NO158116B - Fremstilling av nitrogen ved kryogenseparering av luft. - Google Patents
Fremstilling av nitrogen ved kryogenseparering av luft. Download PDFInfo
- Publication number
- NO158116B NO158116B NO834445A NO834445A NO158116B NO 158116 B NO158116 B NO 158116B NO 834445 A NO834445 A NO 834445A NO 834445 A NO834445 A NO 834445A NO 158116 B NO158116 B NO 158116B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- nitrogen
- oxygen
- liquid
- fraction
- rich
- Prior art date
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
- F25J3/04406—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
- F25J3/04424—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 without thermally coupled high and low pressure columns, i.e. a so-called split columns
-
- 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
- F25J3/04242—Cold end purification of the feed air
-
- 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
- F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low 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
- 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
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte for fremstilling av nitrogengass med et trykk over det atmosfæriske ved separering av luft ved rektifisering.
En anvendelse av nitrogen som stadig får økende betydning
er som fluid ved sekundære olje- eller gassgjennvinningstek-nikker. Slike teknikker blir et fluid pumpet inn i grunnen for å lette fjerning av olje eller gass fra denne. Nitrogen er ofte det fluid som benyttes på grunn av den relative til-gjengelighet og på grunn av at den ikke understøtter for-brenning.
Når nitrogen benyttes i slike forbedrede olje- eller gass-gjenvinningsteknikker, pumpes nitrogen generelt inn i grunnen ved forhøyet trykk som kan være fra 35,15 kg/cm 2 til
2
703 kg/cm eller mer.
Fremstillingen av nitrogen ved kryogenseparering av luft er velkjent. I en velkjent prosess benyttes to kolonner i varmeveklsingsforhold. En kolonne er ved et høyere trykk og der luft for separering i oksygenanrikede og nitrogen-anrikede fraksjoner. En andre kolonne har et lavere trykk og der skjer den endelige separering av luft til produkt.
En slik dobbeltkolonneprosess gjennomfører effektivt luft-separeringen og kan gjenvinne en høyere prosentandel, opp til 90% av nitrogenet i råstoffet. Imidlertid har en slik prosess den mangel at når nitrogen er ønsket for bruk ved forbedret olje- eller gass, da produktnitrogenet befinner seg ved relativt lavt trykk, generelt mellom ca. 1,05 og 1,75 kg/cm 2. Dette nødvendiggjør en betraktelig grad av ytterligere komprimering av nitrogenet før dette kan benyttes for å forbedre olje- eller gassgjenvinning. Denne ytterligere komprimering er heller kostbar.
Videre er det kjent en kryogen enkel kolonne luftsepareringsprosess som gir høytrykksnitrogen, karakteristisk ved et trykk innen området ca. 4,92 til 6,33 kg/cm 2.
Nitrogen ved slike høye trykk reduserer i vesentlig grad omkostningene ved komprimering av nitrogen til det nivå
som er nødvendig for forbedret olje- og gass-gjenvinning i forhold til omkostningene ved komprimering av nitrogenprodukt fra en konvensjonell dobbeltkolonneseparering. Imidlertid kan en slik enkeltkolonne prosess kun gjenvinne en relativt lav prosentandel, f.eks. opp ti] ca. 60 vekt-% av nitrogenet i mateluften. Hvis man virkelig gjennomførte separeringen i kolonnen ved høyere trykk for å oppnå nitrogen ved høyere trykk enn 4,92 til 6,33 kg/cm 2, vil man få ennu lavere gjenvinning enn de 60% som er antydet ovenfor.
En gjenstand for oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe
en kryogen luftsepareringsprosess som gir nitrogen ved for-høyet trykk og ved høy separeringseffektivitet og høy utvin-ning .
Disse og andre gjenstander for oppfinnelsen vil bli åpenbare for fagmannen ved et studium av den følgende beskrivelse og målene oppnås ved: En fremgangsmåte for fremstilling av nitrogengass med et trykk over det atmosfæriske ved separering av luft ved rektifisering omfattende: innføring av renset, avkjølt mateluft met et trykk over det atmosfø riske til en høytrykkskolonne som arbeider ved et • trykk fra ca. 5,6-21,1 kg/cm 2, separering av mateluften ved rektifisering i høytrykkskolonnen til en første, notrogen-rik dampfraksjon og en første, oksygenanriket væskefraksjon; kondensering av en andel av den første nitrogenrike dampfraksjon ved indirekte varmeveksling med den første oksygenanrikede væskefraksjon for derved å oppnå en første nitrogenrik væskeandel og en første oksygenanriket dampfraksjon; og anvende den første nitrogenrike væskeandel som flytende tilbake-løp for høytrykkskolonnen;
innføring av den første oksygenanrikede dampfraksjon til en
middeltrykkskolonne som arbeider ved et trykk lavere enn det til høytrykkskolonnen, på ca. 2,8 til 10,5/cm 2,
separering av den første anrikede dampfraksjon ved rektifisering i middeltrykkskolonnen til en andre nitrogenrik damp-fraksjon og en andre oksygenanriket væskefraksjon; og denne fremgangsmåte karakteriseres ved gjenvinning av 20-60% både av den første og den andre nitrogenrike dampfraksjon; kondensering av en andel av den andre nitrogenrike dampfraksjon ved indirekte varmeveksling med den andre oksygenanrikede væskefraksjon for derved å oppnå en andre nitrogenrik væskeandel og en andre oksygenanriket dampfraksjon; og anvende den andre nitrogenrike væskeandel som flytende til-bakeløp for middeltrykkskolonnen; samt
å fjerne den andre oksygenanrikede dampfraksjon fra prosessen.
Uttrykket "indirekte varmeveksling" slik det her benyttes, betyr å bringe to fluide strømmer i varmevekslingsforbind-else med hverandre uten noen form for fysisk kontakt eller blanding av fluidene med hverandre.
Uttrykket "kolonne" slik det benyttes i foreliggende spesi-fikasjon og krav, betyr en destillasjons- eller fraksjoner-ingskolonne eller sone, dvs. en kontaktkolonne eller -sone der væske- og dampfase i motstrøm kommer i kontakt for å bevirke separering av en fluid blanding, slik som f.eks.
ved å bringe damp- og væskefaser i kontakt på en serie verti-kalt anordnede plater, anordnet i kolonnen etter alternativt, på pakke-elementer med hvilke kolonnene er fylt. For en ytterligere beskrivelse av destillasjonskolonner skal det henvises til Chemical Engineers' Handbook, 5. utg. utgitt av R.H.Perry og C.H.Chilton, McGraw-Hill Book Company, New
York, seksjon 13, "Distillation" B.D. Smith, et al., side 13-3, The Continous Distillation Process. Damp- og væske kontakt separerings-prosesser avhenger av forskjellen i damptrykk for komponentene. Komponenten med høyt damptrykk (eller den mere flyktige eller mere iavtkokende) vil tendere til å konsentreres i dampfasen mens komponenten med lavt damptrykk (eller den mindre flyktige eller høyere kokende) vil tendere til å konsentreres i væskefasen. Destillasjon er den separeringsprosess hvorved oppvarming av en væskebland-ing kan benyttes for å konsentrere den eller de flyktige komponenter i dampfasen og derved den eller de mindre flyktige komponenter i væskefasen. Delvis kondensering er den separeringsprosess hvorved avkjøling av en dampblanding kan benyttes for å konsentrere den eller de flyktige komponenter i dampfasen og derved den eller de mindre flyktige komponenter i væskefasen. Rektifisering eller kontinuerlig destillasjon er den separeringsprosess som kombinerer suksessiv partiell fordamping og kondensasjon oppnådd ved en motstrøms behandling av damp- og væskefaser. Motstrøms kontakten mellom damp og væske er adiabatisk og
kan inkludere integral eller differensial kontakt mellom fasene. Separeringsprosess-arrangementer som benytter prin-sippene med rektifisering for å separere blandinger kalles ofte rektifiseringskolonner, destillasjonskolonner, eller fraksjoneringskolonner.
Uttrykket "renset, avkjølt luft" slik det her benyttes,
i beskrivelse og krav, betyr luft som i det vesentlige er renset for urenheter, slik som vanndamp og karbondioksyd,
og som har en temperatur generelt under ca. 120°K og fortrinnsvis under ca. 110°K.
Uttrykket "tilbakeløpsforhold" slik det benyttes i foreliggende beskrivelse og krav, betyr det numeriske forhold mellom væskestrømmen og dampstrømmen, begge deler uttrykt på molal basis, som i motstrøm bringes i kontakt i kolonnen for å bevirke separering.
Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til
de ledsagende tegninger, der
Fig. 1 skjematisk viser en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 skjematisk viser en annen foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; og Fig. 3 er et McCabe-Thiele diagram for to destillasjonskolonner som kan benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen .
Under henvisning til fig. 1, blir mategass under trykk 11
ført gjennom en deovervarmer 10 der den avkjøles og renses for urenheter, slik som vanndamp og karbondioksyd. Den av-kjølte, rensede luft 12 føres deretter gjennom en kald adsor-berende felle 13 der det fjernes forurensninger slik som hydrokarboner og medrevne faststoffer. Denne felle 13 består av et hvilket som helst egnet materiale, slik som f.eks. silikagel.
Den rensede, avkjølte luft 14 under trykk tilføres til bunnen av høytrykkskolonnen 30 som arbeider ved et trykk fra ca.
5,6 til 21 kg/cm<2> fortrinnsvis fra ca. 6,3 til 14 og aller helst fra ca. 7 til 11,2 kg/cm<2>^
I kolonne 13 blir luft seprarert i en første nitrogenrik dampfraksjon og en første oksygenanriket, flytende fraksjon^Den første nitroqenrike damp-fraksjon 19 deles i en andel 21 som fjernes fra kolonnen 13, føres gjennom deoverheteren 10 og gjenvinnes som høytrykksprodukt nitrogengass 46, og en andel 22 som tilføres til en kondensator 18. Nitrogenrik damp andel 21 kan omfatte fra ca. 20 til 60% av en første nitrogenrik dampfraksjon 19, fortrinnsvis fra ca. 30 til 50 og aller helst fra ca. 35 til 45%. Den første oksygenanrikede, flytende fraksjon 15 ekspanderes i ventilen 16 og føres 17 til kondensatoren 18, der den fordampes ved indirekte varmeveksling med nitrogenrik dampandel 22, for derved å gi en første oksygenanriket dampfraksjon og en første nitrogenrik væskefraksjon 23. Den første nitrogenrike væskefraksjon 23 benyttes som flytende tilbake-løp mot mateluft 14 i kolonnedelen 24 for å bevirke separering av mateluften.
Oksygen-anriket strøm 25 tilføres til bunnen av kolonnen
2 0 som råstoff. Strømmen 2 5 kan være kun damp eller kan bestå av opp til 5% væske. Kolonnen 20 arbeider ved et
trykk under det i kolonnen 30, fra ca. 2,8 til 10,5 kg/cm<2 >fortrinnsvis fra ca. 3,1 til 7, og aller helst fra ca. 3,5 til 5,6 kg/cm2.
I kolonnen 20 blir den oksygenanrikede strøm 25 separert i andre nitrogenrik dampfraksjon og en andre oksygenanriket væskefraksjon. Den andre nitrogenrike dampfraksjon 31 deles i en del 32
som fjernes fra kolonnen 30, føres gjennom deoverheteren 10 og gjenvinnes som middels trykks-produkt nitrogengass 47, og en andel 33 som tilføres til kondensatoren 29. Nitrogenrik damp andel 32 kan omfatte fra ca. 20 til 60% andre nitrogenrike dampfraksjoner 31, fortrinnsvis fra ca. 30
til 50, og aller helst fra ca. 35 til 45%. Den andre oksygenanrikede, flytende fraksjon 26 ekspanderes i ventilen 27,
og føres 28 til kondensatoren 29, der den fordampes ved indirekte varmeveksling med nitrogenrik dampandel 33, som når det gjelder ekspansjon i ventilen, blir ekspansjonen av den oksygenanrikede væske i ventilen 27 gjennomført for å gi en trykkdifferanse og således en temperaturdiffe-ranse slik at den nitrogenrike damp med høyere trykk kan kondenseres mot den oksygenanrikede væske med lavere trykk. Den resulterende andre nitrogenrike væskeandel 34 benyttes som flytende tilbakeløp mot oksygenanriket damp i kolonnedelen 35 for å bevirke separering.
Den andre oksygenanrikede dampfraksjon 36 fra kondensering
av nitrogenrik dampandel 33, kan føres gjennom deoverheteren 10 og fjernes fra prosessen. Utførelsesformen ifølge fig.
1 viser en foretrukket utførelsesform der denne spillstrøm
36 beholder noe trykkenergi og benyttes for å utvikle anleggs-avkjøling. I denne foretrukne utførelsesform blir oksygenanriket spillstrøm 36 delt i fraksjoner 37 og 38. Fraksjon 37 tilføres til luft deoverheteren 10 og varmes opp partielt. Denne strøm tjener til å tilveiebringe kald ende ubalanse
for temperaturkontroll for å sikre selvrensing av den reverserende varmeveksler. Reverserende varmevekslere og deres selvrensingskrav er velkjente i teknikken. Ubalanse-strømmen fjernes fra deoverheteren som strømmen 39. Strømmen 38 ekspanderes i ventilen 43 og føres som strøm 41 til strømmen 39 med hvilken den kombineres for å danne en strøm 42.
Denne strøm 42 ekspanderes mens den fremdeles befinner seg under trykk i turboekspanderen 40 hvorfra den slipper ut som en strøm 44 som føres til deoverheteren 10, oppvarmes til omgivelsestemperatur og fjernes fra systemet som strømmen 45. Bruken av spilloksygen-anriket strøm for å tilveiebringe anleggsavkjøling er fordelaktig fordi kolonnene nu arbeider ved høyere trykk enn det som er tilfelle når oksygenanriket strøm kun føres gjennom deoverheteren. Dette resulterer i et nitrogenprodukt med høyere trykk. Denne fordel er tilstede uansett omdet benyttes reverserende eller primære varmevekslere som doverheter. Når det benyttes reverserende varmevekslere, er en annen fordel øket produkt nitrogen-gjenvinning på grunn av det høyere trykk for innkommende mateluft.
Tabell I inneholder typiske prosessbetingelser som oppnås
fra en regnemaskin-simulering av prosessen som angitt i fig. 1. Strøm nummere viser til tallene i fig. 1. Som vist i tabell I, var nitrogengjenvinninqen 79% av det som var tilgjengelig fra mateluften.
Fig. 2 viser en annen foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvori en mateluft-fraksjon benyttes for reverserende varmevekslertemperatur-kontroll og for anleggsavkjøling. Fordi luftdeoverheteren benytter en luftfraksjon for både temperaturkontroll og anleggsav-kjøling istedet for en oksygenrik strøm, kan denne utfør-elsesform ha visse fordeler når det gjelder anleggets pålite-lighet. Videre kan dette prosessarrangement anvende mateluft ved lavere trykk fordi spilloksygenstrømmen fra middels trykk kolonnen ikke ekspanderes for anleggsavkjøling og derfor kan befinne seg ved lavere trykk. De tall som benyttes i fig. 2 tilsvarer de i fig. 1, fordi elementer som er felles for begge utførelsesformer.
Under henvisning til fig. 2, blir renset og avkjølt mateluft under trykk ved 84 delt i en andel 14 som mates til kolonnen 30 og i en del 86 som kan omfatte fra ca. 10 til 30% av mateluften. Strømmen 86 oppvarmes ved partiell gjennomgang i deoverheteren 10 og ekspanderes i turboekspanderen 87
til et middels trykk. Middelstrykk-luften tilføres deretter 88 til middelstrykk-kolonnen 20 der den separeres ved rektifisering i nitrogenrik damp og oksygenanriket væske som delvis omfatter den andre nitrogenrike dampfraksjon og den andre oksygenanrikede væskefraksjon. Resten av prosessen tilsvarer det som er beskrevet i fig. 1.
Tabell II inneholder typiske prosessbetingelser oppnådd
fra en regnemaskinsimulering av prosessen som vist i fig.
2. Strømnummerne henviser til tallene i fig. 2. I prosessen som er angitt i tabell II, var nitrogen gjenvinningen 80%
av den tilgjengelige mateluft.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir utventet fordelaktige resultater ved å benytte to separate kolonner ved spesifi-serte trykknivåer og med et hensiktsmessig råstoffsammen-setningsforhold. For tydeligere å forklare det uventede ved fordelene ifølge oppfinnelsen, skal det henvises til fig. 3 som er et McCabe-Thiele diagram for destillasjonskolonner brukbare ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.
Se f.eks. Unit Operations of Chemical Engineering, McCabe
og Smith, McGraw Hill Book Company, New York, 19 56, kapittel 12, sidene 689-708 for diskusjon av McCabe-Thiele diagrammer. I fig. 3 er luft tilnærmet som en binært system omfattende nitrogen og oksygen med argon og andre gasser slått sammen med oksygen.
Under henvisning til fig. 3, er linjen A det geometriske sted for lik damp- og væskesammensetning. Kurven C er like-vektskurven for høytrykks kolonnen og viser det geometriske sted for likevekts dampsammensetninger for væskesammenset-ninger gjennom kolonnen og på tilsvarende måte er kurve B det geometriske sted for likevektsbetingelser når det gjelder middeltrykk-kolonnen. Høytrykkskolonnen ville behandle et luftråstoff H i den i det vesentlige mettede damptilstand som angitt av råstofflinjen F. Linje D viser representative væske-til-damp-tilbakeløpsforhold for kolonnen og er derved det geometriske sted for massebalanse-damp-og-væske~sammensetninger i kolonnen. Slik det fremgår av fig. 3, blir middelstrykk-kolonne-råstoffet ,med en sammen-setning ved J på ca. 35% oksygen tatt fra bunnen av høytrykks-kolonnen, og etter fordamping, blir den det mettede damprå-stoff til middelstrykkolonnen, representert ved den hori-sontale matelinje G. Linjen E representerer væske-til-damp forholdsstedet for middelstrvkkkolonnen, og slik det fremgår, er dette væske-til-damp- eller tilbakeløpsforhold kun noe høyere enn tilbakeløpsforholdet for høytrykkskolonnen, representert ved linjen D. Således ses det at det er tilfel-dig at likevektslinjen B for :middelstrykkkolonne har en damp med høyere nitrogeninnhold ved en hvilken som helst gitt væsketilstand, eller ellers ville viste tilbakeløps-forhold være utilstrekkelig for operativ drift av middel-trykks kolonnen. Med andre ord befinner middeltrykkskolonnen seg ved et trykk som tillater at den behandler råstoff med høyere oksygeninnhold ved et tilbakeløpsforhold sammenlignbart med det som er nødvendig i høytrykkskolonnen.
Som et resultat, kan middelstrykkolonnen ha en nitrogen-produktgjenvinning sammenlignbart med den i høytrykkskolon-nen på tross av tilmatningen med høyere oksygeninnhold til : middelstrykkolonnen. Dette er fordi det lavere drifts-trykk nivå for middelstrykkolonnen kompenserer for tilmatning med høyere oksygeninnhold. Hvis det var nødvendig med et vesentlig høyere tilbakeløpsforhold for middelstrvkkkolonnen, ville dette måtte oppnås ved å redusere nitrogenprodukt fra denne kolonnen og derved redusere nitrogenpro-duktgjenvinning fra råstoffet til denne middelstrykk-kolonne. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er et resultat av kombinasjonen av forskjellige matestrømmer til separate kolonner som arbeider ved forskjellige trykk, slik at hver kolonne fremstiller nitrogenprodukt, representert ved punktet N, ved en effektiv gjenvinning.
En fordel ved utførelsesformen i fig. 2 kan illustreres
ved posisjonen for linjene L og M som representerer tilbake-løpsf orholdene for de to deler av middelstrykkolonnen. Tilsetning av noe dampformig luftråstoffer til middelstrykk-kolonnen tillater et høyere tilbakeløpsforhold i bunndelen og tillater derfor lavere tilbakeløpsforhold i toppdelen av middelstrykkol onnen , uten at dette er til hindre for driften. Produktet fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er nitrogen under forhøyet trykk. Generelt vil dette nitrogen gjenvinnes med en renhet på minst 99 mol-%. Ikke-oksygen gass slik som argon, er inkludert i renhetsberegningene som nitrogen. Fortrinnsvis gjenvinnes nitrogen med en renhet på minst 99,5% og aller helst minst 99,9%. Videre kan noe nitrogen, opp til 5% av produktet, gjenvinnes som væske hvis noe av tilbakeløpsstrømmen 23 og/eller tilbakeløps-strømmen 34 ikke er nødvendig for å oppnå det ønskede tilbake-løpsf orhold i den angjeldende kolonnen.
I en annen prosessvariant kan enten en eller begge oksygenanrikede flytende strømmer 15 og 26 fra kolonnene underkjøles mot oksygen spillstrømmen og/eller produkt nitrogenstrøm-mene. Dette kan forbedre prosessens effektivitet.
I ytterligere en prosessvariant kan noe mateluft benyttes
for overheting av spill- og produktstrømmer og den resulterende kondenserte mateluft, som kan være fra 1 til 3% av den totale tilmatning, innføres til kolonnene på et mellom-liggende punkt.
I ytterligere en prosessvariant, kan spilloksygen anriket strøm 36 holdes under trykk og høytrykks nitrogen produktet kan ekspanderes til middels trykk for å oppnå anleggsavkjøl-ing .
I en ytterligere prosessvariant kan luft deoverheteren benytte ikke-reverserende eller primære varmevekslere for å avkjøle mateluften mot returstrømmer. Et slikt prosessarrangement kan benytte de velkjente teknikker med varmende- eller omgivelsestemperatur adsorbsjonsrensing av mateluften. Anleggs-avkjøling kan fremdeles oppnås ved hjelp av luft, produktnitrogen eller spilloksygen ekspansjon.
Slik det lett erkjennes, kan man videre gjenvinne spilloksygen strømmene som et oksygenprodukt med lavere renhet.
Ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan man effektivt fremstille store mengder nitrogen ved høyt trykk og med høy gjenvinning. Selv om fremgangsmåten er beskrevet i detalj under henvisning til spesifike utførelsesformer, vil fagmannen erkjenne at det er mange andre utførelsesformer som omfattes av oppfinnelsens ramme.
Claims (7)
1.
Fremgangsmåte for fremstilling av nitrogengass med et trykk over det atmosfæriske ved separeringen av luft ved rektifisering omfattende: innføring av renset, avkjølt mateluft med et trykk over det atmosfæriske til en høytrykkskolonne som arbeider ved et trykk fra ca. 5,6-21,1 kg/cm 2; separering av mateluften ved rektifisering i høytrykkskolonnen til en første, nitrogenrik dampfraksjon og en første, oksygenanriket væskefraksjon; kondensering av en andel av den første nitrogenrike damp-fraksjon ved indirekte varmeveksling med den første oksygenanrikede væskefraksjon for derved å oppnå en første nitrogenrik væskeandel og en første oksygenanriket dampfraksjon; og anvende den første nitrogenrike væskeandel som flytende tilbakeløp for høytrykkskolonnen; innføring av den første oksygenanrikede dampfraksjon til en middeltrykkskolonne som arbeider ved et trykk lavere enn det til høytrykkskolonnen, på ca. 2,8 til 10,5/cm 2; separering av den første anrikede dampfraksjon ved rektifisering i middeltrykkskolonnnen til en andre nitrogenrik damp-fraksjon og en andre oksygenanriket væskefraksjon;karakterisert ved gjenvinning av 20-60% både av den første og den andre nitrogenrike dampfraksjon; kondensering av en andel av den andre nitrogenrike dampfraksjon ved indirekte varmeveksling med den andre oksygenanrikede væskefraksjon for derved å oppnå en andre nitrogenrik væskeandel og en andre oksygenanriket dampfraksjon; og anvende den andre nitrogenrike væskeandel som flytende til-bakeløp for middeltrykkskolonnen samt å fjerne den andre oksygenanrikede dampfraksjon fra prosessen.
2.
Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en andel av den første nitrogenrike, flytende andel gjenvinnes som flytende produkt nitrogen.
3.
Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at en andel av den andre flytende nitrogenrike andel gjenvinnes som flytende produktnitrogen.
4.
Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre oksygenanrikede dampfraksjon oppvarmes og ekspanderes før fjerning fra prosessen.
5.
Fremgangsmåte ifølge "rkrav 1 , karakterisert ved at fra ca. 30 til 50% av den første nitrogenrike damp-fraksjon gjenvinnes som høytrykks nitrogengass.
6.
Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at minst noe av den andre oksygenanrikede dampfraksjon gjenvinnes som produktoksygen med lavere renhet.
7.
Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at minst noe av den første nitrogenrike dampfraksjon som gjenvinnes som produkt nitrogengass, ekspanderes før gjenvinning.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/446,235 US4439220A (en) | 1982-12-02 | 1982-12-02 | Dual column high pressure nitrogen process |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO834445L NO834445L (no) | 1984-06-04 |
| NO158116B true NO158116B (no) | 1988-04-06 |
| NO158116C NO158116C (no) | 1988-07-13 |
Family
ID=23771831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO834445A NO158116C (no) | 1982-12-02 | 1983-12-02 | Fremstilling av nitrogen ved kryogenseparering av luft. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4439220A (no) |
| CA (1) | CA1212036A (no) |
| DK (1) | DK161085C (no) |
| GB (1) | GB2131148B (no) |
| NL (1) | NL190877C (no) |
| NO (1) | NO158116C (no) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US4582518A (en) * | 1984-09-26 | 1986-04-15 | Erickson Donald C | Nitrogen production by low energy distillation |
| DE3528374A1 (de) * | 1985-08-07 | 1987-02-12 | Linde Ag | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von stickstoff mit ueberatmosphaerischem druck |
| US4957524A (en) * | 1989-05-15 | 1990-09-18 | Union Carbide Corporation | Air separation process with improved reboiler liquid cleaning circuit |
| US5006137A (en) * | 1990-03-09 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Nitrogen generator with dual reboiler/condensers in the low pressure distillation column |
| US5074898A (en) * | 1990-04-03 | 1991-12-24 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Cryogenic air separation method for the production of oxygen and medium pressure nitrogen |
| US5077978A (en) * | 1990-06-12 | 1992-01-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic process for the separation of air to produce moderate pressure nitrogen |
| US5069699A (en) * | 1990-09-20 | 1991-12-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Triple distillation column nitrogen generator with plural reboiler/condensers |
| US5098457A (en) * | 1991-01-22 | 1992-03-24 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Method and apparatus for producing elevated pressure nitrogen |
| US5195324A (en) * | 1992-03-19 | 1993-03-23 | Prazair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing nitrogen and ultra high purity oxygen |
| US5697229A (en) * | 1996-08-07 | 1997-12-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process to produce nitrogen using a double column plus an auxiliary low pressure separation zone |
| US5682762A (en) * | 1996-10-01 | 1997-11-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process to produce high pressure nitrogen using a high pressure column and one or more lower pressure columns |
| 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 |
| US5934104A (en) * | 1998-06-02 | 1999-08-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Multiple column nitrogen generators with oxygen coproduction |
| DE10058332A1 (de) * | 2000-11-24 | 2002-05-29 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff und Stickstoff |
| US6494060B1 (en) * | 2001-12-04 | 2002-12-17 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing high purity nitrogen using high pressure turboexpansion |
| US6499312B1 (en) | 2001-12-04 | 2002-12-31 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing high purity nitrogen |
| US8020408B2 (en) * | 2006-12-06 | 2011-09-20 | Praxair Technology, Inc. | Separation method and apparatus |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2873583A (en) * | 1954-05-04 | 1959-02-17 | Union Carbide Corp | Dual pressure cycle for air separation |
| US3210947A (en) * | 1961-04-03 | 1965-10-12 | Union Carbide Corp | Process for purifying gaseous streams by rectification |
| US3203193A (en) * | 1963-02-06 | 1965-08-31 | Petrocarbon Dev Ltd | Production of nitrogen |
| US3217502A (en) * | 1963-04-22 | 1965-11-16 | Hydrocarbon Research Inc | Liquefaction of air |
| US3270514A (en) * | 1963-04-23 | 1966-09-06 | Gas Equipment Engineering Corp | Separation of gas mixtures |
| US3348385A (en) * | 1964-12-23 | 1967-10-24 | Gas Equipment Engineering Corp | Separation of gas mixtures |
| GB1180904A (en) * | 1966-06-01 | 1970-02-11 | British Oxygen Co Ltd | Air Separation Process. |
| US3375673A (en) * | 1966-06-22 | 1968-04-02 | Hydrocarbon Research Inc | Air separation process employing work expansion of high and low pressure nitrogen |
| FR2064440B1 (no) * | 1969-10-20 | 1973-11-23 | Kobe Steel Ltd | |
| GB1576910A (en) * | 1978-05-12 | 1980-10-15 | Air Prod & Chem | Process and apparatus for producing gaseous nitrogen |
-
1982
- 1982-12-02 US US06/446,235 patent/US4439220A/en not_active Expired - Fee Related
-
1983
- 1983-10-20 CA CA000439377A patent/CA1212036A/en not_active Expired
- 1983-12-01 NL NL8304119A patent/NL190877C/xx not_active IP Right Cessation
- 1983-12-02 DK DK556183A patent/DK161085C/da active
- 1983-12-02 NO NO834445A patent/NO158116C/no unknown
- 1983-12-02 GB GB08332197A patent/GB2131148B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1212036A (en) | 1986-09-30 |
| GB2131148A (en) | 1984-06-13 |
| DK556183A (da) | 1984-06-03 |
| NL190877C (nl) | 1994-10-03 |
| NO158116C (no) | 1988-07-13 |
| NO834445L (no) | 1984-06-04 |
| US4439220A (en) | 1984-03-27 |
| NL190877B (nl) | 1994-05-02 |
| GB2131148B (en) | 1986-03-26 |
| DK161085B (da) | 1991-05-27 |
| NL8304119A (nl) | 1984-07-02 |
| GB8332197D0 (en) | 1984-01-11 |
| DK556183D0 (da) | 1983-12-02 |
| DK161085C (da) | 1991-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4448595A (en) | Split column multiple condenser-reboiler air separation process | |
| US5098457A (en) | Method and apparatus for producing elevated pressure nitrogen | |
| CA1156924A (en) | Process for the production of high pressure oxygen gas | |
| NO176221B (no) | Fremgangsmåte for ökning av argongjenvinning fra en blanding, f.eks. luft | |
| US4560397A (en) | Process to produce ultrahigh purity oxygen | |
| EP0231949B1 (en) | Process to separate nitrogen and methane | |
| EP0183446B2 (en) | Nitrogen generation | |
| DK161084B (da) | Fremgangsmaade til fremstilling af nitrogengas ved overatmosfaerisk tryk | |
| US4439220A (en) | Dual column high pressure nitrogen process | |
| KR910004123B1 (ko) | 변형된 단일 증류탑 질소 발생기를 이용한 공기분리 방법 | |
| JPH08210769A (ja) | 低純度酸素生成のための側コラム付き極低温精留システム | |
| KR100190360B1 (ko) | 열집적 아르곤 컬럼에 의한 저온 정류 시스템 | |
| JPH0618164A (ja) | 3塔式極低温精留システム | |
| US3373574A (en) | Recovery of c hydrocarbons from gas mixtures containing hydrogen | |
| KR100313616B1 (ko) | 산소를 동시에 생성하는 복수 개의 증류탑으로된 질소 발생기의극저온 공기 증류 방법 | |
| PL183332B1 (pl) | Sposób i instalacja do oddzielania powietrza | |
| EP0169679B1 (en) | Air separation process | |
| EP0222026B1 (en) | Process to produce an oxygen-free krypton-xenon concentrate | |
| CA2092454C (en) | High recovery cryogenic rectification system | |
| US4604117A (en) | Hybrid nitrogen generator with auxiliary column drive | |
| JPH067601A (ja) | 多成分流の分離方法 | |
| US6082137A (en) | Separation of air | |
| KR100400072B1 (ko) | 일체식 생성물 보일러를 갖춘 극저온 정류 장치 및 기체 생성물을 생성하기 위한 극저온 정류 방법 | |
| NO155828B (no) | Fremgangsmaate for separering av luft ved rektifisering. | |
| NO172533B (no) | Fremgangsmaate for separasjon av nitrogen og metan |