PL185432B1

PL185432B1 - Sposób i urządzenie do rozdzielania powietrza

Info

Publication number: PL185432B1
Application number: PL97319928A
Authority: PL
Inventors: Joseph P. Naumovitz; Charles M. Brooks
Original assignee: Boc Group Inc
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2003-05-30
Also published as: CN1117260C; AU1773397A; US5689973A; IL120550A0; KR970075808A; AU737791B2; TW355146B; PL319928A1; TR199700338A2; IL120550A; DE69709234T2; ID19527A; MY115081A; JP3940461B2; EP0807792A3; CA2202010C; ATE211248T1; EP0807792A2; JPH1047853A; DE69709234D1

Abstract

1 . Sposób rozdzielania powietrza, w którym schladza sie sprezony i oczyszczony strum ien powietrza do tempe- ratury odpowiedniej do przeprowadzenia jego destylacji frakcyjnej, po czym przeprowadza sie destylacje frakcyjna strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary za- wierajacej tlen ubogiej w ciezkie skladniki, znamienny tym, ze dzieli sie frakcje pary (46) zawierajaca tlen na dwa podrzedne strumienie (48, 50), oraz osobno skrapla sie dwa podrzedne strum ienie (48, 50), któ re poddaje s ie operacji odpedzenia w kolum nie odpedow ej (14) lekkich skladników strumienia powietrza, przez co tworzy sie ciekly tlen (60) o bardzo wysokiej czystosci przy spodzie kolumny wewnatrz kolumny odpedowej (14), a jeden z dwóch podrzednych strum ieni (48) skrapla sie przez posrednia wymiane ciepla ze spodam i kolumny odpedo- wej (14), przez co tworzy sie wrzatek wewnatrz kolumny odpedowej (14). 6 Urzadzenie do rozdzielania powietrza, zawierajace zespól wymiennika ciepla do schladzania sprezonego i oczyszczonego strumienia powietrza do tem peratury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej, zespól do przeprowadzania destylacji frakcyjnej strum ie- nia powietrza w celu utworzenia frakcji pary zawierajacej tlen ubogiej w ciezkie zanieczyszczenia oraz kolumne odpedowa, znamienne tym, ze kolumna odpedowa (14) posiada reboiler (52) w swoim dolnym obszarze dla utwo- rzenia wrzatku wewnatrz kolumny odpedowej (14), a reboiler (52) polaczony jest z zespolem do przeprowa- dzania destylacji frakcyjnej do kierowania... PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób i urządzenie do rozdzielania powietrza, w którym powietrze jest rozdzielane w celu utworzenia produktu ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości. Uszczegóławiając, niniejszy wynalazek dotyczy takiego sposobu i urządzenia, w którym powietrze jest rozdzielane w pojedynczej kolumnie generatora azotowego w celu utworzenia frakcji pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki powietrza, która, po skropleniu, jest poddawana operacji odpędzania („stripping”) lekkich składników w kolumnie odpędowej. Dalej uszczegóławiając, niniejszy wynalazek dotyczy takiego sposobu

185 432 i urządzenia, w którym frakcja pary zawierająca tlen jest dzielona na dwa podrzędne strumienie, które są skraplane, odpowiednio, w reboilerze umieszczonym wewnątrz kolumny odpędowej, oraz w czołowym kondensatorze pojedynczej kolumny generatora azotowego.

Znane jest w dziedzinie rozdzielanie powietrza w celu utworzenia frakcji bogatej w tlen, która jest uboga w ciężkie składniki takie, jak dwutlenek węgla, woda i węglowodory, a następnie w celu poddania ciekłego strumienia, złożonego z frakcji bogatej w tlen, operacji odpędzania lekkich składników takich, jak azot, argon, neon, krypton, oraz hel. Na przykład, opis patentowy US 5,049,173 ujawnia generator azotowy z pojedynczą kolumną, według którego ciekły strumień jest wycofywany z generatora azotowego w takim miejscu, w którym ciekły strumień jest złożony z cieczy bogatej w tlen ubogiej w ciężkie składniki. Ciekły strumień jest następnie poddawany operacji odpędzania wewnątrz kolumny odpędowej poprzez wprowadzenie cieczy od górnej części kolumny w celu utworzenia opadającej fazy ciekłej, która zostaje wzbogacona w ciekły tlen oraz dalej pozbawiona lekkich składników.

Opis patentowy US 5,049,173 ujawnia także sposób oczyszczania strumienia pary zawierającej tlen usuwanego z wysokociśnieniowej kolumny dwukolumnowej jednostki destylacyjnej. Strumień pary zawierającej tlen jest następnie skraplany w reboilerze kolumny odpędowej przez poddaniem go operacji odpędzania. W celu wyekstrahowania cieczy z kolumny odpędowej, ciekły azot musi zostać dodany do kolumny odpędowej. Problem przy dodawaniu cieczy złożonej z azotu do skroplonego strumienia pary, zawierającej tlen jest taki, że kolumna odpędowa musi mieć odpowiednie wymiary w celu poddania operacji odpędzania wypadkowego połączonego strumienia o mniejszej czystości niż ciekły strumień złożony z cieczy bogatej w tlen. Co więcej, produkcja azotu będzie pomniejszona w bezpośredni sposób o usunięty ciekły azot.

Jak to zostanie objaśnione, niniejszy wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do rozdzielania powietrza, w którym strumień pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki jest skraplany i poddawany operacji odpędzania wewnątrz kolumny odpędowej bez dodawania strumienia ciekłego azotu w celu orosienia kolumny odpędowej.

Sposób rozdzielania powietrza, w którym schładza się sprężony i oczyszczony strumień powietrza do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia jego destylacji frakcyjnej, po czym przeprowadza się destylację frakcyjną strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dzieli się frakcję pary zawierającą tlen na dwa podrzędne strumienie, oraz osobno skrapla się dwa podrzędne strumienie, które poddaje się operacji odpędzenia w kolumnie odpędowej lekkich składników strumienia powietrza, przez co tworzy się ciekły tlen o bardzo wysokiej czystości przy spodzie kolumny wewnątrz kolumny odpędowej. Jeden z dwóch podrzędnych strumieni skrapla się przez pośrednią wymianę ciepła ze spodami kolumny odpędowej, przez co tworzy się wrzątek wewnątrz kolumny odpędowej.

Korzystnie strumień powietrza destyluje się frakcyjnie wewnątrz pojedynczej kolumny generatora azotowego dla utworzenia się strumienia produktu azotowego, skrapla się część strumienia produktu azotowego w czołowym kondensatorze połączonym z pojedynczą kolumną generatora azotowego dla utworzenia orosienia pojedynczej kolumny generatora azotowego, oraz ogrzewa się całkowicie pozostałą część strumienia produktu azotowego, a drugi z dwóch podrzędnych strumieni skrapla się wewnątrz czołowego kondensatora.

Czynnik schładzający dla czołowego kondensatora wytwarza się przez wyekstrahowanie ciekłego strumienia z pojedynczej kolumny generatora azotowego oraz rozprężenie zaworowe ciekłego strumienia. Ciekły strumień odparowuje się wewnątrz czołowego kondensatora, po czym spręża się go ponownie do ciśnienia kolumny pojedynczej kolumny generatora azotowego, schładza się do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej oraz ponownie wprowadza się do pojedynczej kolumny generatora azotowego.

Korzystnie dostarcza się dodatkowy czynnik chłodzący do czołowego kondensatora poprzez wycofanie ciekłego strumienia bogatego w tlen z dolnego obszaru pojedynczej kolumny generatora azotowego oraz rozpręża się zaworowo ciekły strumień bogaty w tlen, odparowuje się ciekły strumień bogaty w tlen wewnątrz czołowego kondensatora oraz częściowo ogrzewa się odparowany ciekły strumień bogaty w tlen, po czym przeprowadza się turborozprężenie

185 432 ciekłego strumienia bogatego w tlen dla utworzenia strumienia czynnika chłodniczego, oraz całkowicie ogrzewa się strumień czynnika chłodniczego przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza, aby zapewnić chłodzenie.

Korzystnie ogrzewa się całkowicie górę odpędowej kolumny razem ze strumieniem czynnika chłodniczego oraz pozostałą częścią strumienia produktu azotowego przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza.

Urządzenie do rozdzielania powietrza, zawierające zespół wymiennika ciepła do schładzania sprężonego i oczyszczonego strumienia powietrza do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej, zespół do przeprowadzania destylacji frakcyjnej strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie zanieczyszczenia, oraz kolumnę odpędową według wynalazku charakteryzuje się tym, że kolumna odpędowa posiada reboiler w swoim dolnym obszarze dla utworzenia wrzątku wewnątrz kolumny odpędowej. Reboiler połączony jest z zespołem do przeprowadzania destylacji frakcyjnej do kierowania jednego z dwóch podrzędnych strumieni zawierającego frakcje pary zawierającej tlen do reboilera dla skraplania się wewnątrz niego, a zespół skraplający połączony jest także z zespołem do przeprowadzania destylacji frakcyjnej do kierowania drugiego z dwóch podrzędnych strumieni do skraplania się wewnątrz niego. Zespół skraplający oraz reboiler połączone są z górnym obszarem kolumny odpędowej do wprowadzania dwóch podrzędnych strumieni do wewnątrz kolumny odpędowej, a wylot dla ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości usytuowany jest w dolnym obszarze kolumny odpędowej.

Zespół do przeprowadzania destylacji frakcyjnej zawiera pojedynczą kolumnę generatora azotowego dla utworzenia strumienia produktu azotowego, a czołowy kondensator jest połączony z pierwszym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego do skraplania części strumienia produktu azotowego jako orosienie dla pojedynczej kolumny generatora azotowego. Czołowy kondensator połączony jest z drugim wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego do otrzymania drugiego z dwóch podrzędnych strumieni i działała jako zespół skraplający, zaś zespół wymiennika ciepła połączony jest z pierwszym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego dla otrzymania pozostałej części strumienia produktu azotowego.

Korzystnie czołowy kondensator jest połączony z trzecim wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego, dla przyjmowania z niego ciekłego strumienia jako czynnika schładzającego dla czołowego kondensatora, a ciekły strumień jest w ten sposób odparowywany wewnątrz czołowego kondensatora. Zawór rozprężania jest umieszczony pomiędzy czołowym kondensatorem, a pojedynczą kolumną generatora azotowego dla rozprężania zaworowego ciekłego strumienia. Sprężarka wtórnego cyklu jest połączona z czołowym kondensatorem dla ponownego sprężenia ciekłego strumienia po odparowaniu do ciśnienia w pojedynczej kolumnie generatora azotowego, a zespół wymiennika ciepła schładza ciekły strumień po jego odparowaniu oraz ponownym sprężeniu do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej. Pojedyncza kolumna generatora azotowego jest połączona z zespołem wymiennika ciepła przez co ciekły strumień po schłodzeniu jest ponownie wprowadzony do pojedynczej kolumny generatora azotowego.

Korzystnie czołowy kondensator jest połączony z czwartym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego dla otrzymania ciekłego strumienia bogatego w tlen z pojedynczej kolumny generatora azotowego. Kolejny zawór rozprężania umieszczony jest pomiędzy czołowym kondensatorem a pojedynczą kolumną generatora azotowego dla rozprężania zaworowego ciekłego strumienia bogatego w tlen. Zespół wymiennika ciepła wyposażony jest w zimny koniec do otrzymywania odparowanego ciekłego strumienia bogatego w tlen, a turborozprężarka połączona jest z gorącym końcem zespołu wymiennika ciepła dla otrzymania ciekłego strumienia bogatego w tlen i dla otrzymywania turborozprężonego czynnika chłodniczego, a zespół wymiennika ciepła połączony jest dla otrzymania czynnika chłodniczego do pośredniej wymiany ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza.

Ponadto zespół wymiennika ciepła połączony jest do góry kolumny odpędowej razem ze strumieniem czynnika chłodniczego oraz pozostałą częścią strumienia produktu azotowego dla pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem sprężonego i oczyszczonego powietrza.

185 432

Niniejszy wynalazek może być stosowany w przypadku generatora azotowego o pojedynczej kolumnie, który jest zintegrowany z kolumną odpędową ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości posiadającą reboiler. Ponieważ oba ciekłe strumienie są osobno skraplane, kolumna odpędowa powinna być przewidziana jedynie do poddawania operacji odpędzania frakcji bogatej w tlen, a nie frakcji bogatej w tlen połączonej z azotem. Co więcej, w przypadku generatora azotowego, drugi podrzędny strumień może być skraplany wewnątrz czołowego kondensatora stosowanego w połączeniu z nim. Zmniejszy to oczywiście produkcję azotu. Jednakże, taki spadek będzie mniejszy niż byłby w przypadku, gdyby ciekły azot był usuwany, ponieważ to czynnik chłodzący, zazwyczaj ciecz bogata w tlen, skrapla ten podrzędny strumień zamiast cieczy. Stąd, produkcja azotu nie jest tak zubożona, jak w uprzednich rozwiązaniach oczyszczania tlenu, gdzie pożądane jest usuwanie frakcji pary zawierającej tlen do dalszego oczyszczania wewnątrz kolumny odpędowej.

Azot o wysokiej czystości posiada zawartość zanieczyszczeń mniejszą niż 100 części na miliard na objętości tlenu. Ciekły tlen o bardzo wysokiej czystości jest tlenem posiadającym zawartość zanieczyszczeń mniejszą niż około 100 części na miliard (zanieczyszczeń innych niż tlen) na objętość. Termin „całkowicie ogrzany” oznacza ogrzany do temperatury ciepłego końca głównego wymiennika ciepła lub zespołu głównego wymiennika ciepła. Termin „całkowicie schłodzony” oznacza schłodzony do temperatury zimnego końca głównego wymiennika ciepła lub zespołu wymiennika ciepła. Terminy „częściowo ogrzany” lub „częściowo schłodzony” oznaczają ogrzany lub schłodzony do temperatury pomiędzy końcami ciepłym i zimnym głównego wymiennika ciepła lub zespołu wymiennika ciepła. Ponadto termin „lekkie składniki” oznacza, choć nie ogranicza się do azotu, argonu, neonu, helu i wodoru, zaś termin „ciężkie składniki” oznacza, choć nie ogranicza się do dwutlenku węgla, wody, kryptonu oraz węglowodorów.

Przykład wykonania wynalazku zostanie uwidoczniony na rysunku, na którym przedstawiony jest schemat urządzenia oraz sposób jego zastosowania według niniejszego wynalazku.

W sposobie rozdzielania powietrza, według wynalazku schładza się sprężony i oczyszczony strumień powietrza do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia jego destylacji frakcyjnej, po czym przeprowadza się destylację frakcyjną strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary 46 zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki. Dzieli się frakcję pary 46 zawierającą tlen na dwa podrzędne strumienie 48, 50, oraz osobno skrapla się dwa podrzędne strumienie 48, 50, które poddaje się operacji odpędzenia w kolumnie odpędowej 14 lekkich składników strumienia powietrza, przez co tworzy się ciekły tlen 60 o bardzo wysokiej czystości przy spodzie kolumny wewnątrz kolumny odpędowej 14, a jeden z dwóch podrzędnych strumieni 48 skrapla się przez pośrednią wymianę ciepła ze spodami kolumny odpędowej 14, przez co tworzy się wrzątek wewnątrz kolumny odpędowej 14.

Strumień powietrza destyluje się frakcyjnie wewnątrz pojedynczej kolumny generatora azotowego 12 dla utworzenia się strumienia produktu azotowego 18, skrapla się część strumienia produktu azotowego w czołowym kondensatorze 22 połączonym z pojedynczą kolumną generatora azotowego 12 dla utworzenia orosienia pojedynczej kolumny generatora azotowego 12. Ogrzewa się całkowicie pozostałą część 24 strumienia produktu azotowego 18, a drugi 50 z dwóch podrzędnych strumieni skrapla się wewnątrz czołowego kondensatora 22.

Ponadto czynnik schładzający dla czołowego kondensatora 22 wytwarza się przez wyekstrahowanie ciekłego strumienia 26 z pojedynczej kolumny generatora azotowego 12 oraz rozprężenie zaworowe ciekłego strumienia 26. Ciekły strumień 26 odparowuje się wewnątrz czołowego kondensatora 22, po czym spręża się go ponownie do ciśnienia kolumny pojedynczej kolumny generatora azotowego 12, schładza się do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej oraz ponownie wprowadza się do pojedynczej kolumny generatora azotowego 12.

W sposobie według wynalazku dostarcza się dodatkowy czynnik chłodzący do czołowego kondensatora 22 poprzez wycofanie ciekłego strumienia bogatego w tlen 28 z dolnego obszaru pojedynczej kolumny generatora azotowego 12 oraz rozpręża się zaworo wo ciekły strumień bogaty w tlen 28, odparowuje się ciekły strumień bogaty w tlen 28 wewnątrz czoło185 432 wego kondensatora 22 oraz częściowo ogrzewa się odparowany ciekły strumień bogaty w tlen. Przeprowadza się turborozprężenie ciekłego strumienia bogatego w tlen 28 dla utworzenia strumienia czynnika chłodniczego 40 i całkowicie ogrzewa się strumień czynnika chłodniczego 40 przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza, aby zapewnić chłodzenie.

Ponadto ogrzewa się całkowicie górę odpędowej kolumny 14 razem ze strumieniem czynnika chłodniczego 40 oraz pozostałą częścią 24 strumienia produktu azotowego przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza.

Na rysunku, zostało zilustrowane urządzenie do rozdzielania powietrza 1, które jest przeznaczone do rozdzielania powietrza na frakcję azotu o wysokiej czystości oraz frakcję ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości. Powietrze po sprężeniu oraz oczyszczeniu w znany sposób, jest schładzane w zespole wymiennika ciepła 10 do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia jego destylacji frakcyjnej, która to temperatura znajduje się w punkcie lub w pobliżu punktu rosy powietrza. Powietrze jest następnie destylowane frakcyjnie wewnątrz pojedynczej kolumny generatora azotowego 12 na frakcję bogatą w azot o wysokiej czystości przy pułapie kolumny oraz frakcję cieczy wzbogaconej w tlen na jej spodzie. Frakcja pary zawierającej tlen jest usuwana z pojedynczej kolumny generatora azotu 12 w takim miejscu, w którym taka frakcja pary będzie uboga w ciężkie składniki. Po skropleniu, takie frakcje pary zostają poddane operacji odpędzania wewnątrz kolumny odpędowej 14 w celu utworzenia ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości. Warto wspomnieć, że niniejszy wynalazek nie ogranicza się do generatorów azotu z pojedynczą kolumną, oraz że w istocie może być stosowany także w urządzeniach o zwiększonej liczbie kolumn. Po opisaniu zasadniczego działania urządzenia 1, następuje bardziej szczegółowy opis.

Strumień sprężonego i oczyszczonego powietrza 16, który, jak to zostało wspomniane powyżej, jest schładzany wewnątrz zespołu wymiennika ciepła 10, jest tworzony przez sprężenie powietrza, odprowadzenie ciepła sprężenia oraz następnie oczyszczenie powietrza z cięższych składników takich, jak dwutlenek węgla, wilgoć oraz węglowodory. Należy jednakże zauważyć, że nawet po takim oczyszczeniu, pewne ciężkie składniki nadal istnieją w strumieniu sprężonego i oczyszczonego powietrza 16 oraz będą koncentrować się w ciekłych frakcjach utworzonych z jego destylacji frakcyjnej.

Strumień sprężonego i oczyszczonego powietrza 16 jest następnie wprowadzany do pojedynczej kolumny generatora azotu 12. Pojedyncza kolumna generatora azotu 12 zawiera elementy stykające ciecz z parą takie, jak wypełnianie talerzowe, losowe lub strukturalne w celu destylowania frakcyjnego powietrza na frakcje o wysokiej czystości bogatą w azot oraz ciekłą wzbogaconą, w tlen. Utworzony zostaje strumień produktu azotowego 18, który jest złożony z frakcji o wysokiej czystości bogatej w azot. Część 20 strumienia produktu azotowego 18 jest skraplana wewnątrz czołowego kondensatora 22, a następnie jest wprowadzana z powrotem do cyklu do pojedynczej kolumny generatora azotu 12, jako orosienie. Pod tym względem, czołowy kondensator 22 jest pojedynczą jednostką przechodzenia konstrukcji płytkowo-żeberkowej. Druga część 24 strumienia produktu azotowego 18 jest całkowicie ogrzewana wewnątrz zespołu wymiennika ciepła 10, z którego ona wyprowadzana przy temperaturach otoczenia, jako produkt azotowy (PGN).

Czynnik chłodzący jest dostarczany do czołowego kondensatora 22 poprzez usuwanie strumienia ciekłego powietrza 26 oraz strumienia wzbogaconego w ciekły tlen 28. Strumień ciekłego powietrza 26 oraz strumień wzbogacony w tlen 28 są rozprężane zaworowo w zaworach, odpowiednio, 30 i 32, oraz są odparowywane wewnątrz czołowego kondensatora 22. Odparowany strumień ciekłego powietrza 26 jest ponownie sprężany wewnątrz sprężarki wtórnego cyklu 34 do ciśnienia działania pojedynczej kolumny generatora azotowego 12 w celu utworzenia strumienia wtórnego cyklu 36, który po częściowym schłodzeniu wewnątrz zespołu wymiennika ciepła 10, jest wprowadzany do dolnego obszaru pojedynczej kolumny generatora azotowego 12. W zilustrowanym przykładzie wykonania, strumień wtórnego cyklu 36 nie jest całkowicie schładzany tak, aby zapobiec skropleniu. Ciekły strumień bogaty w tlen 28 po odparowaniu jest wprowadzany do turborozprężarki 38 w celu utworzenia strumienia czynnika chłodniczego 40. Strumień czynnika chłodniczego 40 może być połączony z innymi

185 432 zbytecznymi strumieniami, a następnie całkowicie ogrzany wewnątrz zespołu głównego wymiennika ciepła 10, jako strumień odpadowego azotu 42. Takie ogrzewanie zmniejsza zawartość cieplną wchodzącego powietrza w celu wyrównania zjawisk nieodwracalnych takich, jak ucieczka ciepła występująca w urządzeniu do rozdzielania powietrza 1. Sprężarka wtórnego cyklu 34 oraz turborozprężarka 38 mogą być sprzężone przez hamulec olejowy rozpraszający energię lub generator lub tym podobny element tak, aby część energii rozprężania mogła zostać odzyskana w celu wspomożenia sprężarki wtórnego cyklu 34.

Należy zauważyć, że możliwe są przykłady wykonania zgodne z niniejszym wynalazkiem, które stosują ciekły strumień posiadający taki sam skład, jak ciekły strumień bogaty w tlen 28, jako pojedynczy czynnik chłodzący dla czołowego kondensatora 22, oraz który jest następnie wprowadzany ponownie do cyklu do kolumny. Jednakże, zilustrowane zastosowanie odparowanego strumienia ciekłego powietrza 26 jest szczególnie korzystne, ponieważ ma on wyższą zawartość azotu, niż ciekły strumień bogaty w tlen 28. Posiada on zatem wyższe ciśnienie punktu rosy dla tej samej temperatury cieczy bogatej w tlen. W związku z tym, ciśnienie dostarczania odparowanego strumienia ciekłego powietrza 26 do sprężarki jest wyższe, oraz stąd, większy przepływ może zostać sprężony przy tej samej ilości pracy. To zwiększenie przepływu umożliwia wzrost akcji pompowania ciepła, która wzmaga odzyskiwanie względem tego, które byłoby uzyskiwane przy ponownym wprowadzaniu do obiegu ciekłego strumienia bogatego w tlen 28 oraz zawróceniu do kolumny. Co więcej, skład odparowanego strumienia ciekłego powietrza 26 jest zbliżony do składu pary równowagowej w zbiorniku ściekowym kolumny. Umożliwia to bardziej odwracalne działanie spodu kolumny niż w uprzednich rozwiązaniach w dziedzinie.

Frakcja pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki jest wycofywana z pojedynczej kolumny generatora azotowego 12, jako strumień pary zawierającej tlen 46, który jest dzielony na dwa podrzędne strumienie 48 i 50. Podrzędny strumień 48 jest skraplany poprzez przejście przez reboiler 52 umieszczony wewnątrz dolnego obszaru 54 kolumny odpędowej 14. Zapewnia to kolumnie odpędowej 14 zagotowanie. Następnie obniżane jest ciśnienie powstałego kondensatu poprzez zawór redukujący ciśnienie 56. Drugi z dwóch podrzędnych strumieni 50 jest skraplany wewnątrz czołowego kondensatora 22, a następnie obniżane jest jego ciśnienie poprzez zawór redukujący ciśnienie 58. Dwa podrzędne strumienie 48 i 50 są łączone, a następnie wprowadzane do kolumny odpędowej 14 w celu poddania ich operacji odpędzania, oraz w ten sposób utworzenia ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości, jako strumienia produktu ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości 60.

Chociaż niniejszy wynalazek został opisany w odniesieniu do korzystnego przykładu wykonania, to jednak możliwe są liczne zmiany, dodatki oraz pominięcia, które mogą zaistnieć bez odchodzenia od idei i zakresu niniejszego wynalazku.

Claims

1. Sposób rozdzielania powietrza, w którym schładza się sprężony i oczyszczony strumień powietrza do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia jego destylacji frakcyjnej, po czym przeprowadza się destylację frakcyjną strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie składniki, znamienny tym, że dzieli się frakcję pary (46) zawierającą tlen na dwa podrzędne strumienie (48, 50), oraz osobno skrapla się dwa podrzędne strumienie (48, 50), które poddaje się operacji odpędzenia w kolumnie odpędowej (14) lekkich składników strumienia powietrza, przez co tworzy się ciekły tlen (60) o bardzo wysokiej czystości przy spodzie kolumny wewnątrz kolumny odpędowej (14), a jeden z dwóch podrzędnych strumieni (48) skrapla się przez pośrednią wymianę ciepła ze spodami kolumny odpędowej (14), przez co tworzy się wrzątek wewnątrz kolumny odpędowej (14).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień powietrza destyluje się frakcyjnie wewnątrz pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) dla utworzenia się strumienia produktu azotowego (18), skrapla się część strumienia produktu azotowego w czołowym kondensatorze (22) połączonym z pojedynczą kolumną generatora azotowego (12) dla utworzenia orosienia pojedynczej kolumny generatora azotowego (12), oraz ogrzewa się całkowicie pozostałą część (24) strumienia produktu azotowego (18), a drugi (50) z dwóch podrzędnych strumieni skrapla się wewnątrz czołowego kondensatora (22).

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że czynnik schładzający dla czołowego kondensatora (22) wytwarza się przez wyekstrahowanie ciekłego strumienia (26) z pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) oraz rozprężenie zaworowe ciekłego strumienia (26), a ciekły strumień (26) odparowuje się wewnątrz czołowego kondensatora (22), po czym spręża się go ponownie do ciśnienia kolumny pojedynczej kolumny generatora azotowego (12), schładza się do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej oraz ponownie wprowadza się do pojedynczej kolumny generatora azotowego (12).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dostarcza się dodatkowy czynnik chłodzący do czołowego kondensatora (22) poprzez wycofanie ciekłego strumienia bogatego w tlen (28) z dolnego obszaru pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) oraz rozpręża się zaworowo ciekły strumień bogaty w tlen (28), odparowuje się ciekły strumień bogaty w tlen (28) wewnątrz czołowego kondensatora (22) oraz częściowo ogrzewa się odparowany ciekły strumień bogaty w tlen, po czym przeprowadza się turborozprężenie ciekłego strumienia bogatego w tlen (28) dla utworzenia strumienia czynnika chłodniczego (40), oraz całkowicie ogrzewa się strumień czynnika chłodniczego (40) przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza, aby zapewnić chłodzenie.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ogrzewa się całkowicie górę odpędowej kolumny (14) razem ze strumieniem czynnika chłodniczego (40) oraz pozostałą częścią (24) strumienia produktu azotowego przez pośrednią wymianę ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza.

6. Urządzenie do rozdzielania powietrza, zawierające zespół wymiennika ciepła do schładzania sprężonego i oczyszczonego strumienia powietrza do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej, zespół do przeprowadzania destylacji frakcyjnej strumienia powietrza w celu utworzenia frakcji pary zawierającej tlen ubogiej w ciężkie zanieczyszczenia oraz kolumnę odpędową, znamienne tym, że kolumna odpędowa (14) posiada reboiler (52) w swoim dolnym obszarze dla utworzenia wrzątku wewnątrz kolumny odpędowej (14), a reboiler (52) połączony jest z zespołem do przeprowadzania destylacji frakcyjnej do kierowania jednego z dwóch podrzędnych strumieni zawierającego frakcje pary zawierającej tlen do reboilera (52) dla skraplania się wewnątrz niego, a zespół skraplający połączony jest także z zespołem do przeprowadzania destylacji frakcyjnej do kierowania drugiego z dwóch podrzędnych strumieni do skraplania się wewnątrz niego, zaś zespół skraplający oraz

185 432 reboiler (52) połączone są z górnym obszarem kolumny odpędowej (14) do wprowadzania dwóch podrzędnych strumieni do wewnątrz kolumny odpędowej (14), a wylot dla ciekłego tlenu o bardzo wysokiej czystości usytuowany jest w dolnym obszarze kolumny odpędowej (14).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zespół do przeprowadzania destylacji frakcyjnej zawiera pojedynczą kolumnę generatora azotowego (12) dla utworzenia strumienia produktu azotowego, a czołowy kondensator (22) jest połączony z pierwszym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) do skraplania części strumienia produktu azotowego jako orosienie dla pojedynczej kolumny generatora azotowego (12), ponadto czołowy kondensator (22) połączony jest z drugim wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) do otrzymania drugiego z dwóch podrzędnych strumieni i działała jako zespół skraplający, zaś zespół wymiennika ciepła (10) połączony jest z pierwszym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) dla otrzymania pozostałej części strumienia produktu azotowego.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że czołowy kondensator (22) jest połączony z trzecim wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego (12), dla przyjmowania z niego ciekłego strumienia (26) jako czynnika schładzającego dla czołowego kondensatora (22), a ciekły strumień (26) jest w ten sposób odparowywany wewnątrz czołowego kondensatora (22), ponadto zawór rozprężania (30) jest umieszczony pomiędzy czołowym kondensatorem (22), a pojedynczą kolumną generatora azotowego (12) dla rozprężania zaworowego ciekłego strumienia (26), zaś sprężarka wtórnego cyklu (34) jest połączona z czołowym kondensatorem (22) dla ponownego sprężenia ciekłego strumienia (26) po odparowaniu do ciśnienia w pojedynczej kolumnie generatora azotowego (12), a zespół wymiennika ciepła (10) schładza ciekły strumień (26) po jego odparowaniu oraz ponownym sprężeniu do temperatury odpowiedniej do przeprowadzenia destylacji frakcyjnej, zaś pojedyncza kolumna generatora azotowego (12) jest połączona z zespołem wymiennika ciepła (10) przez co ciekły strumień po schłodzeniu (36) jest ponownie wprowadzony do pojedynczej kolumny generatora azotowego (12).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że czołowy kondensator (22) jest połączony z czwartym wylotem pojedynczej kolumny generatora azotowego (12) dla otrzymania ciekłego strumienia bogatego w tlen (28) z pojedynczej kolumny generatora azotowego (12), a kolejny zawór rozprężania (32) umieszczony jest pomiędzy czołowym kondensatorem (22) a pojedynczą kolumną generatora azotowego (12) dla rozprężania zaworowego ciekłego strumienia bogatego w tlen (28), zaś zespół wymiennika ciepła (10) wyposażony jest w zimny koniec do otrzymywania odparowanego ciekłego strumienia bogatego w tlen, a turborozprężarka (38) połączona jest z gorącym końcem zespołu wymiennika ciepła (10) dla otrzymania ciekłego strumienia bogatego w tlen (28) i dla otrzymywania turborozprężonego strumienia czynnika chłodniczego (40), a zespół wymiennika ciepła (10) połączony jest dla otrzymania strumienia czynnika chłodniczego (40) do pośredniej wymiany ciepła ze sprężonym i oczyszczonym strumieniem powietrza.

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół wymiennika ciepła (10) połączony jest do góry kolumny odpędowej (14) razem ze strumieniem czynnika chłodniczego (40) oraz pozostałą częścią (24) strumienia produktu azotowego dla pośredniej wymiany ciepła ze strumieniem sprężonego i oczyszczonego powietrza.