Способ разделения воздуха

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

242I90

Caes Соеетских

Социалистических

Республик! .".. и>ЗПР. Я (1

Ц БЛИОТЕ1 А

Зависимое от авт. свидетельства М

Кл. 17, 2/03

Заявлено 20.1 V.1967 (¹ 1149979/23-26) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 25.1V.1969. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 17.IX.1969

МПК F 251

УДК 621.593(088.8) Комитет по делан иаобретеиий и открытий при Совете Мииистрое

СССР

Авторы изобретения Г. М. Басин, И. В. Гореншгейн, М. Э. Лемберг и С. Г. Линецкий

Заявитель

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА

Предлагаемый способ низкотемпературного разделения воздуха может быть использован в установках для получения азота и кислорода с адсорбционной очисткой воздуха от высоко. кипящих примесей.

Известны способы разделения воздуха низкотемпературной ректификацией с очисткой воздуха от влаги, углекислоты и углеводородов в цеолитовых блоках очистки.

В этих способах оптимальная температура воздуха, поступающего на очистку, составляет

5 — 8 С.

Воздух перед очисткой охлаждается в предварительном теплообменнике до 5 — 8 С потоками, полученными в результате разделения воздуха. Для регенерации (десорбции и охлаждения) адсорбента используются отбросная аргонная фракция или аргонная фракция в смеси с частью продукционного азота, прошедшие предварительный теплообменник.

Однако поток газа, необходимьш для охлаждения адсорбера, составляет 30 — 40% от количества перерабатываемого воздуха.

В существующих в настоящее время воздухоразделительных установках одновременное получение кислорода и азота осуществляется при отборе отбросной фракции в количестве

10 — 20% от количества перерабатываемого воздуха. Таким образом, для охлаждения адсорбера необходимо либо увеличить количество отбираемой фракции, либо добавить к фракции некоторое количество продукционного азота, что в обоих случаях снижает выход продуктов разделения.

5 Кроме того, при охлаждении адсорбера газом (азотом или аргонной фракцией), прошедшим предварительньш теплообменник и имеющим температуру на 5 — 10 С ниже температуры среды (20 — 30 С), в конце периода охлаж10 дения температура адсорбера практически оказывается не ниже 40 С. Дальнейшее охлаждение адсорбера до номинальной рабочей температуры 8 — 10 С ведут, пропуская через него часть охлажденного воздуха с одновре15 менной очисткой последнего.

Параллельная работа на двух адсорберах, из которых один имеет рабочую температуру, а другой охлаждается до рабочей температуры, подогревая часть воздуха, ведет. во-пер20 вых, к колебаниям температуры воздуха перед основными теплообменниками и, следовательно, теплового режима блока разделения в целом; во-вторых, адсорбция осуществляется прп более высокой температуре адсорбента, 25 что нежелательно.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение расхода регенерирующего газа при охлаждении адсорберов блоков очистки и устранение необходимости в дополнительном

30 охлаждении адсорберов потоком холодного

242190 воздуха, т. е. увеличение производительности и стабилизации теплового режима блока разделения.

Способ отличается от известных тем, что поток газа, используемый для охлаждения регенерированного адсорбционного блока, отбирают перед предварительным теплообменником, т. е, при температуре более низкой, чем температура воздуха, идущего на очистку.

Отбор газа на регенерацию при пониженной температуре позволяет устранить одновременно указанные недостатки известных способов низкотемпературного разделения воздуха: а) количество газа, необходимое для охлаждения адсорбера до рабочей температуры, уменьшается, что дает возможность обойтись при регенерации адсорбера только отбросной аргонной фракцией и избежать потерь азота; б) пониженная температура охлаждающего обратного газа позволяет охладить регенерируемый адсорбер до его рабочей температуры (5 — 8 С), пока параллельный адсорбер раб.=тает в режиме адсорбции.

На чертеже представлена схема установки для осуществления данного способа.

Установка состоит из предварительного теплообменника 1, влагоотделителя 2, блока адсорбционной очистки 8, основных теплообменников 4 и 5, насоса жидкого кислорода б, разделительного аппарата 7, детандера 8.

Установка работает следующим образом.

Сжатый воздух охлаядается азотом и сяатым кислородом до температуры 5 — 8 С в предварительном теплообменнике 1, из него выделяется капельная влага во влагоотделителе 2. Затем воздух очищается от влаги, углекислоты и углеводородов в одном из адсорберов блока очистки 8, охлаждается азотом, кислородом и аргонпой фракцией в основных теплообменниках 4 и 5. Часть воздуха при температуре порядка — 100 С расширяется в детандере 8, остальной воздух после теплообменников расширяется в дроссельном вентиле. Дроссельный и детандерный потоки после расширения смешиваются и поступают в разделительный аппарат 7, где воздух разделяется на кислород, азот и аргонную фракцию.

Кислород с помощью насоса 6 прокачивается в теплообменник 4 и далее в предварительный теплообменник 1, где газифицируется и нагревается до температуры, близкой к температуре поступающего воздуха. Азот подогревается за счет теплообмена с воздухом

10 в теплообменниках 5 и 1. Фракция в количестве около 20 /О от перерабатызаемого воздуха подогревается в теплообменнике 4 до температуры от — 10 до 5 С и поступает на нагрев или охлаждение регенерируемого адсорбе15 ра блока очистки 8.

Осуществление указанного способа охлаждения адсорберов блока очистки позволяет для азотно-кислородных установок (в случае отсутствия циркуляционной системы охлаж20 дения с газодувкой и использования для охлаждения части продукционного азота) исключить расход продукционного азота и стабилизировать работу установки, так как при этом исключается влияние переключения ад25 сорберов блока очистки на работу разделительного аппарата.

Предмет изобретения

Способ разделения воздуха путем его охлаждения в предварительном течлообменнике, адсорбционной очистки от влаги, углекислоты и углеводородов, дальнейшего охлаждения в основных теплообменниках и последующей

35 низкотемпературной ректификации с использованием обратных потоков для охлаждения прямого потока, а также для регенерации и охлаждения адсорбционных блоков, отличаюи ийсл тем, что, с целью уменьшения расхода

40 охлаждающего газа и стабилизации режима работы блока разделения, поток газа, используемый для охлаждения регенерированного адсорбционного блока, отбирают перед предварительным теплообменником.

242190

Фроисусм Ф

Составитель Ю. П. Паткин

Техред T. П. Курилко Корректор А. Б. Родионова

Редактор А. Петрова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2147/11 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4