теплообмена с нагревающимис до 298К газообразными продуктами разделени - кислородом (К) и азотом (А). Поток воздуха затем вводитс в колонну предварительного разделени 2, работающую при давлении 0,55 МПа, близком к давлению сжати воздуха. Получаемые в этой колонне продукты - азотна флегма и кубова жидкость дросселируютс и колониу окончательного разделени 3, где поддерживаетс давление 0,14 МПа, близкое к атмосферному., Конденсатор 4 колонны 2 служит испарителем колониы 3. .J After compression to a pressure of 0.6 MPa, which is necessary for the separation process, the stream of processed air (B) enters the heat exchange and cleaning unit I, where ZOOK is cooled to 100K and cleaned of freezing impurities during the heat exchange with gaseous materials heated to 298K separation products - oxygen (K) and nitrogen (A). The air flow is then introduced into the pre-separation column 2, operating at a pressure of 0.55 MPa, close to the air compression pressure. The products obtained in this column — nitrogen reflux and bottoms liquid — are throttled and the colony of the final separation 3, where the pressure is maintained at 0.14 MPa, close to the atmospheric pressure. The condenser 4 of the column 2 serves as the evaporator of the colony 3.

Часть иижнего продукта- колонны окончательного разделени - жидкого кислорода или обогащенной кислородом жидkoc5 ти выводитс в испаритель парлифта 5, где частично () испар етс за счет теплообмена с потоком сАатого продукционного кислорода. Образующа с при этом парожидкостиа смесь подиимаетс вследствие парлифтного эффекта в отделитель парлифта 6, размещениый на 10 м выше уровн жидкости в сборе колоииы 3. В отделителе происходит отделение паров, присоедииеиных затем к выход щему из верхней колониы потоку продукционного кислорода, отA part of the final product — the final separation column — liquid oxygen or oxygen-enriched liquid — is brought to the evaporator of the parlift 5, where it partially () evaporates due to heat exchange with a stream of oxidative production oxygen. The resulting vapor-liquid mixture is released due to the parlift effect in the parlift separator 6, placed 10 m above the liquid level in the coloi 3 collection. In the separator, the vapor is separated, connecting to the flow of production oxygen leaving the upper colony

S жидкости, котора под гидростатическим напоромуж (h,-hj) 1140-10:5 0,11 МПа, где УЖ 1140 кГ/м - удельный вес кислорода , (h(-hi) 10м разиость ге дезических отметок, возвращаетс отсюда через адсорбер углеводородов 7 в сборник колон иы 3. Охлажденный в испарителе парлифта до 98К газообразиый сжатый кислород нагреваетс затем в узле теплообмена и очистки 1 до 298К и выводитс потребителю. Часть воздуха (10%), поступающего вS fluids, which under hydrostatic pressure (h, -hj) 1140-10: 5 0.11 MPa, where UL 1140 kg / m is the specific weight of oxygen, (h (-hi) 10m, the hectic marks, returns from here through the adsorber hydrocarbons 7 to the column collector 3. The gaseous compressed oxygen cooled in the evaporator to 98 K is then heated in the heat exchange and purification unit 1 to 298 K and removed to the consumer. Part of the air (10%) entering

Claims

the pre-separation column, after heating in the heat exchange unit up to 175K, expands in the high-temperature expander 8 from 0; 55 MPa to 0.14 MPa with the return of external work, after which it passes through the heat exchangers 9 and 10 and is introduced into the column 3. Detailed expansion It is produced at two temperature levels 175D and 120K with heating from 95K to 120K due to heat exchange with cooling from I25K to 100K, air flow expanded at the upper temperature level in the expander 8, in the heat exchanger 9 flow entering at this temperature and pressure5.4 MPa in additional low temperature expander II. A portion (about half) of the expansion expander energy can be used to drive a cold compressor 12, in which the compression of production oxygen is compressed from 0.14 MPa to 0.22 MPa — one of two expanders (in the example shown, low temperature) does not produce cold , and serves as a turbo drive cold compressor. The cooling capacity of one high-temperature expander is sufficient to cover all the cold loss of the installation. At the same time, in order to increase the energy efficiency of the installation, the expanded high-temperature, de-expander flow is additionally cooled in the heat exchanger 10 from 100K to 93K due to heat exchange with the production oxygen, which is then supplied to the cold compressor for compression. An additional energy effect is achieved due to expansion at the lower temperature level (120K) of gas with lower temperature condensation (nitrogen) - 79K at a pressure of 0.135 MPa than teMnepaTypa of condensation gas, which is expanded in an expander operating at an upper temperature level (air), 84K at pressure of 0.1.4 MPa. When expanded in a low-temperature expander, the nitrogen is cooled to 81 K. The amount of low-temperature expander flow is equal to 10% of the amount of air processed. The use of the invention provides higher energy efficiency compared to substantial methods by reducing the loss of irreversibility in the separation process. For example, when obtaining technical oxygen by the proposed method, the specific energy consumption is reduced by no less than 3-80 / 0. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Method of air separation by the method of low-temperature distillation, including low-temperature compression of gaseous separation products and parlift circulation of an oxygen-enriched liquid, characterized in that, in order to reduce specific energy consumption, after low-temperature compression, the gaseous separation products are cooled by heat exchange with enriched oxygen after heating, enriched with oxygen-rich separation. however, the pairs of the latter are used for its parlift. Sources of information taken into account in the examination. 1. The patent of England No. 1425450, cl. F 4 P, 1972.

2. Narinsky, G. B., Gustov, V. F., et al. Chemical and Petroleum Engineering, 1975, No. 9, p. 3-6.

3.Large Air Separation Units Plants, SME-publication, WAPID-8, 1974, p. 1-7 (prototype)

s

.8 S

r -, - Tl

Vwfl l in