Установка для комбинированного получения газообразного азота и кислорода

 

Изобретение относится к криогенной технике и криогенным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга. При работе технологического блока из воздуха, засасываемого из атмосферы, получают газообразный кислород (с примесью азота) и жидкий азот. Жидкий азот сливается самотеком в теплоизолированную емкость. Из емкости жидкий азот поступает в теплообменник, где газифицируется за счет теплообмена с охлаждающей жидкостью контура охлаждения, и далее поступает к потребителю в газообразном виде. Газообразный кислород удаляется из технологического блока к потребителю, при этом он проходит через теплообменник контура охлаждения. С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины, расположенной в технологическом блоке, предусмотрен контур охлаждения. В этом контуре охлаждающая жидкость охлаждается последовательно в теплообменниках за счет теплообмена с окружающей средой, за счет теплообмена с газообразным кислородом и до температуры значительно ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с жидким азотом. Использование изобретения позволит повысить холодильный коэффициент криогенной машины и эффективность установки в целом. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники и криогенных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано в качестве установки для получения газообразного азота и кислорода.

Известно из криогенной техники, что температура кипения азота соответствует температуре -196^oC (77 K), а также использование жидкого азота как охлаждающей жидкости (Вопросы глубокого охлаждения./Сб. ст. под ред. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 43).

Известны технические решения для газификации сжиженных газов, хранящихся в теплоизолированных емкостях, перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления, при этом для газификации используются выхлопные газы (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. ст. под ред. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-288). Однако, в данных решениях не используется низкотемпературный потенциал газифицируемой криогенной жидкости.

Известно схемное решение и принцип работы установки для получения газообразного кислорода и жидкого азота, состоящей из криогенной машины, работающей по циклу Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, смонтированных в единый технологический блок, а также линии подвода атмосферного воздуха, линии отвода газообразного кислорода и линии отвода жидкого азота (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 44). Однако, в данном техническом решении не рассматривается вопрос газификации азота и способа утилизации низкопотенциальной теплоты газификации.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности одновременного получения газообразного азота и кислорода, а также повышения холодильного коэффициента криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, и эффективности установки в целом.

Для достижения этого технического результата установка для комбинированного получения газообразного азота и кислорода по схеме Кириллова, состоящая из линии подвода атмосферного воздуха, линии отвода газообразного кислорода, линии отвода жидкого азота и смонтированных в единый технологический блок криогенной машины,в работающей по обратному циклу Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, снабжена теплоизолированной емкостью для сбора жидкого азота, линией газификации жидкого азота, содержащей насос высокого давления и обратный клапан, а также контуром охлаждения криогенной машины, включающим в себя насос, первый теплообменник, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды, второй теплообменник, через который проходит линия отвода газообразного кислорода, и третий теплообменник, через который проходит линия газификации жидкого азота.

Введение в состав установки для комбинированного получения газообразного азота и кислорода по схеме Кириллова теплоизолированной емкости для сбора жидкого азота, линии газификации жидкого азота и контура охлаждения криогенной машины с первым теплообменником, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды, вторым теплообменником, через который проходит линия отвода газообразного кислорода, и третьим теплообменником, через который проходит линия газификации жидкого азота, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании холода (низкотемпературной теплоты), выделяемого при газификации жидкого азота для снижения температуры охлаждающей жидкости контура охлаждения криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, ниже температуры окружающей среды.

На чертеже изображена установка для комбинированного получения газообразного азота и кислорода по схеме Кириллова.

Установка включает в себя технологический блок 1, состоящий из криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты (на чертеже не обозначены), линию подвода атмосферного воздуха 2, линию отвода газообразного кислорода 3, линию отвода жидкого азота 4, теплоизолированную емкость для сбора жидкого азота 5, линию газификации жидкого азота 6 с насосом высокого давления 7 и обратным клапаном 8, а также контур охлаждения 9 криогенной машины, входящей в блок 1, содержащий в себе насос 10, первый теплообменник 11, через который проходит магистраль 12 подачи внешней охлаждающей среды, второй теплообменник 13, через который проходит линия отвода газообразного кислорода 3, и третий теплообменник 14, через который проходит линия газификации жидкого азота 7.

Установка для комбинированного получения газообразного азота и кислорода по схеме Кириллова.

При работе технологического блока 1 из воздуха, засасываемого из атмосферы по линии 2, получают газообразный кислород (с примесью азота) и жидкий азот. Жидкий азот сливается самотеком, по линии отвода 4, в теплоизолированную емкость для его сбора 5. Из емкости 5, по линии газификации жидкого азота 6, с помощью насоса высокого давления 7, проходя через обратный клапан 8, жидкий азот поступает в теплообменник 14, где газифицируется за счет теплообмена с охлаждающей жидкостью контура охлаждения 9, и далее поступает к потребителю в газообразном виде. Газообразный кислород удаляется из технологического блока 1 по линии отвода 3, при этом перед поступлением к потребителю проходит через теплообменник 13 контура охлаждения 9. С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины, расположенной в технологическом блоке 1, предусмотрен контур охлаждения 9. По контуру 9, нагретая от рабочего тела криогенной машины, охлаждающая жидкость с помощью насоса 10 подается сначала в первый теплообменник 11, где жидкость охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с окружающей средой, поступающей по магистрали 12, затем во второй теплообменник 13, где происходит ее дальнейшее охлаждение за счет теплообмена с газообразным кислородом, поступающим по линии 3, после чего жидкость охлаждается до температуры значительно ниже температуры окружающей среды в теплообменнике 14, за счет теплообмена с жидким азотом, что приводит к увеличению холодильного коэффициента криогенной машины и снижению потребляемой мощности на ее привод.

Источники информации 1. Вопросы глубокого охлаждения /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 43.

2. Вопросы глубокого охлаждения /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-288.

3. Вопросы глубокого охлаждения /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 44. - прототип.

Формула изобретения

Установка для комбинированного получения газообразного азота и кислорода, состоящая из линии подвода атмосферного воздуха, линии отвода газообразного кислорода, линии отвода жидкого азота и смонтированных в единый технологический блок криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, ректификационной колонны и теплообменника для вымораживания влаги и углекислоты воздуха, отличающаяся тем, что снабжена теплоизолированной емкостью для сбора жидкого азота, линией газификации жидкого азота, содержащей насос высокого давления и обратный клапан, а также контуром охлаждения криогенной машины, включающим в себя насос, первый теплообменник, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды, второй теплообменник, через который проходит линия отвода газообразного кислорода, и третий теплообменник, через который проходит линия газификации жидкого азота.

РИСУНКИ

Рисунок 1