Способ разделения воздуха с получением газообразного и жидкого азота - SU417959A3

Чертежи

Описание

I

Изобретение относится к технике глубокого охлаждения и касается разделения воздуха с получением газообразного и жидкого азота.

Известен способ получения газообразного азота и сжиженного азота при давлении, превышающем атмосферное, с использованием колонны однократной ректификации, который включает сжижение выходящего из верхней части колонны газообразного азота посредством теплообмена с неочищенным газом, подаваемым из нижней части колонны. Ири этом для обеспечения процесса теплообмена используют конденсатор-испаритель. Больп .1ую часть указанного потока неочищенных газов после его прохода через воздущный ожижитель разделяют на две части, одну из которых направляют в реверсивный теплообменник в виде нагревательного газа с последующим соединением и смещением ее с остальной частью указанных разделенных газов . Иосле этого смесь подают в турбодетандер для получения холода в количестве, необходимом для введения в действие установки. Выходящий из турбодетандера неочищенный газ пониженной температуры смешивают с остальной частью газа, который отделяется по выходе из указанного конденсатора-испарителя . Эту cviecb газов через воздущнь 1Й ожижитель и реверсивный теплообменник подают на выход установки.

С целью увеличения эффективности процесса неочищенный газ, полученный из сжиженного воздуха после конденсатора-испарителя, разделяют на две первоначальных части, одну из этих первоначальных частей разделяют на две дополнительные части, используют ОДТ1У из дополнительных частей для охлаждения сжатого воздуха, пропуская через реверсивный теплообменник, смещивают с

оставшейся дополнительной частью газа, эту смесь расширяют для получения охлаждения, объединяют с оставшейся первоначальной частью газа, и эту смесь используют для сжижения воздуха, пропуская через устройство

сжижения воздуха, и затем - для охлаждения сжатого воздуха, пропуская через реверсивный теплообменник. Иеред разделением одной из первоначальных частей неочищенного газа на две дополнительные части указанпую первоначальную часть используют для сжижения воздуха, пропуская через устройство для сжижения воздуха.

Осупхествляя указанное разветвление потоков , можно установить оптимальную величину рабочего давления в конденсаторе-испарителе . Кроме того, можно отрегулировать наилучшим образом турбодетандер в отношении объемной скорости потока и количества получаемого холода. 3 На чертеже дана схема технологической установки, обеспечивающей получение газообразиого или сжиженного азота по предлагаемому способу. Согласно схеме воздух из атмосферы посту-5 пает во всасывающую трубу 1, а затем в компрессор 2, где его сжимают (в том случае, когда нужно получить только газ, давление в коМПрессоре доводят до 6-7 кг/см-, а при производстве сжиженного азота одновремен-ю но с обычным азотом давление в компрессоре составляет 8-9 кг/сл1) до нужного давления, и дальше направляют по трубе 3, через зоны 4 и 5 соответственно повыщенной и пониженной температуры реверсивного теплообмен-15 ника. При прохождении по указанно.му пути воздух нроходит через стадию теплообмена со встречным потоком газа и затем через стадию охлаждения до точки, близкой к точке сжижения. После этого воздух, нройдя об-20 ратный клапан 6 и адсорбирующее устройство 7, попадает в нижнюю часть ректификационной колонны 8. В адсорбере 7 происходит очистка воздуха от содержащихся в нем загрязняюп.1их примесей, таких как СО2, угле-25 водород и т. н. В колонне 8 процесс ректификации происходит обычным нутем. В результате воздух разделяется на две части, а и.менно: на сжиженный воздух, содержащий большое количество кислорода и выходящийЗО из нижней части колонны, и иа высокой чистоты азот, который выходит из верхней части колонны. С колонной 8 соединен воздушный ожижитель 9. В ожижителе 9 воздух, поступающий по трубе 10, за счет теплообмена35 с текущим навстречу газом сжижается. Сжиженный газ возвращают в нижнюю часть колониы 8 по трубе 11. Богатый кислородом сжиженный возду.х накапливается в нижней части колонны и за-40 тем по трубе 12 поступает на газожидкостный фильтр 13, где происходит адсорбция и удаление остаточных загрязнений (СО2, углеводорода и др.). Затем при прохождении ежиженного газа через клапан 14 регулировки45 объемной скорости нотока его давление понижают до 3-4 кг/см, и газ наконец поступает в наружный цилиндр 15 конденсатораиспарителя . Поступивший в конденсатор-испаритель сжижениый газ проходит стадию50 теплообмена с азотом высокой чистоты, поданиы .м во внутренний цилиндр 16 конденсатора-испарителя с верхней части колонны 8 по трубе 17. При этом азот высокой чистоты конденснруется, и его подают по трубе 1855 обратно в верхнюю часть колонны 8. Одновременно сжиженный воздух испаряется, и его удаляют по трубе 19 в виде неочищенного газа. Большая часть идущего ио трубе 19неочищенного газа ностуиает в трубу60 20и но ней в воздушный ожижитель 9. После трубы 21 неочищенный газ делят на две части, одна из которых идет на регулирующий клапан 22 и дальше по трубе 23 и в виде нагревательного газа65 4 поступает в низкотемпературную зону 5 реверсивиого теплообменннка, обеспечивая конденсацию и удаление углекислого газа, содержащегося в исходном воздухе из атмосферы . При этом неочищенный газ сам нагревается , выходит по трубе 24 и затем через регулирующий клапан 25 поступает в турбодетандер 26. Остальная часть неочищенного газа идет через регулирующий клапан 27, соединяется с нагретым газом и, пройдя регулирующий клапан 25, поступает в турбодетандер 26. Поступивщий в турбодетандер 26 неочищенный газ расширяют нримерно до атмосферного давления, при этом производимая им термодинамическая иаружная работа создает значительный перепад температуры неочищенного газа, что обеснечивает получение холода в количестве, которое требуется для технологического процесса при работе установки . Неочищенный газ течет по трубам 28 и 29, вновь поступает на воздущный ожижитель 9 и дальше через трубу 30 и обратный клапан 6 идет в зоны 4 и 5 реверсивиого теплооб мен-ника, где нронсходит теплообмен с подаваемым из ат.мосферы воздухом, в результате чего температура газа понижается до комнатной, и он удаляется из установки по трубе 31. Остальную часть выщедшего из конденсатора-испарителя неочищенного газа направляют через регулирующий клапан 32 об.ходной линии трубопровода и затем соединяют с неочищенным газом, выходящим из турбодетандера . Клапан 32 взаимодействует с регулирующими клапанами 22 и 27 и выполняет функции регулятора различных факторов, например , регулирует рабочее давление в конденсаторе-испарителе , а также объемную скорость потока и количество получаемого холода в турбодетандере. Иными словами, регулируя клапан 32, можно получить требуемую объемную скорость потока неочищенного газа по трубе 20 в направлении турбодетандера . Кроме того, посредством взаимодействия регулирующего клапана 22, установленного на нагретой части трубопровода, с регулирующим клапаном 27, установленным в линии трубопровода, по которому неочищенный газ идет непосредственно на турбодетандер 26, можно контролировать как объемную скорость потока неочищенного газа по каналу нагрева этого газа, так и объемную скорость потока, идущего непосредственно на турбодетандер. В предлагаемом способе контролируется также температура на входе и выходе турбодетандера и количество получаемого холода. Следует отметить, что наличие трех клапанов 32, 22 и 27 обеспечивает контроль давления внутри наружного цилиндра 15 конденсатора-испарителя и температуры неочищенного газа. Кроме того, с номощью указанных клапанов 32, 22 и 27 можно контролировать давление в колонне 8, так как давление чистого азота, подлежащего ежижению посредством теплообмена, измепяется в зависимости от температуры неочпщепного газа внутри уг-сазаииого наружного цилиндра 15.

Полученный газообразный азот высокой чистоты из верхней части колонны 8 идет по трубе 33 в воздушный ожижитель 9 и затем по трубе 34 в зоны 5 и 4 реверсивного теплообменника , где температура полученного азота понижается до комнатной и азот выходит по трубе 35 при давлении, которое несколько ниже давления подаваемого воздуха.

Сжиженный азот высокой чистоты отводят по трубе 36 в хранилище 37 и выводят по трубе 38 в качестве продукта.

В том случае, когда по предлагаемому способу получают газообразный азот, установка работает при давлении подаваемого воздуха порядка 6-7 кг/см, когда же предусматривается производство одновременно газообразного азота и сжиженного азота, используют регулирующие клапаны, которые осуществляют нужную регулировку и контроль. При этом объемная скорость потока в турбодетандере повышается (по сравнению с ее значением при производстве только газообразного азота) до требуемого ЗЕгачепия одновременно повышается давление со стороны неочищенного газа внутри конденсатора-испарителя. Кроме того, для обеспечения эффективной работы установки в свою очередь рабочее давление в колонне и давление подаваемого воздуха значительно новышаются (порядка 8-9 кг/сл/2).

Предмет изобретения

Способ разделения воздуха с полученнем газообразного и жидкого азота, имеющего давление выше, чем атмосферное давле 1ие, включающий очистку и охлаждение сжатого

воздуха приблизительно до точки сжижения iipOHycKa:iiiL-M этого возд)ха через реверсивные теплообменники, разделение воздуха в колонне однократной ректифнканпп па жидкий воздух, обогащенный кислородом, и газообразный азот, сжижение газообразного воздуха в устройстве для сжижения воздуха и возврат сжиженного воздуха в колонну, вывод газообразного азота из верхней части

колонны, сжижение по крайней мере частн извлеченного газообразного азота в конденсаторе-иснарителе с иомощью сжиженного воздуха, выведенного нз нижней части колонны , возвр.1щение сжнженного азота в колонну и вывод части сжня сенного азота из колонны в качестве продуктового жидкого азота , о т л и ч а ю HU1 и с я тем, что, с нелью увеличения эффективности иронесса, неоч1 И1,енный газ, полученный из сжиженного воздуха,

после конденсатора-испарителя разделяют па две первоначальных части, одпу пз этих первоначальных частей разделяют на две дополнительные частн, нспользуют одну из этих дополиителып-лх частей для охлаждения сжатого воздуха, пропуская через реверсивный теплообменник смеипшают, с оставшейся дополннтельной частью газа, эту смесь расширяют для нолучення охлаждення, объединяют с оставн1ейся первоначальной частыо газа, и

полученную смесь иснользуют для сжижения воздуха, нронуская через устройство сжнжения воздуха, и затем - для охлаждення сжатого воздуха, нронуская через теплообмепник .

2. Способ но п. 1, о т л н ч а ю HU1 и с я тем, что неред разделеннем одной пз нервоначальных частей неочнн1енного газа на две донолннтельпые части указанную первопачальную часть иснользуют для сжижения воздуха,

пропуская через устройство для сжижения воздуха.

Реферат

Формула