CS145592A3 - Cryogenic method of air flow separation - Google Patents

Cryogenic method of air flow separation Download PDF

Info

Publication number
CS145592A3
CS145592A3 CS921455A CS145592A CS145592A3 CS 145592 A3 CS145592 A3 CS 145592A3 CS 921455 A CS921455 A CS 921455A CS 145592 A CS145592 A CS 145592A CS 145592 A3 CS145592 A3 CS 145592A3
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
nitrogen
pressure
stream
column
expanded
Prior art date
Application number
CS921455A
Other languages
English (en)
Inventor
Rakesh Ing Agrawal
Jianguo Ing Xu
Original Assignee
Air Prod & Chem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24811887&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CS145592(A3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of CS145592A3 publication Critical patent/CS145592A3/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04733—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using a hybrid system, e.g. using adsorption, permeation or catalytic reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/939—Partial feed stream expansion, air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

JUDr. Miloš VSETEČKAadvokát 91604 PRAHA 1, Žitná 25
KRYOGENNÍ ZPfísOB ROZDĚLENÍ PROJDU -1-
Oblast techniky
Vynález se týká kryogenního způsobu rozdělení proudu vzduchuna jeho složky při provozu destilačních kolon použitých ve způsobupři zvýšeném tlaku.
Dosavadní stav techniky
Zvláštní použití složek vzduchu často vyžadují, aby složkybyly vyráběny jako kapalné produkty zařízení na rozdělení vzduchu.Kryogenní cykly rozdělení vzduchu při zvýšeném tlaku mají výhoduspočívající v tom, že zařízení má menší rozměry a potrubí mají menší průměry a také ztráty energie způsobené úbytky tlaku v potru-bí a v přístrojích jsou menší. Nevýhodné je, že dusík vyráběnýv zařízení na rozdělení vzduchu při zvýšeném tlaku má vyšší tlaknež je požadován pro jeho použití. Energie tohoto nadměrného tlakudusíku z cyklu o vyšším tlaku může být využita pro výrobu kapal-ných produktů. S možností použít této přebytečné tlakové energieje spojen problém nalezení účinnějších cest využití tlakové ener-gie dusíkového produktu z cyklů o vyšším tlaku.
Obvyklý způsob výroby kapalného kyslíku a/nebo kapalného du-síku spočívá v přidání zkapalňovače k nízkotlakému cyklu jednotkypro rozdělení vzduchu, ve které nízkotlaká kolona pracuje v roz-mezí tlaku od 2 do 9 psig. Zkapalňovač může být zabudován do za-řízení pro rozdělování vzduchu, jaká jsou popsána napříkLad v pa-tentovém! spisem! Spojených států amerických číslo 4,152,130, kdestlačený vzduch se rozpíná pro vyvinutí ochlazení potřebného prozkapalnění. Rozpínací cykly vzduchu mají nevýhodu, že když se žá-dají velká množství produktu kapalného dusíku, utrpí tím poněkudrekuperace kyslíku a argonu.
Patentový spis Spojených států amerických číslo 4,705,548popisuje použití čerpání tepla dusíkem za účelem pomoci vyřešittento problém rekuperace, avšak naneštěstí tento krok čerpánítepla sníží účinnost zvýšením ztráty energie ve výměnících teplaa zvýší náklady na zařízení.
Britský patentový spis číslo 1,450,164 navrhuje zvýšení pro- vozního tlaku v jednotce pro rozdělení vzduchu, čímž se vyrobí dusíkový produkt o zvýšeném tlaku a potom se tato tlaková energie použije k nahrazení chlazení potřebného pro výrobu kapalného kys- líku. Tento cyklus není účinný z důvodu zbytečného stupně ztráty -2- energie při použití ochlazení vyvíjeného rozpínáním stlačenéhodusíku.
Jiný problém obvyklých zařízení pro rozdělení vzduchu spočí-vá v tom, že typicky velká množství surového dusíku jsou použitapro výrobu zmrazené vody, která musí mít tlak velmi blízký tlakuovzduší, například o 0,5 psi vyšší než tlak ovzduší, a pro rege-neraci loží molekulárních sít, která musí mít tlak asi o 1 až 3psi vyšší než je tlak ovzduší. Obvykle se oba proudy vyrábějív nízkotlaké koloně s tlakem v nízkotlaké koloně nastaveným tla-kem regeneračního proudu molekulárního síta, což má za následek vyšší tlak v koloně a tedy i vyšší výstupní tlak hlavního vzdu-chového kompresoru. Jiná cesta nastavení tlaku nízkotlaké kolony je podle tlaku dusíkového proudu pro mrazeni vody a stlačeníregeneračního proudu na žádaný tlak. Toto řešení vyžaduje vyššínáklady, nebot tyto zvyšuje booster tlaku regeneračního proudua dodatečný chladič.
Podstata vynálezu
Vynález vytváří kryogenní způsob rozdělení proudu vzduchuna jeho složky, který využívá systému destilačních kolon mající-ho alespoň dvě destilační kolony, vysokotlakou destilační kolonua nízkotlakou destilační kolonu, které jsou ve vzájemném tepel-ném spojení, kde nízkotlaká kolona pracuje při tlaku od 9 do 75psig, a vyrábí dusíkový produkt, kde alespoň 50% přiváděnéhovzduchu do systému destilačních kolon se odvádí z nízkotlaké ko-lony jako dusíkový produkt, a kde dusíkový produkt má koncentracidusíku alespoň 95% a tlak alespoň 9 psig, jehož podstata spočíváv tom, že obsahuje kroky (a) částečné ohřátí dusíkového produktuvýměnou tepla s vhodným proudem způsobu, (b) isentropickou expan-zi tohoto částečně ohřátého dusíkového produktu v expandéru, takževýsledkem této expanze je teplota expandovaného dusíku nižší nežteplota proudů kapalin, které se odvádějí z vysokotlaké kolony a(c) podchlazení kapalného proudu odváděného z vysokotlaké kolonyvýměnou tepla proti isentropicky expandovanému dusíku před isen-talpickou redukcí tlaků takových kapalných proudů ventilem.
Podle výhodného provedení předloženého vynálezu se kapalnéprodukty vyrábějí kroky (a) částečným ohřátím dusíkového produk-tu výměnou tepla s vhodným proudem způsobu, (b) isentropickou ex-panzí částečně ohřátého dusíkového produktu v expandéru, čímž je -3- ) teplota expandovaného dusíku na nebo pod rosným bodem přivádě-ného vzduchu do dvoukolonového destilačního systému, a (c) ochla-zením přiváděného vzduchu výměnou tepla proti isentropicky expan-dovanému dusíku·
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu způ-sob obsahuje kroky (a) částečné ohřátí dusíkového produktu výmě-nou tepla s vhodným proudem způsobu, (b) rozdělení částečně ohřá-tého dusíkového proudu do prvního a druhého dílčího proudu, (c)isentropickou expanzi prvního dílčího proudu v expandéru, eož máza následek snížení teploty expandovaného prvního dílčího prouduna teplotu nižší než je teplota kapalných proudů, které se odvá-dějí z vysokotlaké kolony, (d) podchlazení kapalných proudů odvá-děných z vysokotlaké kolony výměnou tepla proti isentropicky ex-pandovanému prvnímu dílčímu proudu před isentalpickou redukcítlaků takových kapalných proudů ventilem, (e) ohřátí druhého díl-čího proudu výměnou tepla proti vhodnému proudu způsobu, (f) isen-* tropickou expanzíi tohoto částečně ohřátého druhého dílčího prou-du v expandéru, takže výsledek této expanze je snížení teplotyexpandovaného druhého dílčího proudu pod rosný bod přiváděnéhovzduchu do dvoukolonového destilačního systému a (g) ochlazenípřiváděného vzduchu výměnou tepla proti isentropicky expandova-nému prvnímu i druhému dílčímu proudu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu ochlazení přiváděného vzduchu výměnou tepla s isentropickým ex-✓ pančovaným dusíkovým produktem kroku (c) také částečně konden-zuje proud přiváděného vzduchu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuchlazení přiváděného vzduchu výměnou tepla s isentropicky expan-dovaným druhým dílčím proudem z kroku (g) také částečně konden-zuje proud přiváděného vzduchu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezupřed isentropickou expanzí se druhý dílčí proud stlačí a potomochladí.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezualespoň část ohřátého isentropicky expandovaného druhého dílčíhoproudu z kroku (g) se použije pro regeneraci loží molekulárníhosíta použitého k předběžnému čistění proudu přiváděného vzduchu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezualespoň část isentropicky expandovaného prvního dílčího prouduz kroku (d) se použije pro regeneraci loží molekulárního síta -4- použitého pro předběžné čistění přiváděného proudu vzduchu.
Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu část ohřátého dusíku z kroku (a) isentropicky expanduje v oddě-leném expandéru na tlak o 1 až 3 psi nižší než vypouštěcí tlakisentropicky expandovaného dusíku z kroku (b) a kde isentropickyexpandovaná část se použije k regeneraci loží molekulárních sítpoužitých pro předběžné čistění proudu přiváděného vzduchu. Přehled obrázků na výkresech
Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l až 8 a obr.10jsou schematické diagramy několika provedení způsobu podle před-loženého vynálezu a obr.9 je schematický diagram obvyklého způ-sobu rozdělení vzduchu podle dosavadního stavu techniky. Příklady provedeni vynálezu Předložený vynález představuje zlepšení způsobu kryogenníhorozdělení vzduchu používajícího systém destilačních kolon majícíalespoň dvě kolony, kde provozní tlak v nízkotlaké koloně je zvý-šen nad obvyklý tlak od 2 do 9 psig. Při tlaku v nízkotlaké koloněod 9 do 75 psig se vyrábí v nízkotlaké koloně dusíkový produktpři podobných tlacích. Navíc, alespoň 50% vzduchu přiváděnéhodo zařízení se odvádí jako dusíkový produkt z nízkotlaké kolony.Odváděný dusíkový peodukt má koncentraci dusíku alespoň 95% a. mátlak alespoň 9 psiig. Významný podíl tohoto dusíku o zvýšeném tla-ku z destilační kolony isentropicky expanduje v expandéru přikryogenní teplotě k vytvoření chlazení pro výrobu kapalného du-síku a/nebo kapalného kyslíku a/nebo kapalného argonu.
Zlepšení spočívá ve způsobu, jakým dusík o zvýšeném tlakuisentropicky expanduje v jednom nebo několika expandérech při kry-ogenní teplotě. Přednostně tato expanze probíhá některou z těchtodvou cest:
Cl) dusíkový produkt odváděný z nízkotlaké kolony dvoukol©novéhodestilačního systému se částečně zahřívá výměnou tepla protivhodnému proudu způsobu, tento dusík z nízkotlaké kolony částečněohřátý expanduje v expandéru, takže výsledkem této expanze jeteplota expandovaného dusíku nižší než teplota kapalných proudů,které se odvádějí z vysokotlaké kolony dvoukolonového destilač-ního systému a kapalné proudy odváděné z vysokotlaké kolony sepodchladí výměnou tepla proti isentropicky expandovanému dusíku -5- před isentalpickým snížením tlaků takových kapalných proudůventilem, nebo (2) dusíkový produkt odváděný z nízkotlaké kolo-ny dvoúkolonového destilačního systému se částečně zahřívá vý-měnou tepla proti vhodnému proudu způsobu, tento dusík z nízko-tlaké kolony částečně ohřátý expanduje v expandéru, takže výsled-kem této expanze je teplota expandovaného dusíku nižěí než teplo-ta rosného bodu přiváděného vzduchu do dvoukolonového destilační-ho systému a přiváděný vzduch se ochladí a částečně kondenzujevýměnou tepla proti isentropicky expandovanému dusíku. Výše uvedené dva způsoby expanze mohou být kombinovány a jemožné užít dvou nebo více expandérů pro expanzi proudů dusíku zvý-šeného tlaku.
Jiná myšlenka vynálezu spočívá v oddělené výrobě regeneračníhoproudu lože čistícího vzduch z jiných dusíkových produktů vyrobe-ných v cyklu se zvýšeným tlakem. Tento regenerační proud může býtzískán expanzí z dusíkového produktu z vysokotlaké kolony neboz dusíkového produktu z nízkotlaké kolony. Je několik cest k za-řazení těchto dvou způsobů výroby regeneračního proudu do cyklu.
Obr.l až 8 a obr.10 jsou vývojové diagramy znázorňující něk-terá možná provedení způsobu podle1 ή vynálezu. Provede- ní znázorněna na obr.l až 4 jsou označena jako cykly LEP, SEP, EEP a EP.
Provedení podle obr.l až 8 a 10 mají četné společné části.
Pro usnadnění pochopení budou tyto části, které představujíprimární kryogenní destilační úsek cyklů, popsány nejdříve.
Stlačený přiváděný vzduch, ze kterého byly odloučeny všechnylátky obsahující částice, voda, oxid uhličitý a jiné složky, kte-ré mrznou při kryogenních teplotách, se vede do hlavního výměníku900 tepla potrubím 101. aby se ochladil na teplotu blízkou jehorosnému bodu. Tento ochlazený vzduch se potom vede potrubím 110do vysokotlaké kolony 902 pro rektifikaci na vysokotlakou dusí-kovou horní frakci a kapalnou spodní frakci bohatou kyslíkem. Část vysokotlaké dusíkové horní frakce se odvede z vysoko-tlaké kolony 902 potrubím 120 a úplně zkondenzuje ve vařáku-chla-diči 912 umístěném ve spodním konci nízkotlaké kolony 904 protikapalnému vroucímu kyslíku. Úplně zkondenzovaný vysokotlaký ka-palný dusík se odvede z vařáku-chladiče 912 potrubím 122. a roz-štěpí se ve dvě části. První část se vrátí do horního konce vy-sokotlaké kolony 902 potrubím 124jako kapalný reflux. Druhá část -6- v potrubí 2 se podchladí a destiluje. Výsledná kapalná část sez procesu odvede potrubím 400 jako kapalný dusíkový produktyzbývající část vysokotlaké dusíkové horní frakce se odvedez vysokotlaké kolony 902 potrubím 135« ohřeje se ve hlavním vý-měníku 900 tepla pro rekuperaci chlazení a odvede se jako vyso-kotlaký dusíkový produkt potrubím 139.
Kapalné spodní frakce bohaté kyslíkem se odvádějí z vysoko-tlaké kolony 902 potrubím 2» podchladí se, destilují a potom sevedou potrubím 54 do vhodného místa nízkotlaké kolony 904 prodestilaci na dusíkové nízkotlaké horní frakce a kapalné kyslí-kové spodní frakce.
Alespoň část kapalné kyslíkové spodní frakce se odpařujeve vařáku-chladiči 912 pro zajištění varu pro nízkotlakou ko-lonu 904. Zbývající část kapalné kyslíkové spodní frakce můžebýt z nízkotlaké kolony 904 odváděna potrubím 117 a podchlaze-na, čímž se vyrábí v potrubí 500 kapalný kyslíkový produkt. Část odpařeného kyslíku z vařáku-chladiče 912 se odvádí z níz-kotlaké kolony 904 potrubím 195 á^hřívás^ se v hlavním vý-měníku 900 tepla pro rekuperaci chlazení, čímž se vyrábí plynnýkyslíkový produkt v potrubí 194» Tento plynný kyslíkový produktvj potrubí 194 může být dále stlačován k dosažení žádaného tlaku.Tento stlačovací postup není znázorněn.
Provedení vynálezu znázorněná na obrázcích také vyrábějíčistý kapalný argonový produkt. Pro tento účel se potrubím 66 odvádí boční proud páry obsahující argon ze středního a vhod-ného místa nízkotleké kolony 904 a vede se do spodního konceargonové kolony 906 pro rektifikaci na argonovou horní frakciobsahující méně než 5000 vppm kyslíku a kapalnou spodní frakciobsahující argon. Kapalná spodní frakce obsahující argon se od-vádí z argonové kolony potrubím 65 a štěpí se ve dvě části.První část v potrubí 63 se kondenzuje ve vařáku-chladiči 908 avrací se do horního konce argonové kolony 906 jako kapalný re-flux. Druhá i část v potrubí 64 se Čistí v adsorbéru 910« čímž sevyrábí”čistý argonový produkt. Tento čistý argonový produktv potrubí 62 se potom kondenzuje ve vařáku-chladiči 908« pod-chladí se a odvede se z postupu jako čistý kapalný argonový pro-dukt potrubím 600. Je třeba uvést, že proud argonového produktumůže být čištěn technologiemi jinými než výše zmíněné adsorpčnítechnologie. Příklady těchto jiných technologií jsou systémy -7- "de-oxo" nebo "getter" pro odlučování kyslíku a destilace proodlučování dusíku. Vařák-chladič 908 je umístěn v nízkotlakákoloně mezi místem odvádění bočního proudu potrubím 66 a pří-vodním potrubím 54 kapaliny bohaté Ityslíkem. Přesné umístěníje zvoleno tak, aby bylo zajištěno dostatečné chlazení pro po-žadovanou kondenzaci. Ve vařáku-chladiči 908 je chlazení zajiš-těno varem kapaliny sestupující nízkotlakou kolonou 904» čímžse vytvoří přídavný var pro horní oddíly nízkotlaké kolony 904«
Je třeba uvést, že jsou známá i jiné schémata pro přiváděnírefluxu pro argonovou kolonu 906. Tak například část argonovéhorní frakce v potrubí 63 může být kondenzována proti části ka-palné kyslíkové spodní frakce v potrubí
Nakonec, pro zajištění kapalného refluxu pro nízkotlakoukolonu 904 se odvádí kapalný boční proud chudý kyslíkem potrubím£ ze středního místa vysokotlaké kolony 902. podchladí se, desti-luje a vede potrubím 80 do nízkotlaké kolony 904.
Jak bylo uvedeno výše, zlepšení získané předloženým vyná-lezem je cesta proudu s vyšším obsahem dusíku v potrubí 130vytvořeného u horního konce nízkotlaké kolony 904 použitého proúčinné vytvoření a rekuperaci chlazení. Toto použití budě nynívysvětleno na základě několika specifických provedení.
Podle obr.l v cyklu LEP je proud dusíku o zvýšeném tlaku ; ~v potrubí 130 vyvíjený u horního konce nízkotlaké kolony 904ohříván, v podchladiči 918. výměnou tepla proti kapalnému prou-du chudému kyslíkem v potrubí £, který se odvádí ze středníhomísta vysokotlaké kolony 902 a vede se jako kapalný reflux po-trubím 80 do nízkotlaké kolony 904. a proud kapalného dusíku vpotrubí 1, a v podchladiči 914 proti kyslíkem bohaté kapalnéspodní frakci v potrubí 5. Tento ohřátý proud dusíku v potrubí133 se potom štěpí ve dvě č'ásti. První část v potrubí 143 ti jisentropicky expanduje v expandéru 920 a expandovaná substancev potrubí 242 a pára v potrubí 398 z destilace kapalného dusíkuv potrubí 2. se skládají. Tento složený proud v potrubí 241 sepoužije k podchlazení kapalné spodní frakce bohaté kyslíkemv potrubí 2. v podehladičích 914 a 216. Druhá část v potrubí 134se dále ohřívá ve hlavním výměníku 900 tepla a expanduje v expah-déru 922. Substance z expandéru v potrubí 2. se skládá s ohřátýmdusíkem z podchladiče 914 v potrubí 144. Tento složený nízkotlaký -8- dusík v potrubí 147 se ohřívá ve hlavním výměníku 900. tepla prorekuperaci chlazení a odvádí se z procesu jako nízkotlaký plyn-ný dusíkový produkt potrubím 148» Tento proud nízkotlakého plyn-ného dusíkového produktu v potrubí 148 může být použit pro mra-zení vody v odpadní věži, která není znázorněna.
Regenerační proud pro vzduch čistící lože molekulárníchsít v potrubí 243 pro tento cyklus se odvádí jako boční proudz vysokotlaké kolony 902 potrubím 2.. Je-li to žádáno, tento rege-nerační proud by mohl být také odváděn z horního konce vysokotla-ké kolony 902. Tento boční proud se ohřívá na vhodnou rozpínacíteplotu ve hlavním výměníku 90.Q tepla, expanduje v expandéru 924a dále ohřívá ve hlavním výměníku 900 tepla pro rekuperaci chla-zení vytvářeného expanzí.
Podle obr.2 v cyklu SEP všechen dusík o vyšším tlaku v potrubí 133 expanduje v expandéru 920. Zbývající část cyklu je v pod-statě stejná jako v obr.l.
Podle obr.3 v cyklu BEP se všechen dusík o zvýšeném tlakuv potrubí 133 dále ohřívá ve hlavním výměníku 90Ω tepla předexpanzí v expandéru 922. Expandovaný dusík v potrubí 2. se skládás dusíkovou párou v potrubí 398 z destilovaného kapalného dusí-ku v potrubí 2 a složený proud se ohřívá ve hlavním výměníku 900tepla pro rekuperaci chlazení.
Podle obr.4 v cyklu EP se ohřátý proud dusíku v potrubí133 štěpí ve dvě části. První část v potrubí 143 iséaatropickyexpanduje v expandéru 920 a expandovaná substance v potrubí 242a pára v potrubí 398 z destilace kapalného dusíku v potrubí 2se spojjijí. Spojený proud v potrubí 241 se používá k podchlazeníkyslíkem bohtaté kapalné spodní frakce v potrubí 2 v podchladi-čích 916 a 914 potom se ohřeje ve hlavním výměníku 9QQ teplapro rekuperaci chlazení a nakonec se odvádí jako nízkotlaký du-síkový produkt potrubím 148. Druhá část v potrubí 134 se dáleohřívá ve hlavním výměníku 900 tepla a stlačuje v kompresoru926. Tato ohřátá stlačená druhá část se ochlazuje ve hlavnímvýměníku 90Ω tepla na vhodnou expanzní teplotu a expanduje v ex-pandéru 924. Tento expandovaný proud v potrubí 243 se ohřívápro rekuperaci chlazení a odvádí se jako regenerační proud ložímolekulárních sít. Je třeba uvést, že žádný vysokotlaký dnafírneexpanduje z vysokotlaké kolony 902. Tento cyklus je zvláštěvhodný když žádaný produkt je argon. -9-
Variace provedení znázorněného v obr.4 jako cyklus EPjsou znázorněny v obr. 5 až 7. Tyto variace však nevyčerpóvajívšechny možné způsoby. Cykly znázorněné v obr.5 až 7 vyžadujítři expandéry. V těchto cyklech se podíl přiváděného vzduchupotrubím 220, typicky 5 až 20%, dále stlačuje v kompresoru 221a potom ochlazuje ve hlavním výměníku 900 tepla. Ochlazený stla-čený podíl se odvádí z hlavního výměníku 900 tepla v některémvnitřním místě nebo u spodního konce a expanduje isentropickyv expandéru 934. Expandovaný podíl přiváděného vzduchu v potru-bí 936 může být složen s ochlazeným přiváděným vzduchem a vedenpotrubím 110 do vysokotlaké kolony 902 nebo přímo do nízkotlakékolony 904. V obr.5 až 7 je tento expandovaný podíl přiváděnéhovzduchu v potrubí 936 veden do vysokotlaké kolony 902. V cyklu znázorněném v obr.5 se tento podíl v potrubí 930chladí ve hlavním výměníku 900 tepla před expanzí, zatímco po-díl dusíku o zvýšeném tlaku odpovídající asi 8 až 20% přivádě-ného vzduchu v potrubí 134 se ohřívá na okolní teplotu ve hlav-ním výměníku 900 tepla pro doplnění chlazení potřebného proochlazování přiváděného vzduchu v teplém konci hlavního výmění-ku 900 tepla. Tento ohřátý dusík se používá jako regeneračníproud loží molekulárních sít. V cyklu znázorněném v obr.6 expandovaný vzduch v potrubí933 se vede do hlavního výměníku 900 tepla a dále se chladípřed zavedením do vysokotlaké kolony 902, zatímco regeneračnídusík v potrubí 134 ve množství 8 až 20% přiváděného vzduchu seodvádí ze hlavního výměníku 900 tepla před ohřátím na teplotuokolí a isentropicky expanduje v expandéru 924. Expandovaný du-sík se vede do studeného konce hlavního výměníku 900 tepla· V cyklu znázorněném v obr.7 podíl dusíku v potrubí 134isentropicky expanduje v expandéru 924, ohřeje se v podchla-diči 918 a ve hlavním výměníku 900 tepla a potom se použijejako regenerační proud. V obr.7 jsou vstupní teploty a tlakydo expandérů 920 a 924 stejné. Nicméně, protože výstupní proudz expandéru 920 není použit pro regeneraci loží molekulárníchsít, je jeho tlak o 1 až 3 psi nižší než výstupní tlak z expan-déru 924. Toto uspořádání umožňuje větší rekuperaci chlazení atedy vyšší výrobu kapalných produktů. Expandovaný vzduch v po-trubí 936 se vede do vysokotlaké kolony 902 bez dalšího chlazení -10- V cyklu znázorněném v obr.8 všechen dusík o zvýšeném tlakuv potrubí 133 expanduje isentropicky po částečném ohřátí ve hlav- ním výměníku 90Q tepla. Tato expanze probíhá v expandérech 920 a924· Proudy expandovaného dusíku v potrubích 242 a 923 se potomvedou do podchladiče 918 pro podchlazení kapalného proudu v potru-bí 2 a potom se ohřejí ve hlavním výměníku 900 tepla. Po ohřátína teplotu okolí proud expandovaný v expandéru 924. který obnáší8 až 20% přivedeného vzduchu se použije jako regenerační proudv potrubí 243»
Cykly podle obr.5 až 8 jsou mnohem výhodnější než cykluspodle obr.4 s ohledem na spotřebu energie a plochu výměníku.
Kromě toho cykLus podle obr.7 dává více dusíkového kapalnéhoproduktu bez vážného ohrožení rekuperace kyslíku a argonu. Je-ližádáno více kapaliny, cyklus podle obr.8 je rovněž výhodnější.Kompresor 932 je poháněn vzduchovým expandérem 934 nebo dusí-kovým expandérem 920 nebo 924 nebo některou jejich kombinací.Není-li důležitým výkonem rekuperace argonu potom v obr.5 až8 podíl expandovaného přiváděného vzduchu může být přiváděnpřímo do neznázorněné nízkotlaké kolony 904. Takový příklad jeznázorněn v obr. 10, kde podíl expandovaného vzduchu se vedepřímo do nízkotlaké kolony 904. Také v tomto obrázku jsou vzdu-chový expandér já kompresor 932 mechanicky spojeny aby tvořilyikompandér.J' Všechna výše popsaná provedení byla popsána s ohledem nacykly, které vyrábějí argon. Jsou však užitečná i když se vrozdělovacím zařízení ze vzduchu žádný argon nevyrábí. Příklad
Byly provedeny simulace na počítači pro provedení znázior-něná v obr.l až 4. Specifikace výrobku pro simulace v tomto pří-kladu jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1 Název výrobku Výkon tun za den Tlak psia Plynný kyslík 2531 805 Kapalný kyslík 64 — Plynný dusík 1,51 > 65 Kapalný dusík 255,35 — Kapalný argon Maximum — Čistota: Kyslík: ->95 mol% kyslíku, dusík: <2 vppm kyslíku -11-
Tabulka 2 Cjdclus Vyrobené množství MAC výstupnítlakpsi a Kyslík , Argon Vzd. komp. 20.92 79.28 78.6 LEP 20.95 80.72 112.8 SEP 20.95 78.70 121.2 BEP 20.95 74.52 109.9 EP 20.95 95.89 121.9 Spotřebovaný výkon : KW (**) ^1113 MAC Kysl. ! Dus. Regen. Kap.+ Exp.++ celk. komp. i boost. boost. . . £2ř 11,075 856 4,875 41,473 LEP 29,941 10,455 723 -1,705 39,414 SEP 30,995 9,900 723 -1,708 39,911 BEP 29,549 10,585 723 -1,691 39,166 EP 31,078 10,087 2,411 723 -1,761 42,537 ♦Výpočet energie zkapalnovače: 350 kW/T kapaliny/hod Poznám- pro Vzd. komp. který potřebuje zkspalnovač pro vý- .ky: robu kapaliny, dusíku 5obu kapalného dusíku a kapalného kyslíku ++ Účinnost expandéru=0,S5, mechanické účinnost=0,S5, účinnost ízenerétoru=0.97 ** Základ pro výpočty výkonů j Teplota i Isotermická Účinnost Kompresor komprese účinnost motoru % kompresoru % MAC 55 69.5 97 Kysl. komp. 51.5 65 95 Dusík, booster 51.5 65 95 V2d. booster 51.5 69.5 95 -12—
Tabulka 3 -Cyklus LE? (obr.l) Číslo proudu 101 194 139 148 243 143 Tok:% vzduchu 100 20.45 0.014 65.05 10.7 34.7 Teplota: •F 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 -274.5 Tlak: psia 109.4 30.3 104.6 15.1 16.7 30.3 Číslo proudu 8 20 4 5 130 Tok:% vzduchu 30.00 10.87 31.63 54.80 64.65 Teplota: •F -245.9 -134.6 -281.1 -273.0 -308.1 Tlak: psia 29.8 106.0 106.4 107.1 30.6
Cyklus-, SEP (obr.2) Číslo proudu 101 194 139 148 243 Tok:% vzduchu 100 20.45 0.014 65.06 10.86 , Teplota: ·ρ 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 Tlak* xxbk. psia 117.7 33.4 113.0 15.1 16.7 Číslo proudu 143 20 4 5 130 Tok:% vzduchu 64.80 10.86 31.90 54.62 64.77 Teplota: *f -275.0 -172.9 -279.2 -270.9 -306.3 Tlak: psia 33.5 114.4 114.8 115.5 37.8
Cyklus EEP (obr.3) Číslo proudu 101 194 139 148 243 Tok:% vzduchu • 100 20.45 0.014 65.08 10.87 Teplota: ·ρ 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 Tlak: psia 106.4 29.2 101.6 15.1 16.8 Číslo proudu 143 20 4 5 130 -Tok:% vzduchu 64.40 10.87 30.89 55.52 64.67 Teplota: ·ρ -249.0 -141.3 -281.9 -273.9 -308.8 Tlak: psia 28.7 103.0 103.5 104.2 29.5 -13-
Tabulka 2 obsahuje srovnání různých cyklů. Provedení znázor-něná v obr.l až 4 jsou označena jalo» cykly LEP, SEP, BEP a EP.Vzd. komp. je obvyklý nízkotlaký cyklus se vzduchovým kompandé-rem, ve kterém proud mrazící vodu i regenerační proud jsou vy-tvářeny přímo z nízkotlaké kolony. Tento běžný cyklus je zná- v zorněn v obr.9. Nízkotlaký cyklus Vzd. komp. vyžaduje zkapalnovaČpro zkapalnění kyslíku a dusíku pro vytváření žádaných kapalnýchproduktů. Viz poznámku k tabulce 2. ZkapalnovaČ není na obr.9znázorněn. V tabulce 2 je vyrobené množství kyslíku definovánojako počet molů kyslíku vyrobených na 100 molů vzduchu přivedené-ho do systému destilačních kolon. Vyrobené množství argonu je de-finováno jako procentní množství vyrobeného argonu, které je pří-tomné ve vzduchu přivedeném do systému destilačních kolon. Z tabulky 2 je patrno, že cykly LEP, SEP a BEP se zvýšenýmtlakem mají menší hodnoty spotřebovaného výkonu než eyklus Vzd.komp. Tyto hodnoty spotřebovaného výkonu jsou o 3,8 až 5,5% niž-ší n©Ž! u obvyklého Vzd. komp. cyklu. Vyrobené množství argonu jepro cyklus LEP srovnatelné s cyklem Vzd. komp. a je nepetrně niž-ší pro cykly SEP a BEP.tfspory investic a spotřebované energievšak zdaleka překročí pokles výroby argonu. Cyklus EP má vyššíspotřebu výkonu při velmi vysoké výrobě argonu. Provozní podmínkypro některé významné proudy pro cykly LEP, SEP a EBP jsou uvede-ny v tabulce 3.
I
Jak plyne z výše uvedeného vysvětlení, předložený vynálezpracuje s expanzí proudu dusíku vyvinutého v nízkotlaké kolonězařízení pro rozdělení vzduchu používajícího cyklus se zvýšenýmtlakem při správných teplotách a používajícího chlazení vyvinutéz expandovaného proudu ve vhodném místě procesu, přičemž energietohoto proudu dusíku může být použita k výrobě kapalných produk-tů účinným způsobem s minimálním zvýšením investic. Vyvíjenímregeneračního proudu z odděleného expandéru jsou expanzní poměryexpandérů optimalizovány, takže je optimalizována energie stla-čení vzduchu.
Ve všech provedeních znázorněných na výkresech se proud du-síku odvádí z horního konce nízkotlaké kolony 904 a vhodným způ-sobem expanduje pro rekuperaci chlazení. Alternativně by tentoproud mohl být odváděn z některého vhodného místa v rektifikač-ní sekci nízkotlaké kolony 904. V takovém případě může být proudbohatý dusíkem odváděn z horního konce nízkotlaké kolony 904 -14- a použit jako proud produktu. Dále může být v takovém případěčást kapalného dusíkového proudu v potrubí 2 z horního koncevysokotlaké kolony 902 použita k vytvoření kapalného refluxu donízkotlaké kolony 904» Předložený vynález má významný příznivý účinek tím, že vytváří účinné cesty pro výrobu kapalného produktu z vnitřní tlakovéenergie proudu dusíku vyráběného nízkotlakou kolonou v cyklu sezvýšeným tlakem zařízení k rozdělení vzduchu. V předloženém vy-nálezu je rozdělení vzduchu a výroba kapaliny spojeno velmi účin-ným způsobem. Způsob rozdělení vzduchu s cyklem o zvýšeném tla-ku podle předloženého vynálezu zmenšuje rozměry zařízení, ztrátyúbytku tlaku a spotřebu regenerační energie loží molekulárníchsít čistění vzduchu při vyvíjení kapalných produktů z tlakovéenergie dusíkového produktu. Způsob podle předloženého vynálezutaké odstraňuje potřebu zvláštních kompresorů, výměníků tepla ajiného zařízení samostatného zkapalňovače. tíčinná cesta k dosa-žení tohoto cíle předpokládá, že takové cykly jsou nadřazeny ji-ným cyklům nejen co do investic, ale i do ;energetické účinnosti.Takové účinné kombinace rozdělení vzduchu při zvýšení tlaku a zkapalnění mají být zvoleny pro rozdělení vzduchu když jsou taképožadovány kapalné produkty. Stejná myšlenka je také použitelnápro jiné kryogenní způsoby rozdělení plynů. Je třeba uvést, žeačkoliv takové cykly samotné budou mít obtíže při výrobě vel-kých množství kapalných pruduktů ve vztahu ke přiváděnému vzduchunapříklad více než 10% přiváděného vzduchu, kombinace takovýchcyklů se zkapalnovači vždy dává optimální účinnost a investice. Výše popsaná provedení předloženého vynálezu nevyčerpalamožné kombinace. Tato provedení tedy nepředstavují omezení roz-sahu myšlenky vynálezu vyjádřené následujícími patentovými nároky,

Claims (9)

  1. N A B JUDr.MnoSVSETEČKA advoUM „ -15- 115 04 PRAHA 'b ÍHns 25 PATENTOVÉ rW
    1. Kryogenní způsob rozdělení proudu vzduchu na jet» složky;. v který využívá systému destilačních kolon majícího alespoň, dvědestilační kolony, vysokotlakou destilační kolonu a nízkotlakoudestilační kolonu, které jsou ve vzá^emn^ tgpeln^ ^spo jení,kde nízkotlaká kolona pracuje při "Tlaku do 75 poig, a vyrá-bí dusíkový produkt, kde alespoň 50% přiváděného vzduchu do sys-tému destilačních kolon se odvádí z nízkotlaké kolony jako dusí-kový produkt, a kde dusíkový produkt má koncentraci dusíku ales-poň 95% a tlak alespoň 96¾ o tg, vyznačující se tím, Že obsahujekroky (a) Částečné ohřátí dusíkového produktu výměnou tepla svhodným proudem způsobu, (b) isentropickou expanzi tohoto částeč-ně ohřátého dusíkového produktu v expandéru, takže výsledkem té-to expanze je teplota expandovaného dusíku nižší než teplotaproudů kapalin, které se odvádějí z vysokotlaké kolony a (c) pod-chlazení kapalného proudu odváděného z vysokotlaké kolony výmě-nou tepla proti isentropicky expandovanému dusíku před isentalpic-kou redukci tlaků takových kapalných produktů ventilem.
  2. 2. Kryogenní způsob rozdělení proudu vzduchu na jeho složky,který využívá systému destllačních kolon majícího alespoň dvě destilační kolony, vysokotlakou destilační kolonu a nízkotlakoudestilační kolonu, které jsou ve vzájenuiém^epelném spojení,kde nízkotlaká kolona pracuje při tlaku ocl'-9- -peig, a vyrá-bí dusíkový produkt, kde alespoň 50% přiváděného vzduchu do sys-tému destilačních kolon se odvádí z nízkotlaké kolony jako dusí- í 1 kový produkt, a kde dusíkový produkt má koncentraci dusíku ales-poň 95% a tlak alespoň 9psíg , vyznačující se tím, že se kapalnéprodukty vyrábějí kroky (a) částečným ohřátím dusíkového produk-tu výměnou tepla s vhodným proudem způsobu, (b) isentropickouexpanzí částečně ohřátého dusíkového produktu v expandéru, čímžje teplota expandovaného dusíku na nebo pod rosným bodem přivá-děného vzduchu do dvoukolonového destilačního systému, a (c) o-chlazením přiváděného vzduchu výměnou tepla proti isentropickyexpandovanému dusíku. 3· Kryogenní způsob rozdělení proudu vzduchu na jeho složky,který využívá systému destilačních kolon majícího alespoň dvědestilační kolony, vysokotlakou destilační kolonu a nízkotlakoudestilační kolonu, které jsou ve vzájemném tepelném spojení,kde nízkotlaká kolona pracuje při tlaku οφ 9 do 75 goÍgt a vyrábí -16- dusíkový produkt, kde alespoň 50% přiváděného vzduchu do sys-tému destilačních kolon se odvádí z nízkotlaké kolony jako dusíkový produkt, a kde dusíkový produkt má koncentraci dusíku alespon 95% a tlak alespoň ^y-psig, vyznačující se tím, že obsahujekroky (a) částečné ohřátí dusíkového produktu výměnou tepla svhodným proudem způsobu, Cb) rozdělení částečně ohřátého dusíkového produktu do prvního a druhého dílčího proudu, (c) isentro-pickou expanzi prvního dílčího proudu v expandéru, což má za následek snížení teploty prvního dílčího proudu na teplotu nižšínež je teplota kapalných proudů, které se odvádějí z vysokotla-ké kolony, Cd) podchlazení kapalných proudů odváděných z vyso-kotlaké kolony výměnou tepla proti isentropicky expandovanémuprvnímu dílčímu proudu před isentalpickou redukcí tlaků tako-vých kapalných proudů ventilem, (e) ohřátí druhého dílčího proudu výměnou tepla proti vhodnému proudu způsobu, (f) isentropic-kou expanzi tohoto částečně ohřátého druhého dílčího proudu vexpandéru, takže výsledek této expanze je snížení teploty ex-pandovaného druhého dílčího proudu pod rosný bod přiváděnéhovzduchu do dvoukolonového destilačního systému, a (g) ochlazenípřiváděného vzduchu výměnou tepla proti isentropicky expandova-nému prvnímu i drghjšmu dílčímu proudu.
  3. 4. Způsob podle bodu· 2, vyznačující se tím, že ochlazení přivá-děného vzduchu výměnou tepla s isentropicky expandovaným dusí-kovým produktem kroku (c) také částečně kondenzuje proud při-váděného vzduchu., ,
  4. 5. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že chlazení přivá-děného vzduchu výměnou tepla s isentropicky expandovaným druhýmdílčím proudem z kroku Cg) také částečně kondenzuje proud při-váděného vzduchu.f,
  5. 6. Způsob podle ooau 3, vyznačující se tím, že před isentro-pickou expanzí se druhý dílčí proud stlačí a potom ochladí.
  6. 7. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že alespoň částohřátého isentropicky expandovaného druhého dílčího proudu z kroku Cg) se použije pro regeneraci loží molekulárního sítapoužitého k předběžnému čistění proudu přiváděného vzduchu.
  7. 8. Způsob podle bědu 3, vyznačující se tím, že alespoň částisentropicky expandovaného prvního dílčího proudu z kroku (d)se použije pro regeneraci loží molekulárního síta použitéhopro předběžné čistění proudu přiváděného vzduchu. -11-
  8. 9. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že část ohřátéhodusíku z kroku ja) isentropicky expanduje v odděleném expandéruna tlag-^oKi α% 3 péi-Qiizái než vypouštěcí tlak isentropicky ex-pandovaného dusíku z kroku (b) a isentropicky expandovaná částse použije k regeneraci loží molekulárních sít použitých propředběžné čistění proudu přiváděného vzduchu·
  9. 10. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že část ohřátého dusíku z krokuw isentropicky expanduje v odděleném expandéruna tlak r nižší než vypouštěcí tlak isentropicky ex- pandovaného dusíku z kroku (b) a isentropicky expandovaná částse použije pro regeneraci loží molekulárních sít použitých propředběžné Čistění proudu přiváděného vzduchu· ^42 potopuj o/
CS921455A 1991-05-14 1992-05-14 Cryogenic method of air flow separation CS145592A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/700,021 US5165245A (en) 1991-05-14 1991-05-14 Elevated pressure air separation cycles with liquid production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS145592A3 true CS145592A3 (en) 1992-11-18

Family

ID=24811887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS921455A CS145592A3 (en) 1991-05-14 1992-05-14 Cryogenic method of air flow separation

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5165245A (cs)
EP (1) EP0518491B2 (cs)
JP (1) JP2735742B2 (cs)
AU (1) AU630837B1 (cs)
CA (1) CA2068181C (cs)
CS (1) CS145592A3 (cs)
DE (1) DE69201522T2 (cs)
DK (1) DK0518491T3 (cs)
ES (1) ES2076686T3 (cs)
PL (1) PL168479B1 (cs)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315833A (en) * 1991-10-15 1994-05-31 Liquid Air Engineering Corporation Process for the mixed production of high and low purity oxygen
FR2704632B1 (fr) * 1993-04-29 1995-06-23 Air Liquide Procede et installation pour la separation de l'air.
US5355681A (en) * 1993-09-23 1994-10-18 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation schemes for oxygen and nitrogen coproduction as gas and/or liquid products
GB9515907D0 (en) * 1995-08-03 1995-10-04 Boc Group Plc Air separation
US5722259A (en) * 1996-03-13 1998-03-03 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion turbine and elevated pressure air separation system with argon recovery
US6009723A (en) * 1998-01-22 2000-01-04 Air Products And Chemicals, Inc. Elevated pressure air separation process with use of waste expansion for compression of a process stream
DE10139097A1 (de) * 2001-08-09 2003-02-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
GB0307404D0 (en) * 2003-03-31 2003-05-07 Air Prod & Chem Apparatus for cryogenic air distillation
JP4515225B2 (ja) * 2004-11-08 2010-07-28 大陽日酸株式会社 窒素製造方法及び装置
FR2930329A1 (fr) * 2008-04-22 2009-10-23 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
US8899075B2 (en) * 2010-11-18 2014-12-02 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
EP2741036A1 (en) 2012-12-06 2014-06-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
HK1213735A1 (zh) 2013-03-14 2016-07-15 Thomas T. Yamashita 用於增强授粉的組合物及其製備方法
AU2015219518B2 (en) 2014-02-24 2017-05-25 Thomas T. Yamashita Fertilizer compositions comprising a cellulose nutrient component and methods for using same
WO2017105188A1 (es) * 2015-12-16 2017-06-22 Encinas Luna Diego Francisco Unidad de separación por condensación fraccionada utilizando un separador flash y un dispositivo de crioenfriamiento
CA3037295A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 A & A International, Llc Thermal hydraulic propulsion system
CN110248849B (zh) 2016-12-21 2022-10-25 A&A国际有限公司 集成式能量转换、传递和存储系统
AU2017382293A1 (en) 2016-12-21 2019-04-04 A & A International, Llc Renewable energy and waste heat harvesting system
CN110177936A (zh) 2016-12-21 2019-08-27 A&A国际有限公司 可再生能量和废热收集系统
CA3037196A1 (en) 2016-12-21 2018-06-28 A & A International, Llc Integrated energy conversion, transfer and storage system
JP2020521098A (ja) 2017-05-16 2020-07-16 イーバート，テレンス，ジェイ． 気体を液化するための装置およびプロセス
US10813254B2 (en) * 2018-07-13 2020-10-20 Christopher Marazzo Thermal management and power system for computing infrastructure
CN112066643A (zh) * 2020-07-28 2020-12-11 上海加力气体有限公司 降低能耗的空气分离工艺
CN112229142A (zh) * 2020-10-29 2021-01-15 浙江智海化工设备工程有限公司 一种低耦合多股流复合膨胀空分流程装置及方法
CN113959179B (zh) * 2021-12-22 2022-05-03 杭州制氧机集团股份有限公司 一种用于液氩提纯的装置及方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD99431A1 (cs) * 1972-09-04 1973-08-13
JPS5380384A (en) * 1976-12-27 1978-07-15 Teikoku Sanso Kk Small scale air separation method
JPS544906A (en) * 1977-06-15 1979-01-16 Nippon Oil & Fats Co Ltd Production of hard butter and highly stable liquid oil
US4433989A (en) * 1982-09-13 1984-02-28 Erickson Donald C Air separation with medium pressure enrichment
US4604116A (en) * 1982-09-13 1986-08-05 Erickson Donald C High pressure oxygen pumped LOX rectifier
GB2129115B (en) * 1982-10-27 1986-03-12 Air Prod & Chem Producing gaseous nitrogen
US4543115A (en) * 1984-02-21 1985-09-24 Air Products And Chemicals, Inc. Dual feed air pressure nitrogen generator cycle
US4560397A (en) * 1984-08-16 1985-12-24 Union Carbide Corporation Process to produce ultrahigh purity oxygen
US4790856A (en) * 1984-10-17 1988-12-13 Colgate-Palmolive Company Softening and anti-static nonionic detergent composition with sulfosuccinamate detergent
US4732597A (en) * 1986-04-22 1988-03-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Low energy consumption method for separating gaseous mixtures and in particular for medium purity oxygen production
US4705548A (en) * 1986-04-25 1987-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid products using an air and a nitrogen recycle liquefier
US4704147A (en) * 1986-08-20 1987-11-03 Air Products And Chemicals, Inc. Dual air pressure cycle to produce low purity oxygen
DE3770772D1 (de) * 1986-11-24 1991-07-18 Boc Group Plc Luftverfluessigung.
JPH0792326B2 (ja) * 1987-03-06 1995-10-09 日本酸素株式会社 空気液化分離方法
ES2032012T3 (es) * 1987-04-07 1993-01-01 The Boc Group Plc Separacion de aire.
US4783210A (en) * 1987-12-14 1988-11-08 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process with modified single distillation column nitrogen generator
GB8800842D0 (en) * 1988-01-14 1988-02-17 Boc Group Plc Air separation
GB8806478D0 (en) * 1988-03-18 1988-04-20 Boc Group Plc Air separation
US4895583A (en) * 1989-01-12 1990-01-23 The Boc Group, Inc. Apparatus and method for separating air
US4966002A (en) * 1989-08-11 1990-10-30 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for producing nitrogen from air

Also Published As

Publication number Publication date
ES2076686T3 (es) 1995-11-01
US5165245A (en) 1992-11-24
EP0518491B2 (en) 2000-04-05
JPH05157448A (ja) 1993-06-22
EP0518491A1 (en) 1992-12-16
AU630837B1 (en) 1992-11-05
DK0518491T3 (da) 1995-06-12
PL168479B1 (pl) 1996-02-29
CA2068181A1 (en) 1992-11-15
JP2735742B2 (ja) 1998-04-02
CA2068181C (en) 1997-11-25
DE69201522T2 (de) 1995-07-13
PL294545A1 (en) 1992-11-16
DE69201522D1 (de) 1995-04-06
EP0518491B1 (en) 1995-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CS145592A3 (en) Cryogenic method of air flow separation
JP2865274B2 (ja) 酸素と窒素を気体及び／又は液体製品として同時に製造するための空気の低温蒸留法
CN104807286B (zh) 回收利用lng冷能的氮气液化系统
US6336345B1 (en) Process and apparatus for low temperature fractionation of air
CN101266095A (zh) 空气分离方法
CN104807289B (zh) 利用lng冷能空分制取液氧液氮的方法
WO2000052403A1 (en) Natural gas letdown liquefaction system
JPH087019B2 (ja) 空気の高圧低温蒸留方法
CN1232165A (zh) 制备氧的有效方法
US20190293348A1 (en) Nitrogen production method and nitrogen production apparatus
JPH06101963A (ja) 空気の高圧低温蒸留方法
JP3063030B2 (ja) プロセス流れの圧縮のための廃棄物膨張の使用を伴う加圧空気分離方法
US6257020B1 (en) Process for the cryogenic separation of gases from air
CN107606875A (zh) 通过低温分离空气产生压缩氮和液氮的方法和设备
JP7451532B2 (ja) 極低温蒸留により空気を分離する装置及び方法
CN101922848B (zh) 用于产生加压产物的方法和设备
JPH06241649A (ja) 空気精留により少なくとも一つの圧力下のガス状製品と少なくとも一つの液体を製造する方法並びに設備
JPH05203344A (ja) 種々の需要量パターンの要件に適合したガス状酸素を供給する方法
TW202407272A (zh) 用於冷卻包含氫或氦的流體的系統和方法
JP2005134036A (ja) 空気分離装置およびその運転方法
CN111637686A (zh) 提高液氮产能的lng冷能空分装置及方法
CN209085172U (zh) 一种液体量可调且同时产多规格氧气产品的空分设备
US5964104A (en) Method and device for obtaining nitrogen by low-temperature separation of air
CN119334073A (zh) 一种耦合空气分离装置的液态空气储能系统
CN115060041B (zh) 一种液空过冷返流膨胀双塔提产制氮系统及方法