CS258533B1

CS258533B1 - Method of air separation by low temperature process with production of liquid products

Info

Publication number: CS258533B1
Application number: CS865445A
Authority: CS
Inventors: Jiri Sykora; Vaclav Chrz; Jan Jirsa; Jaroslav Brabec; Milan Kouba
Original assignee: Jiri Sykora; Vaclav Chrz; Jan Jirsa; Jaroslav Brabec; Milan Kouba
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS544586A1

Abstract

Řešení se týká problému výroby kapalného kyslíku a dusíku ve velkých množstvích v chladicím cyklu, ve kterém vzduch z expanzní turbiny je zčásti veden do tlakové rektifikační kolony a zčásti recirkulován. Podstata řešení spočívá v tom, že druhý, recirkulovaný proud se mísí s proudem adsorpčně vyčištěného atmosférického vzduchu a je spolu s ním dále stlačován turbokompresorem a potom brzdicím kompresorem expansní turbiny. Řešení může být využito ve výrobních závodech technických plynů, zaměřených na distribuci kapalného kyslíku a dusíku.The solution concerns the problem of producing liquid oxygen and nitrogen in large quantities in a refrigeration cycle, in which the air from the expansion turbine is partly led to a pressure rectification column and partly recirculated. The essence of the solution lies in the fact that the second, recirculated stream is mixed with a stream of adsorption-purified atmospheric air and is further compressed together with it by a turbocompressor and then by a brake compressor of the expansion turbine. The solution can be used in industrial gas production plants focused on the distribution of liquid oxygen and nitrogen.

Description

Vynález se týká způsobu dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou relativně velkého podílu kapalných produktů, to je více než jedna pětina zpracovávaného atmosférického vzduchu.The invention relates to a method of separating air by a low temperature process with the production of a relatively large proportion of liquid products, i.e., more than one fifth of the atmospheric air treated.

Dosud známé způsoby dělení vzduchu pracuji s okruhem atmosférického vzduchu, který dodává vzduch pro rektifikační dělení na kyslík a dusík a s dusíkovým chladicím okruhem, ve kterém je zařazena expanzní turbina, která vyrábí chlad, potřebný pro zkapalňování kyslíku a dusíku a pro tepelnou rovnováhu nízkoteplotního procesu. Jiné známé způsoby využívají vzduchový chladicí okruh, u něhož proudy stlačeného vyčištěného atmosférického vzduchu a cirkulačního vzduchu vstupují do zařízení přes samostatné výměníky tepla. Je znám rovněž způsob, v němž jsou oba tyto proudy před adsorpčním vyčištěním smíseny.The prior art air separation processes operate with an atmospheric air circuit that supplies air for rectifying oxygen and nitrogen separation, and a nitrogen refrigeration circuit that includes an expansion turbine that produces the cold needed to liquefy oxygen and nitrogen and to heat the low-temperature process. Other known methods utilize an air cooling circuit in which the streams of compressed purified atmospheric air and circulating air enter the apparatus via separate heat exchangers. A method is also known in which the two streams are mixed prior to the adsorption purification.

Nevýhodou těchto známých způsobů je složitost procesu a z toho vyplývající náročnost regulace procesu a nákladnost zařízení, potřebného k realizaci procesu.The disadvantages of these known methods are the complexity of the process and the resulting complexity of process control and the cost of the equipment required to carry out the process.

Tyto nevýhody jsou odstraněny způsobem dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů podle vynálezu, jehož podstatou je, že druhý proud expandovaného vzduchu po ohřátí vstupujícím vzduchem tvoří smíšením se vzduchem, vystupujícím z procesu adsorpčního čištění vstupující vzduch nízkoteplotního procesu, který je pak stlačen na tlak vyšší než 2 MPa a po dalším stlačení v brzdicím kompresoru expanzní turbiny a po ochlazení výměnou tepla s druhým proudem a plynným dusíkem veden na vstup expanzní turbiny.These disadvantages are overcome by the low temperature air separation process with the production of liquid products according to the invention, which is characterized in that the second stream of expanded air, after being heated by the incoming air, forms an inlet air of the low temperature process by mixing with the air leaving the adsorption cleaning process. higher than 2 MPa and, after further compression in the expansion compressor braking compressor and after cooling by heat exchange with a second stream and nitrogen gas, conducted to the expansion turbine inlet.

Výhodou vynálezu je jednoduchost procesu, zejména jednoduchost komprese a systému výměny tepla. Vyčištěný atmosférický vzduch je smísen s cirkulačním vzduchem a oba jsou společně stlačovány, což se vzhledem k velkému průtoku provádí s dobrou energetickou účinností. Systém výměny tepla je jednoduchý a z toho vyplývají nízké nároky na regulaci procesu a nízké náklady na zařízení, potřebné k realizaci procesu.The advantage of the invention is the simplicity of the process, in particular the simplicity of the compression and heat exchange system. The purified atmospheric air is mixed with the circulating air and both are compressed together, which is done with good energy efficiency due to the high flow. The heat exchange system is simple, resulting in low process control requirements and low equipment cost to implement the process.

Příklad způsobu dělení vzduchu nízkoteplotním procesem s výrobou kapalných produktů podle vynálezu je zřejmý ze zjednodušeného technologického schématu na přiloženém obrázku.An example of a method of air separation by a low temperature process with the production of liquid products according to the invention is apparent from the simplified flow diagram in the attached figure.

Na obrázku je zjednodušené technologické schéma zařízení, které je určeno k výrobě kapalného kyslíku a kapalného dusíku.The figure shows a simplified flow diagram of a device that is designed to produce liquid oxygen and liquid nitrogen.

PříkladExample

Atmosf. vzduch je nasáván nízkotlakým kompresorem 2 o výkonu 500 kmol/h a stlačován na tlak 0,6 MPa. V chladiči 2 se jeho teplota sníží na 5 °C a za této teploty se z něj v adsor béru 2 odstraňuje oxid uhličitý a voda adsorpcí na molekulových sítech. Na výstupu z procesu adsorpčního čištění se smísí s druhým proudem expandovaného vzduchu a tvoří tak vstupující vzduch nízkoteplotního procesu. Ten vstupuje do turbokompresoru £ o výkonu 1 000 kmol/h, kde je stlačen na tlak 3 MPa a ochlazen vodou v dochlazovači 5. na 30 °C. Dále je veden do brzdicího kompresoru 2 expansní turbiny, kde se jeho tlak dále zvýší přímým využitím práce, konané stlačeným vzduchem v expanzní turbině 7_. Při zvýšeném tlaku je vzduch dále ochlazován v ochlazovači 8 na teplotu 28 °C a veden do teplého výměníku 9, kde je chlazen druhým proudem expandovanéhovzduchu a plynným dusíkem, dále do freonového chladiče 10, pro který je freon zkapalňován chladicí jednotkou 11.Atmosf. air is sucked in by a low-pressure compressor 2 with the output of 500 kmol / h and compressed to a pressure of 0.6 MPa. In cooler 2, its temperature is lowered to 5 ° C and at this temperature carbon dioxide and water are removed in adsorber 2 by adsorption on molecular sieves. At the outlet of the adsorption purification process, they are mixed with a second stream of expanded air to form the incoming air of the low temperature process. This enters a 1000 kmol / h turbo-compressor 6, where it is compressed to a pressure of 3 MPa and cooled with water in the aftercooler 5 to 30 ° C. Further, it is fed to the expansion compressor braking compressor 2, where its pressure is further increased by direct use of the compressed air work in the expansion turbine 7. At elevated pressure, the air is further cooled in cooler 8 to 28 ° C and fed to a heat exchanger 9 where it is cooled by a second stream of expanded air and nitrogen gas, to a freon cooler 10 for which the freon is liquefied by the cooling unit 11.

Zde je teplota vzduchu snížena odebíráním tepla vroucím freonem při teplotě -60 °C. Ochlazený vzduch dále vstupuje do středního výměníku 12, kde se dále ochladí druhým proudem expandovaného vzduchu a plynným dusíkem na teplotu vhodnou pro expanzi v turbině. Na výstupu ze středního výměníku 12 se vzduch rozděluje na zkapalňovaný vzduch, který se zkapalňuje ve studeném výměníku 13 a v kapalném stavu vede do tlakové kolony 14, a na expandovaný vzduch, který vstupuje do expanzní turbiny T_ a v ní expanduje za konání vnější práce na tlak 0,6 MPa a teplotu blízkou mezi kondenzace. Expandovaný vzduch se rozděluje na první a druhý proud. První proud je veden do tlakové kolony a spolu se zkapalňovaným vzduchem dělen na kapalný dusík, který je zčásti odtahován z procesu výstupem 15 kapalného dusíku jako produkt, zčásti veden přes podchlazovač 16 do nízkotlaké kolony 17, a na bohatou kapalinu, obsahující 38 % kyslíku, která se shromažduje v dolní části tlakové kolony 14,. Odtud je vedena rovněž přes podchlazovač 16 do nízkotlaké kolony 17. Výměnu tepla mezi oběma kolonami a tím nezbytný zpětný tok kapaliny v tlakové koloně 14 a páry v nízkotlaké koloně 17 pro funkci procesu rektifikace zajištuje kondenzátor 18. V nízkotlaké koloně 17 probíhá rozdělení vzduchu na kapalný kyslík, který se přes kondenzátor 18 odtahuje z procesu výstupem 19 kapalného kyslíku a na plynný dusík, který se odebírá z hlavy nízkotlaké kolony 17, ohřívá se postupně v podchlazovači 1J5, studeném výměníku 13, středním výměníku 12 a teplém výměníku £ a vystupuje z procesu výstupem 20 plynného dusíku. Druhý proud je veden do studeného výměníku 23, kde je ohříván zkapalňovaným vzduchem, dále do středního výměníku 12 a teplého výměníku 9, v nichž se ohřívá a zároveň ochlazuje vstupní vzduch nízkoteplotního procesu, a dále na výstup procesu adsorpčního čištění, kde se mísí s vyčištěným vzduchem z atmosféry a tvoří tak vstupující vzduch nízkoteplotního procesu.Here, the temperature of the air is reduced by removing heat by boiling freon at a temperature of -60 ° C. The cooled air further enters the central exchanger 12 where it is further cooled by a second stream of expanded air and nitrogen gas to a temperature suitable for expansion in the turbine. At the outlet of the central heat exchanger 12, the air is divided into liquefied air, which is liquefied in the cold exchanger 13 and led to the pressure column 14 in the liquid state, and into expanded air which enters the expansion turbine T and expands therein a pressure of 0.6 MPa and a temperature close to the condensation limit. The expanded air is divided into first and second streams. The first stream is fed to a pressure column and, together with liquefied air, separated into liquid nitrogen, which is partially withdrawn from the process by the liquid nitrogen outlet 15 as a product, partly through a subcooler 16 to the low pressure column 17, and to a rich liquid containing 38% oxygen. which is collected at the bottom of the pressure column 14. From there it is also fed via a subcooler 16 to the low pressure column 17. Heat exchange between the two columns and thus the necessary backflow of liquid in the pressure column 14 and steam in the low pressure column 17 for the rectification process function is provided by the condenser 18. The oxygen which is withdrawn from the process via the liquid oxygen outlet 19 through the condenser 18 and to the nitrogen gas which is removed from the head of the low pressure column 17 is heated successively in the subcooler 15, cold exchanger 13 nitrogen gas outlet 20. The second stream is led to a cold exchanger 23, where it is heated by liquefied air, to a central exchanger 12 and a hot exchanger 9, in which the inlet air of the low temperature process is heated and cooled, and to the adsorption purification process where it mixes with air from the atmosphere, thus forming the incoming air of the low temperature process.

Claims

A method of separating air by a low temperature process with the production of liquid products, wherein the atmospheric air is compressed to a pressure of 0.5 to 0.7 MPa, cooled and adsorbed to remove carbon dioxide and water, and the cold for the low temperature process is obtained by expanding the air the compressed air expansion turbine and the expanded air are divided into a first and a second stream, the first stream being fed to the rectification column, characterized in that the second stream, after being heated by the incoming air, is mixed with air leaving the adsorption purification process which is then compressed to a pressure greater than

2 MPa and after further compression in the braking compressor of the expansion turbine and after cooling by heat exchange with a second stream and nitrogen gas, led to the expansion turbine inlet.