Способ низкотемпературного разделения воздуха и установка для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК(72) Вил ьхел вм Роде (ПЕ) .(56) В.Ро 9 е. Ьпй 2 еге 9 ип 95 апа 9 е т) Шеспзызрейспегипо йг чаЦаЫе Заиегзтотгпетегипо. Цпое-Вепсптсеаиаь Теслппс ила Мазепзслай. М 511. 1984. с.1 В 20.(54) спосов низкотемпературного РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование криогенная техника. в частности способы разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации. Сущность изобретения воздух разделяют вИзобретение относится к криогенной технике. а частности к способу разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации.Целью изобретения является обеспечение стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке.Поставленная цель а способе достигается тем. что он включает в себя сжатие воздуха. его предварительное охлаждение. очистку. окончательное охлаждение и разделение на два потока. один из которых подают на ректификацию при высоком давпении. где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота. подаваемые на ректификацию приколонне двухкратной ректификации. причем в колонне высокого давления его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию. подаваемую в колонну низкого давления. и фракцию азота, а а колонне ниэкого давления воздух разделяют на азот игазообразный и жидкий кислород. В случае пониженной потребности в кислороде жидкий кислород отводят из колонны низкого давления в резервуар. из которого в случае повышенной потребности в кислороде вновь отбирается подаваемый в колонну низкого давления кислород. Обогащенную кислородом жидкую фракцию подают в резервуардля сжиженного воздуха. причем в случае повышенной потребности в кислороде хранят. по меньшей мере. часть этой фракции. а при пониженной потребности в кислороде часть этой фракции вновь отбираюти подают в колонну низкого давления. 2 с.п. и 5 э.П.ф-лы 1 ил.низком давлении. а второй адиабатически расширяют и подают на ректификацию при низком давлении. где получают азот и газообразный и жидкий кислород рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении. причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении. а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь. отбирают также часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде. а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подаютна ректификацию при низком давлении.Поставленная, цель в установке достигается тем. что она содержит компрессор. блок предварительного охлаждения и очистки. колонну двухкратнойректификации. состоящую из колонны высокого давления. колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя. трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления трубопровод. соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого дав ления. резервуар для азота. соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления. резервуар для кислорода. соединенный трубопроводамис кубом и с нижней частью КОЛОННЫ НИЗКОГО давления. теплообменник окончательного охлаждения воэдуха. установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода. причем трубопровод подачи воздуха на ректификацию подключен к колонне высокого давления, а через турбодетандер К КОЛОННВ НИЗКОГО давления. идополнительный теплообменник. размещенный натрубопроводе отвода азота из колонны низкого давления и трубопроводе.соединяющим куб колонны высокого давле 1 ния с колонной низкого давления, измери тельные, регулирующие и управляющие устройства. установка снабжена также дополнительным резервуаром. размещенным на трубопроводесоединяющим куб колонны высокого давления. с колонной низкого давления между кубом и дополнительным теплообменником. Установка снабжена аргонной ректификаационной колонной. соединенной с колонной низкого давления. а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом, подключенным к аргонной колонне. Резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления. Резервуар для азота снабжен дополнительным трубопроводом. соединенным с трубопроводом для отвода азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника. Трубопровод. соединяющий резервуар для азота с верхней частью ко Л 0 ННЫ ВЫСОКОГО ДЭВЛЗНИЯ. ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗдополнительный теплообменник. Резервуар для кислорода снабжен трубопроводом. подключенным переддтеплообменником окончательного охлаждения к трубопроводу для отвода газообразного кислорода из колонны низкого давления.На чертеже представлена схема установки. в которой реализуется предложенный способ низкотемпературного разделения воздуха.Установка низкотемпературного разделения воздуха содержит компрессор 1. блок 2 предварительного охлаждения и очистки,колонну З двухкратной ректификации. состоящую из колонны 4 высокого давления,колонны 5 низкого давления. трубопроводы 6. 7 отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления. Куб колонны высокого давления соединен с колонной низкого давления трубопроводом 8. Установка имеет резервуар 9 дляууазота. соединенный трубопроводом 10 с верхней частью колонны низкого давления. трубопроводом 11 с верхней частью колонны высокого давления и трубопроводом 12 с трубопроводом 7 отвода газообразного азота. резервуар 13 для кислорода. соединенный трубопроводами 14 и 15 с кубом колонны низкого давления и с колонной низкого давления. На трубопроводе 14 установлен насос 16. Установка снабжена также резервуаром 17 для сжиженного воздуха, установленного на трубопроводе 8. основным теплообменником 18. установленным на трубопроводе 119 подачи воздуха в установку и трубопроводах Б и 7 отвода газообразного кислорода и азота. дополнительным теплообменником10. и аргонной колонной 21. которая трубоп роводом 22 и 23 соединена с колонной низ кого давления. а трубопроводом 24 с трубопроводом 8. На трубопроводе 25. соединяющим трубопровод 19 с колонной низкого давления. установлен турбодетандер 26. Резервуар 17 для сжиженного воздуха соединен трубопроводом 27 с колонной низкого давления. а резервуар 13 для кислорода трубопроводом 28 с трубопроводом б газообразного кислорода. На установке установлены клапаны 29-35. уровнемеры 36. 37. расходомеры 38-41 и измерительные приспособления 42-46.Способ разделения воздуха осуществляется следующим образом. Воздух всасывается компрессором 1 и через блок 2 предварительного охлаждения и очистки и трубопровод 19 подается в основной теплообмен ник 18. где его охлаждают подаваемыми противотоком газообразными кислородом и азотом. 70-95 воздуха подают до холодного конца основного теплообменника 18 и по трубодроводу 19 в колонну 4 высокого давления. Остальную часть воздуха отводят из основного теплообменника 18 по трубопроводу 25 в турбодетандер 26. где его расширяют и подают в колонну 5 низкого давления.В колонне 4 высокого давления воздух разделяют на жидкий азот и обогащенную кислородом кубовую жидкость. Жидкийазот дросселируют через клапан 29 и подают в резервуар 9 для жидкого азота. откуда его направляют по трубопроводу 10 через дополнительный теплообменник 20 в колонну 5 низкого давления кубовую жидкость дросселируют через клапан 30 и по трубопроводу 8 Направляют в резервуар 17 для сжиженного воздуха. затем через трубопровод 8 отбирают жидкость, охлаждают в теплообменнике 20 и направляют о колоннуНИЗКОГО ДЭВЛЕНИЯ. ГДЕ ее ДЭЛЬЩВ ПЗЗДВЛЯют. В случае повышенной потребности в кислороде в резервуаре 17 для сжиженного воздуха хранят 145 кубовой жидкости. В качестве главного целевого продукта из колонны 5 через трубопровод б отводят газообразный кислород. который в основНОМ теплообменнике нагревают ПОЧТИ ДО температуры окружающей среды И подают потребителю. Получаемый в качестве побочного целевого продукта азот отводят через трубопровод 7 нагревают в дополнительном теплообменнике 20 жидкими фракциями из колонны 4 высокого давления и изрезервуаров 9 и 17, затем нагревают в ос новном теплообменнике 18 и направляют потребитето.Через трубопровод 14 с помощью насоса 16 отводят жидкий кислород из колонны низкого давления и вводят в резервуар 13 для кислорода. Жидкий кислород из резервуара 13 подают через трубопровод 15 в колонну 5 низкого давления.Из колонны 5 низкого давления через трубопровод 22 отводят богатую аргоном фракцию кислорода. которую подают на ректификацию в аргонную колонну 21. где ее разделяют на сырой аргон и жидкую остаточную фракцию. рециркулируемую в колонну 5 низкого давления. Аргонная колонна 21 охлаждается с помощью кубоВОЙ ЖИДКОСТИ ИЗ КОЛОННЫ 4 ВЫСОКОГО давления и из резервуара 17 для сжиженного воздуха. Для этого служит трубопровод 24. который СОВДИНВН С ВЕРХНЕЙ ЧЗСТЬЮ КОЛОН ны 21. Испаряющийся в аргонной колонне 21 обогащается кислородом воздух возвращают по трубопроводу 36 на ректификацию в колонну 5 низкого давления.Если хотят повысить количество отводимого через трубопровод б кислорода на компрессоре 1 устанавливают повышенный расход воздуха. который регулируется с поМОЩЬЮ ИЗМЩНАТЕГННЧОГО приспособления 42, связанного с компрессором 1. Количество подаваемого через трубопровод 25 и турбодетандер 26 в колонну 5 низкого даеления воздуха в основном держат на постоЯННОМ уровне С ПОМОЩЬЮ ИЗМАВВЪАТЕЛЬНОГО приспособления 43.СЛВДО ВЗТЭЛЬНО, ДОПОЛ НИТЕПЬНО ВСЭСЫ ваемый компрессором 1 воздух почти полДЭВЛЕНИЯ. ЧТО ППИВОДИТ К ПОЛУЧЕНИЮ ПОЗЫ щенных количеств фракций в этой колонне. Возникает необходимость отводить больше жидкости через трубопроводы 11 и 8. Этот процесс управляется при помощи расходо мера 38 и уровнемерогл- 36 в сочетании склапанами 29 и 30. Количество подаваемой через трубопроводы 10 и 8 жидкости держат на постоянном уровне с помощью расходомеров 39. 40. избыточную экидкость из колонны 4 высокого давления хранят в резервуаре 9 для азота и в резервуаре 17 для сжиженного воздуха.КОГО ДЭЕЛЕНИЯ ПОИВОДИТ К ПОВЫШЕННВМУ ПО ступлению теплоты в куб колонны 5 низкого давления. Дополнительно испвряющийся кислород можно отводить через трубопро вод 6 потребителю. Этот процесс управля- .ется расходомером 41 и клапаном 31, для поддержания режима ректификации в колонне 5 низкого давления используют соответствующее количеству дополнительно отводимого газообразного кислорода количество кислорода. отбирземого из резервуара 13 для кислорода. ПодачаДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЖИДКСГО КИСЛОПОДЭ управ-ляется уровнемерогл 37 на кубе колонны низкого давления, в также с помощью клапана 32.В случае пониженной потребности в кислороде снижают количество подаваемого в колонну 4 высокого давления воздуха. в колонну 5 низкого давления дополнительно подают жидкость из резервуара 9 для азота и из резервуара 17 для сжиженного воздуха. и кислород в жидком виде отводят из куба колонны б низкого давления в резервуар 13 для кислорода.давление в резервуарах 9. 13 и 17 контролируется с помощью измерительных приспособлений 45.44.4118 случае необходимости путем открытия кттапанов 34, 33. 35 выпускают газ соответственно из резервуаров 9. 13, 17. причем из резервуара 9 для азота через трубопровод 12 в трубопровод 7. из резервуара 13 для кислорода через трубопровод 28 в трубопровод б. а из резервуаре 17 для сжиженного воздуха через трубопроводы 27 и 23 в колонну 5 низкого давления.1. Способ низкотемпературного разделения воздуха. включающий сжатие. предварительное охлаждение. очистку. окончательное охлаждение и разделениездукз на два потока. один из которых под 7 1838732 8ают на ректификацию при высоком давлении, где его разделяют на обогащенную кислородом жидкую фракцию и фракцию азота. подаваемые на ректификации) при низком давлении. а второй адиабатически расширяют иподают на ректификацию при низком давлении, где получают азот и газообразный и жидкий кислород. рециркуляцию азота на ректификацию при низком давлении, причем при пониженной потребности в кислороде жидкий кислород выводят из процесса ректификации при низком давлении. а при повышенной потребности в кислороде его вводят вновь. о т л и ч а ющ и й с я тем. что. с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке. отбирают часть обогащенной кислородом жидкой фракции при повышенной потребности в кислороде. а при пониженной потребности в кислороде отобранную часть этой фракции вновь подают на ректификацию при низком давлении.2. Установка для низкотемпературного разделения воздуха. содержащая компрессор, блок предварительного охлаждения и очистки. колонну двукратной ректификации, состоящую из колонны высокого давления. колонны низкого давления и расположенного между ними конденсатора-испарителя. трубопроводы отвода газообразного кислорода и азота из колонны низкого давления, трубопровод. соединяющий куб колонны высокого давления с колонной низкого давления. резервуар для азота. соединенный трубопроводом с верхней частью колонны низкого давления. резервуар для кислорода. соединенный трубопроводами с кубом и с нижней частью колонны низкого давления. теплообменник окончательногоохлаждения воздуха, установленный на трубопроводе подачи воздуха на ректификацию и трубопроводах отвода азота и газообразного кислорода. причем трубопровод подачи воздуха на ректификаЦию подключен к колонне высокого давле 10ния. а через турбодетандер - к колонне низкого давления, и дополнительный теплообменник. размещенный на трубопроводе ОТВОДЗ ЭЗОТЭ ИЭ КОЛОННЫ НИЗКОГО ДЗВЛЕНИЯ и трубопроводе. соединяющем куб колонны высокого давления с колонной низкого давпения. измерительные. регулирующие и уп равляющие устройства, о т л и ч а ю щ а я сяя тем. что. с целью обеспечения стабилизации процесса разделения при низком давлении и переменной нагрузке. установка снабжена дополнительным резервуаром. размещенным на трубопроводе соединяющем куб колонны высокого давления с колонной низкого давления между кубом и дополнительным теплообменником.3. Установка по п. 2. о.тл и ч а ю ща и с я тем. что она снабжена аргонной ректификационной колонной. соединенной с колонной низкого давления. а дополнительный резервуар снабжен трубопроводом. подключенным к аргонной колонне.4. Установка по п.2. отлича юща яс я тем, что резервуар для азота соединен трубопроводом с верхней частью колонны высокого давления5. Установка по п.4.отл ичающаяс я там. что резервуар для азота снабжен дополнительным трубопроводом. соединенным с трубопроводом для отвода азота из колонны низкого давления на выходе последнего из дополнительного теплообменника. ц . бУстановка по п. Ъотличающаяс я тем. что трубопровод. соединяющий резервуар для азота с верхней частью колонны высокого давления. проходит через дополнительный теплообменник.7. Установка по п. 2.отл ича ющаяс л тем. что резервуар для кислорода снабжен трубопроводом. подключенным перед теплообменником окончательного охлаждения ктрубопроводу для отвода газообразного кислорода и колонны низкого давления.