Устройство для получения кислорода и азота из воздуха

 

Изобретение относится к устройствам разделения воздуха для получения азота и кислорода и может быть использовано в химической, нефтегазовой промышленности, авиации, медицине и других отраслях. В устройстве для получения кислорода и азота из воздуха предварительно подготовленный в блоках компримирования и очистки, осушки, охлаждения воздух разделяют в блоке низкотемпературного разделения на товарный кислород, поступающий в кислородную линию, и обогащенную по азоту смесь, которая последовательно проходит через блоки охлаждения, компримирования и блок мембранного разделения для получения газообразного товарного азота, поступающего в азотную линию. Использование изобретения позволяет достичь одновременного получения в качестве товарных продуктов кислорода и азота, уменьшить потребление исходного воздуха за счет возврата в цикл кислорода, ранее выбрасываемого в атмосферу с концентратом азота. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам разделения воздуха для получения азота и кислорода и может быть использовано в химической, нефтегазовой промышленности, авиации, медицине и других отраслях промышленности, где есть потребность в кислороде или азоте.

Известно устройство для получения азота мембранным способом, состоящее из последовательно соединенных компрессора, блока очистки и осушки воздуха и двух мембранных газоразделительных аппаратов [патент РФ 2074758, МКИ А 62 С 31/00, 1993 г.] Его недостатками являются невозможность одновременного получения двух целевых компонентов, невозможность получения чистого кислорода, использование для получения азота высокой концентрации многоступенчатой схемы разделения.

Ближайшим техническим решением является устройство для получения кислорода и азота из воздуха, содержащее последовательно соединенные блок компримирования воздуха (без очистки), блок предварительного охлаждения, блок осушки, блок низкотемпературного разделения воздуха, имеющий два выхода, один из которых соединен со входом кислородной линии, а второй - с линией товарного азота [патент РФ 2051319 С1, МКИ F 25 J 3/04, 1995 г.].

Недостатком известного технического решения является возможность получения в качестве товарного продукта только одного компонента.

Техническим результатом технического решения является одновременное получение кислорода (жидкого или газообразного) и газообразного азота высокой чистоты.

Технический результат достигается тем, что устройство для получения кислорода и азота из воздуха, состоящее из последовательно соединенных блока компримирования воздуха (без очистки), блока предварительного охлаждения, блока осушки, блока низкотемпературного разделения воздуха, имеющего два выхода, один из которых соединен со входом кислородной линии, а второй - с линией товарного азота, дополнительно снабжено блоком компримирования и очистки воздуха, блоком компримирования азотсодержащей смеси и блоком мембранного разделения, причем второй выход блока низкотемпературного разделения воздуха последовательно соединен через охлаждающую рубашку блока охлаждения с охлаждающей рубашкой блока предварительного охлаждения, а выход блока предварительного охлаждения последовательно соединен с блоками компримирования и мембранным блоком, выходы которого соединены с азотной линией и входом блока охлаждения.

Устройство для получения кислорода и азота из воздуха иллюстрируется чертежом, где изображена принципиальная схема устройства.

Устройство выполнено следующим образом.

Блок компримирования и очистки воздуха 1 последовательно соединен с блоком предварительного охлаждения 2, блоком осушки 3, блоком охлаждения 4 и блоком низкотемпературного разделения воздуха 5. Один выход блока низкотемпературного разделения воздуха 5 соединен с линией товарного кислорода 6, а второй выход последовательно соединен через охлаждающую рубашку блока охлаждения 4 с охлаждающей рубашкой блока предварительного охлаждения 2, блоком компримирования 7, блоком мембранного разделения, у которого один выход соединен с азотной линией 9, а другой - с входом блока охлаждения 4.

Устройство работает следующим образом.

Атмосферный воздух последовательно компримируют и очищают от механических примесей в блоке компримирования и очистки воздуха 1, охлаждают в блоках охлаждения 2, 4 до температуры -173^oС и дополнительно осушают до температуры точки росы -70^oС в блоке 3, расположенном между двумя блоками охлаждения. Предварительно подготовленный воздух направляют в блок низкотемпературного разделения воздуха, где происходит его разделение на товарный кислород, содержащий не менее 99,2 об.% кислорода и газообразный поток, содержащий около 94 об. % азота. Товарный кислород поступает к потребителю, а поток азотсодержащей смеси после последовательного нагревания в блоках охлаждения 4 и 2 до температуры 20-45^oС компримируют и направляют в мембранный блок 8, где получают товарный азот, содержащий не менее 99 об.% азота, поступающий к потребителю, и остаточный поток, который объединяют с потоком атмосферного воздуха на входе в блок охлаждения 4.

В результате работы устройства в качестве товарных продуктов получают кислород (жидкий или газообразный) в блоке низкотемпературного разделения и газообразный азот, выходящий из мембранного блока.

Работа устройства рассмотрена на примере.

Атмосферный воздух в количестве 400 м³/час направляют в блок компримирования и очистки воздуха, где компримируют до 20 МПа и очищают от механических примесей. Сжатый воздух поступает в блок предварительного охлаждения, где его охлаждают до 5-8^oС. После этого в блоке осушки его сначала очищают от капельной влаги, а затем осушают до температуры точки росы -70^oС. Осушенный воздух направляют в блок охлаждения, где охлаждают до температуры -173^oС, и затем в блок низкотемпературного разделения, выполненный в виде ректификационной колонны. Из колонны выходят жидкий кислород в количестве 70 кг/час, который является первым товарным продуктом и подается потребителю, и газообразный поток, содержащий 94 об.% азота. Этот поток последовательно проходит через охлаждающую рубашку блока охлаждения и охлаждающую рубашку блока предварительного охлаждения, где его нагревают до 20^oС, блок компримирования, где компримируют до 0,8 МПа, и блок мембранного разделения, включающий мембранный модуль. Из мембранного модуля выходят газообразный азот с концентрацией 99 об.% в количестве 100-150 нм³/час, который является вторым товарным продуктом и подается потребителю, и остаточный поток, который объединяется с потоком воздуха, поступающим в блок охлаждения.

Использование изобретения позволяет достичь одновременного получения в качестве товарных продуктов кислорода и азота, уменьшить потребление исходного воздуха за счет возврата в цикл кислорода, ранее выбрасываемого в атмосферу с концентратом азота.

Формула изобретения

Устройство для получения кислорода и азота из воздуха, содержащее последовательно соединенные блок предварительного охлаждения, блок осушки, блок охлаждения, блок низкотемпературного разделения воздуха, имеющий два выхода, один из которых соединен со входом кислородной линии, линию товарного азота, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок компримирования и очистки воздуха, блок компримирования и блок мембранного разделения, причем второй выход блока низкотемпературного разделения воздуха последовательно соединен через охлаждающую рубашку блока охлаждения с охлаждающей рубашкой блока предварительного охлаждения, а выход блока предварительного охлаждения последовательно соединен с блоками компримирования и мембранным блоком, выходы которого соединены с азотной линией и входом блока охлаждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1