Способ криогенного разделения воздуха и установка для разделения воздуха - RU2019110847A

1. Способ криогенного разделения воздуха с использованием установки (100-900) разделения воздуха, содержащей систему (10) дистилляционных колонн, которая содержит колонну (11) высокого давления, работающую при первом уровне давления, колонну (12) низкого давления, работающую при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну (13) массообмена, работающую при третьем уровне давления, где в колонне (13) массообмена жидкую первую текучую среду с первым содержанием кислорода и газовую вторую текучую среду со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, подвергают массообмену друг с другом, газовую третью текучую среду с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частично выгружают из установки (100-900) разделения воздуха, жидкую четвертую текучую среду с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частично подают в колонну (12) низкого давления, первую текучую среду образуют с использованием по меньшей мере части богатой кислородом жидкости, удаленной из колонны (12) низкого давления, газовую вторую текучую среду образуют с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и обогащенную кислородом жидкость, удаленную из колонны (11) высокого давления, и кубовую жидкость колонны (13) массообмена смешивают и частично испаряют с помощью конденсатора-испарителя (7), отличающийся тем, что

жидкий поток, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, проводят в конденсаторе-испарителе (7) под напором через зону испарения с помощью его собственного давления и частично испаряют в ней,

жидкую пятую текучую среду с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, удаляют из колонны (13) массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости и по меньшей мере частично подают в колонну (12) низкого давления, и

пятую текучую среду или ее фракцию, подаваемую в колонну (12) низкого давления, подают в колонну (12) низкого давления ниже четвертой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления.

2. Способ по п. 1, в котором ранее сжатое и охлажденное первое количество воздуха дополнительно охлаждают и по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе-испарителе (7), где охлажденное и по меньшей мере частично сжиженное первое количество воздуха затем по меньшей мере частично подают в систему (10) дистилляционных колонн.

3. Способ по п. 2, в котором сжатие первого количества воздуха перед по меньшей мере частичным сжижением в конденсаторе-испарителе (7) выполняют до первого уровня давления, до уровня давления выше первого уровня давления или до уровня давления ниже первого уровня давления.

4. Способ по любому из пп. 2 и 3, в котором ранее сжатое и охлажденное второе количество воздуха расширяют до второго уровня давления и подают в колонну (12) низкого давления.

5. Способ по п. 4, в котором сжатие второго количества воздуха перед его охлаждением и его расширением до второго уровня давления

выполняют до уровня давления выше первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 3,5 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн, или

выполняют до первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,7 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн, или

выполняют до уровня давления ниже первого уровня давления, где один или более жидких воздушных продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в эквивалентном количестве жидкого азота, которое соответствует до 1,0 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн,

где эквивалентное количество жидкого азота в каждом случае определяют, исходя из 1,08-кратного количества удаленного жидкого кислорода плюс количество удаленного жидкого азота.

6. Способ по одному из пп. 2 или 3, в котором ранее сжатое и охлажденное второе количество воздуха расширяют до первого уровня давления и подают в колонну (11) высокого давления, при этом сжатие второго количества воздуха перед его охлаждением и его расширением до первого уровня давления выполняют до уровня давления, который выше первого уровня давления, и один или более богатых азотом сжатых газовых продуктов удаляют из установки (100-900) разделения воздуха в общем количестве, которое соответствует до 30 мольн. % от количества вещества, подаваемого в общем в систему (10) дистилляционных колонн.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором фракции потока жидкости, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей мере часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, которая не испарилась в течение частичного испарения в конденсаторе-испарителе (7), не позволяют протекать снова через зону испарения.

8. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором первую текучую среду образуют, используя кубовую текучую среду из колонны (12) низкого давления.

9. Способ по одному из пп. 1-7, в котором первую текучую среду образуют, используя жидкость, которую удаляют из колонны (12) низкого давления на несколько теоретических или практических тарелок выше дна, где дополнительную жидкость удаляют со дна колонны (12) низкого давления и выгружают из установки (100-900) разделения воздуха.

10. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором кубовую жидкость удаляют из колонны (11) высокого давления и подают неизмененной в составе вещества в колонну низкого давления.

11. Способ по одному из предшествующих пунктов, в котором обогащенную азотом или богатую азотом текучую среду удаляют в газовой форме из колонны (11) высокого давления и затем расширяют с помощью одного или более турбодетандеров.

12. Установка (100-900) разделения воздуха, содержащая систему (10) дистилляционных колонн, которая содержит колонну (11) высокого давления, выполненную для работы при первом уровне давления, колонну (12) низкого давления, выполненную для работы при втором уровне давления, ниже первого уровня давления, и колонну (13) массообмена, выполненную для работы при третьем уровне давления, где установка разделения воздуха (100-900) выполнена для осуществления, в колонне (13) массообмена, массообмена жидкой первой текучей среды с первым содержанием кислорода и газовой второй текучей среды со вторым содержанием кислорода, ниже первого содержания кислорода, друг с другом, для удаления газовой третьей текучей среды с третьим содержанием кислорода, пониженным по отношению к первому содержанию кислорода, из колонны (13) массообмена и по меньшей мере частичной выгрузки указанной третьей текучей среды из установки (100-900) разделения воздуха, для удаления жидкой четвертой текучей среды с четвертым содержанием кислорода, соответствующим по меньшей мере второму содержанию кислорода, из колонны (13) дополнительного массообмена и для по меньшей мере частичной подачи указанной четвертой текучей среды в колонну (12) низкого давления, для образования первой текучей среды с использованием по меньшей мере части богатой кислородом жидкости, удаленной из колонны (12) низкого давления, для образования второй текучей среды с использованием обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и для смешивания и для частичного испарения с помощью конденсатора-испарителя (7) обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и кубовой жидкости колонны (13) массообмена, отличающаяся тем, что

конденсатор-испаритель (7) сконструирован и включен в установку разделения воздуха так, что жидкий поток, который содержит по меньшей мере часть обогащенной кислородом жидкости, удаленной из колонны (11) высокого давления, и по меньшей часть кубовой жидкости из колонны (13) массообмена, проводят под напором через зону испарения с помощью его собственного давления и частично испаряют в ней,

обеспечены средства, которые выполнены для удаления жидкой пятой текучей среды с пятым содержанием кислорода, между третьим и четвертым содержаниями кислорода, из колонны (13) массообмена между точкой подачи первой текучей среды и точкой подачи обогащенной кислородом жидкости, и для по меньшей мере частичной подачи указанной пятой текучей среды в колонну (12) низкого давления, и

обеспечены средства, которые выполнены для подачи пятой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления, в колонну (12) низкого давления ниже четвертой текучей среды или ее фракции, подаваемой в колонну (12) низкого давления.

13. Установка (100-900) разделения воздуха по п. 12, в которой колонна (11) высокого давления и колонна (12) низкого давления соединены друг с другом теплообменным образом с помощью многоуровневого каскадного испарителя или с помощью испарителя (14) с падающей пленкой.