CS263790B1

CS263790B1 - Zapojonfpro prednchtaronftlakovéhovzduchu ptad nfzkotaplotnim zaHzonhn

Info

Publication number: CS263790B1
Application number: CS877177A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Jirsa
Original assignee: Jirsa Jan
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1987-10-06
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS717787A1

Abstract

Zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu je určeno pro nízkoteplotní zařízení se vzduchovým chladicím cyklem. Předchlazení tlakového vzduchu umožňuje ekonomické odstraňování vlhkosti a oxidu uhličitého z tlakového vzduchu. Podstatou tohoto zapojení je propojeni výstupu expandovaného vzduchu z expansní turbíny se sáním vzduchového kompresoru přes výparný chladič vody a dále, že výstup ochalzené vody z výparného chladiče vody je připojen na chladič tlakového vzduchu.The connection for pre-cooling compressed air is intended for low-temperature equipment with an air cooling cycle. Pre-cooling compressed air enables economical removal of moisture and carbon dioxide from compressed air. The essence of this connection is to connect the outlet of the expanded air from the expansion turbine to the suction of the air compressor via an evaporative water cooler and further that the outlet of the cooled water from the evaporative water cooler is connected to the compressed air cooler.

Description

Vynález se týká zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu před nízkoteplotním zařízením, kde se pro výrobu chladu používá expanse tlakového vzduchu a ze kterého se odstraňuje vlhkost a případně i oxid uhličitý, aby se zabránilo vypadávání vlhkosti a oxidu uhličitého ve formě ledu ve výměnících tepla nízkoteplotního zařízení a v expansním stroji.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit for pre-cooling compressed air upstream of a low temperature device, wherein compressed air expansion is used to produce cold and from which moisture and optionally carbon dioxide is removed to prevent moisture and carbon dioxide from falling out in the form of ice. in the expansion machine.

U dosavadních zařízení a zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu před jeho adsorpčním čištěním a nízkoteplotním dělením se používá nejčastěji jednostupňové kompresorové chladicí zařízení. Používané chladivo je čpavek nebo freony. Tlakový vzduch se před adsorpčním čištěním tímto chladicím zařízením ochlazuje na teplotu blízkou 0 °C. Do základního vzduchového chladicího okruhu, který se skládá především ze vzduchového kompresoru, výměníků tepla a z expansního stroje, je tak navíc zařazeno další chladicí zařízení sestávající z výparníku, chladicího kompresoru a kondensátoru. Toto zařízení pracuje na jiném principu a s jiným chladivém než základní okruh. Zařízení je proto složité a investičně i provozně poměrně náročné.In the prior art devices and connections for pre-cooling compressed air before its adsorption cleaning and low-temperature separation, a single-stage compressor cooling device is most often used. The refrigerant used is ammonia or freons. Compressed air is cooled to a temperature in the region of 0 ° C prior to adsorption cleaning with this cooling device. In addition, an additional cooling device consisting of an evaporator, a refrigeration compressor and a condenser is included in the basic air cooling circuit, which consists mainly of an air compressor, heat exchangers and an expansion machine. This device works on a different principle and with a different coolant than the basic circuit. The equipment is therefore complex and relatively demanding in terms of investment and operation.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu před nízkoteplotním zařízením, jehož podstatou je, že výsutp expandovaného vzduchu z expansní turbíny je propojen přes výparný chladič vody se sáním vzduchového kompresoru a výstup ochlazené vody z výparného chladiče je připojen na chladič tlakového vzduchu.These drawbacks are eliminated by the compressed air pre-cooling circuit in front of the low-temperature device, the principle being that the expanded air outlet from the expansion turbine is connected via the evaporator water cooler to the air compressor suction and the cooled water outlet from the evaporator cooler is connected to the compressed air cooler.

Hlavní výhoda zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu podle vynálezu je v tom, že v chladicím okruhu nízkoteplotního zařízení je použito pouze jedno chladivo - vzduch.The main advantage of the compressed air pre-cooling circuit according to the invention is that only one refrigerant-air is used in the cooling circuit of the low temperature device.

Tím dojde k podstatnému zjednodušení chladicího ckylu. Dosahuje se toho tím, že k předchlazení tlakového vzduchu se využívá chladicího účinku expandovaného vzduchu, který má téměř nulovou nebo nízkou relativní vlhkost. Odpařením části ochlazované vody do proudu expandovaného vzduchu odjde k ochlazení vody. Touto vodou se potom chaldí tlakový vzduch před jeho čištěním od vlhkosti a oxidu uhličitého.This greatly simplifies the cooling circuit. This is accomplished by utilizing the cooling effect of expanded air having near zero or low relative humidity to pre-cool the compressed air. By evaporating some of the cooled water into the expanded air stream, the water is cooled. This water then compresses the compressed air before cleaning it from moisture and carbon dioxide.

Příkladné zapojení předchlazení tlakového vzduchu podle vynálezu je zřejmé z přiloženého obrázku. Je na něm zobrazeno zjednodušené schéma nízkoteplotního zařízení se vzduchovým chladicím cyklem, které je určené pro výrobu plynného a kapalného kyslíku.An exemplary connection of the pre-cooling of the compressed air according to the invention is apparent from the attached figure. It shows a simplified diagram of a low temperature air cooling cycle apparatus for producing gaseous and liquid oxygen.

Nízkoteplotní zařízení pro děleni vzduchu sestává především ze vzduchového kompresoru 2, dochlazovače 2< chladiče 2 vzduchu, adsorpčního bloku 4_, výparného chladiče 5, vícemédiového výměníku 6, expansní turbíny 8 a z rektifikačnlho bloku 2· Výtlak 14 vzduchového kompresoru 2 Í^e připojen vzduchovým potrubím 18 přes dochlazovač 2, chladič 2 vzduchu, adsorpčnl blok 2 ^a vícemédiový výměník 2 jednak na vstup do expansní turbíny £ a jednak na rektifikačnl blok 2*Low-temperature air separation facility consists primarily of the air compressor 2, chillers 2 <cooler 2 air adsorption unit 4, the evaporation cooler 5, vícemédiového exchanger 6, the expansion turbine 8 and rektifikačnlho block 2 · Discharge 14 of the air compressor 2, and ^E connected to the air pipe 18 via an aftercooler 2, an air cooler 2, an adsorption block 2 ^{and a} multi-media exchanger 2 both on the entrance to the expansion turbine 6 and on the rectification block 2 *.

Sání 10 vzduchového kompresoru 2 i^e propojeno sacím potrubím 12 s atmosférou a současně je připojeno cirkulačním potrubím 19 přes výparný chladič 2 ^a vícemédiový výměník 6 na výstup 9 expansní turbíny 2· Výparný chladič 2 í^e dále zapojen do cirkulačního vodního okruhu. Výstup 11 ochlazené vody z výparného chladiče je připojen na sání oběhového čerpadla 17 a jeho výtlak je připojen vodním cirkulačním potrubím 20 přes chladič 2 vzduchu s hlavou 21 výparného chladiče 2· Výstupy plynných produktů děleni - kyslíku a odpadního dusíku jsou připojeny kyslíkovým potrubím 15 a dusíkovým potrubím 16 na rektifikačnl blok 2 přes vícemédiový výměník 2· 0 rektifikačnlho bloku 2» který slouží rovněž pro výrobu kapalného kyslíku, je instalováno výstupní potrubí 13 kapalného kyslíku. Atmosférický vzduch společně s recyklovaným expandovaným vzduchem, který se přivádí z výparného chladiče 5, se nasává vzduchovým kompresorem 2 ^a stalčuje se na tlak 0,9 MPa. Tento vzduch se nejdříve ochlazuje v dochlazovači 2 chaldící vodou z vodního řádu na teplotu 35 až 45 °C a potom se dále chladí v chladiči 2 vzduchu vodou ochlazovanou ve výpraném chladiči 2· Ochlazený vzduch o teplotě 8 °C se vede do adsorpčního bloku 2> kde se zbavuje vodní páry a oxidu uhličitého. Takto upravený vzduch vstupuje do vícemédiového výměníku 2» kde se ochlazuje plynnými produkty dělení - kyslíkem a dusíkem a současně expandovaným vzduchem. Ve střední části výměníku 2 tepla se větší část vzduchu odtahuje na expansní turbínu a menší část se dále ochalzuje, přičemž část vzduchu zkapalní, načež se vede do rektifikačnlho bloku T_, kde se ochlazuje, přičemž část vzduchu zkapalní, načež se vede do rektifikačniho bloku T_, kde se rozdělí na kapalný kyslík, plynný kyslík a odpadní dusík. Plynný kyslík a odpadní dusík se odtahuje z rektifikačniho bloku kyslíkovým a dusíkovým potrubím 15, 16 a kapalný kyslík se odebírá výstupním potrubím 13 kapalného kyslíku. Tlakový vzduch v expansní turbíně expanduje za konání vnějSÍ práce z tlaku 0,8 MPa na 0,14 MPa a sníží se mu teplota na mínus 183 °C. Nízká teplota expandovaného vzduchu a plynných produktů dělení se využije ke zkapalněni části tlakového vzduchu v dolní části vícemédiového výměníku j6. Expandovaný vzduch společně s plynnými produkty, se ve vícemédiovém výměníku .6 ohřívá ke vstupní teplotě tlakového vzduchu, načež se vede přes výparný chladič 5 na sání vzduchového kompresoru ,1. Ve výparném chladiči J5 expandovaný vzduch ochlazuje chladicí vodu stékající po náplni a nastřikovanou do hlavy 21 výparného chladiče 5. Expandovaný vzduch se postupně nasycuje částí odpařené vody a přitom se ohřívá k teplotě vstupní vody na hodnotu cca 20 °C. Naopak voda se na úkor odpaření její části ochalzuje a shromažďuje se na dně výparného chladiče J5. ze dna výparného chladiče se dopravuje oběhovým čerpadlem 17 do chladiče 2 Vzduchu, kde chladí tlakový vzduch a oteplená se vede od výparného chladiče 5.Intake 10 of the air compressor 2 and ^e connected a suction line 12 to the atmosphere, and is connected to the circulation pipe 19 through the cooler 2 ^and the evaporation vícemédiové exchanger 6 to an output 9 of the expansion turbine 2 · 2 evaporative cooling ^te further connected to the circulation water circuit. The cooled water outlet 11 of the evaporator cooler is connected to the suction of the circulation pump 17 and its discharge is connected through a water circulation pipe 20 through an air cooler 2 with the evaporator cooler head 2. via a line 16 on the rectification block 2 via a multi-medium exchanger 2 · 0 of the rectification block 2, which also serves for the production of liquid oxygen, an outlet line 13 of liquid oxygen is installed. The atmospheric air together with the recycled expanded air supplied from the evaporator cooler 5 is sucked through the air compressor 2 ^and compressed to a pressure of 0.9 MPa. This air is first cooled in an after-cooler 2 cooled with water from water to 35 to 45 ° C and then further cooled in the air cooler 2 with water cooled in the washed cooler 2 · The cooled air at 8 ° C is led to the adsorption block 2> where it gets rid of water vapor and carbon dioxide. The air thus treated enters the multi-medium exchanger 2, where it is cooled by the gaseous products of separation - oxygen and nitrogen and simultaneously expanded air. In the central part of the heat exchanger 2, a larger part of the air is drawn off to the expansion turbine and a smaller part is further cooled, part of the air is liquefied and then fed to rectification block T where it is cooled. where it is separated into liquid oxygen, gaseous oxygen and waste nitrogen. The gaseous oxygen and waste nitrogen is withdrawn from the rectification block through the oxygen and nitrogen lines 15, 16, and the liquid oxygen is removed through the liquid oxygen outlet line 13. The compressed air in the expansion turbine expands from 0.8 MPa to 0.14 MPa while performing external work, reducing the temperature to minus 183 ° C. The low temperature of the expanded air and the gaseous separation products is utilized to liquefy a portion of the compressed air at the bottom of the multi-medium exchanger 16. The expanded air, together with the gaseous products, is heated to an inlet temperature of the compressed air in a multi-medium exchanger 6, and is then passed through an evaporator cooler 5 for suction of the air compressor. In the evaporator cooler, the expanded air cools down the cooling water flowing through the charge and injected into the evaporator cooler head 5. The expanded air is gradually saturated with a portion of the evaporated water while heating to an inlet water temperature of about 20 ° C. On the contrary, the water cools down at the expense of evaporation of a part of it and collects at the bottom of the evaporator cooler J5. from the bottom of the evaporator cooler it is conveyed by a circulation pump 17 to an air cooler 2, where it cools compressed air and is heated from the evaporator cooler 5.

Zapojení pro předchlazení tlakového vzduchu podle vynálezu najde uplatnění tam, kde pro krytí ztrát chladu nízkoteplotního zařízení se využívá expanse tlakového vzduchu. Je to především u zařízení určených pro výrobu kapalných produktů, kde poměr vzduchu vedeného k xpansi oproti vzduchu pro rektifikaci je vštší než 1.The compressed air pre-cooling circuit according to the invention finds application where the expansion of compressed air is used to cover the cold loss of a low temperature device. This is particularly the case for equipment intended for the production of liquid products, where the ratio of air to xpansion versus air for rectification is greater than 1.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Wiring for pre-cooling compressed air upstream of a low temperature device consisting of an air compressor, heat exchangers, air cooler, evaporator cooler, expansion turbine and piping, characterized in that the expanded air outlet (9) of the expansion turbine (8) is connected via an evaporative cooler (5) with air intake (10) (1).

IN

Compressed air supercooling connection according to Claim 1, characterized in that the cooled water outlet (11) of the evaporative cooler (5) is connected to the compressed air cooler (3).