способ разделения воздуха

Формула изобретения

Способ разделения воздуха низкого давления путем его охлаждения газообразными продуктами разделения, низкотемпературной ректификации с получением газообразного кислорода под давлением и жидкого азота, отличающийся тем, что, с целью получения жидкого азота, часть отбросного газообразного азота по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем охлаждают и конденсируют в теплообменнике за счет холода сжиженного природного газа с последующим дросселированием до давления, близкого к атмосферному, а образовавшиеся при этом пары азота направляются в криогенный блок для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления перед подачей его на разделение в ректификационную колонну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в машиностроении, химической и других отраслях промышленности, где используются продукты низкотемпературного разделения воздуха.

Известен способ разделения воздуха низкого давления [1], включающий в себя охлаждение воздуха, ректификацию с получением жидкого кислорода, нагнетанием его с помощью насоса в теплообменник, газификацией и подогревом в теплообменнике.

Недостатком такого способа является то, что в установке, реализирующей этот способ, возможно получать только газообразный кислород под давлением и она не дает возможности получать жидкий азот. Кроме этого, основная холодопроизводительность в установке получается за счет расширения в турбодетандере отбросного потока.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ разделения воздуха низкого давления, использованием холода регазифицируемого СПГ (сжиженного природного газа) и получением жидких и газообразных продуктов разделения воздуха при различных давлениях [2].

Однако недостатком этого способа является то, что теплообменники, в которых осуществляется регазификация СПГ, непосредственно включены в технологическую схему воздухоразделительной установки, что снижает взрывобезопастность установки. Кроме того, колонна низкого давления работает при давлении 0,5 МПа и в установке часть холодопроизводительности получается за счет расширения части азота в турбодетандере. Схема воздухоразделительной установки в этом случае существенно усложняется.

Задача, на которую направлено изобретение, - разработать способ разделения воздуха низкого давления, в котором узел газификации СПГ будет отделен от основного криогенного блока воздухоразделительной установки.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного способа, заключается в получении на выходе из криогенного блока газообразного технического кислорода при давлении до 16,5 МПа и блока регазификации СПГ, в котором обеспечивается получение жидкого азота.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разделения воздуха низкого давления, включающем его охлаждение газообразными продуктами разделения, низкотемпературной ректификацией с получением газообразного кислорода под давлением и жидкого азота, согласно изобретению часть отбросного газообразного азота по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем его охлаждают и конденсируют с последующим дросселированием до давления, близкого к атмосферному. А образовавшуюся паражидкосную смесь разделяют в отделителе жидкости на продукционный жидкий азот и пары азота низкого давления.

Для достижения данного технического результата пары азота низкого давления направляют в криогенный блок для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления, поступающего на разделение в ректификационную колонну.

Благодаря подаче в теплообменник дополнительного потока азота, который на входе в теплообменник смешивается с отбросным потоком азота, выходящим из ректификационной колонны, обеспечивается необходимая степень охлаждения воздуха низкого давления на входе в ректификационную колонну.

При этом регазификация СПГ производится в отдельном криогенном блоке, в котором осуществляется получение жидкого азота и из которого пары азота, образующиеся после дросселирования, направляются в виде дополнительного отбросного потока в теплообменник основного блока воздухоразделительной установки. Такое отделение узла регазификации СПГ от основного криогенного блока обеспечивает большую взрывобезопасность установки, реализующей предлагаемый способ разделения.

На чертеже представлена принципиальная схема установки для осуществления данного способа. Установка низкого давления для разделения воздуха содержит компрессор 1, теплообменник 2, дроссельные вентили 3, 6, 9 и 13, нижнюю ректификационную колонну 4, конденсатор-испоритель 5, верхнюю ректификационную колонну 7, переохладитель жидкого кислорода и азотной флегмы 8, кислородный насос 10, азотный компрессор 11, испарительный подогреватель сжиженного природного газа 12 и отделитель жидкого азота 14, криогенный блок регазификации СПГ 15.

Способ осуществляется следующим образом. Атмосферный воздух сжижается в компрессоре 1 до давления 0,6-0,65 МПа. Проходит блок адсорбционный осушки и очистки от CO₂ (на фиг. не показан) и поступает в теплообменник 2, после охлаждения в котором через вентиль 3 дросселируется в нижнюю ректификационную колонну 4. В этой колонне осуществляется предварительное разделение воздуха и потоки кубовой жидкости и азотной флегмы.

Кубовая жидкость через вентиль 6 дросселируется в верхнюю ректификационную колонну 7, а азотная флегма после переохлаждения в переохладителе 8 дросселируется через вентиль 9 на верхнюю тарелку верхней ректификационной колонны.

Жидкий кислород отбирается из конденсатора-испарителя 5 на переохладитель 8, пройдя который поступает в насос жидкого кислорода 10. По выходу из насоса 10 кислород газифицируется и подогревается в теплообменнике 2, по выходу из которого подается на наполнительную рамку (на фиг. не показана).

Газообразный азот отбирается с верха верхней ректификационной колонны 7, поступает в переохладитель 8, а затем - в теплообменник 2.

Большая часть потока газообразного азота, выходящего из теплообменника 2, поступает в компрессор 11 и, после сжатия в котором, направляется в теплообменник 12. В этот же теплообменник подается сжиженный природный газ (СПГ), который кипит, подогревается, а затем поступает потребителю. Холод регазифицируемого СПГ используется для охлаждения и конденсации газообразного азота. Выходящий из теплообменника 12 жидкий азот под давлением дросселируется, проходя через дроссельный вентиль 13, и поступает в отделитель жидкости 14.

Источники информации

1. Установки для получения жидкого и газообразного кислорода и азота. Экспресс-информация ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, серия ХМ-6, № 3, 1987.

2. Пат. № 1329861, МКU F25J 3/04 (F4P), Великобритания, опубл. 12.09.73.