способ разделения воздуха

Формула изобретения

Способ разделения воздуха низкого давления путем его охлаждения газообразным азотом, низкотемпературной ректификации с получением жидких азота и кислорода, отличающийся тем, что отбросной азот по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем охлаждают и конденсируют в теплообменнике за счет холода сжиженного природного газа с последующим дросселированием до давления, близкого к давлению азота, выходящего из верхней колонны, а образовавшиеся при этом пары азота и часть жидкого азота направляются в криогенный блок для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления перед подачей его на разделение в ректификационную колонну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в машиностроении, энергетике, химической и других отраслях промышленности, где используются продукты низкотемпературного разделения воздуха.

Известен способ разделения воздуха, приведенный в [пат. № 20123, NKU 14B 111, Япония, 05.06.71], в котором в воздухоразделительной установке используется дополнительная холодопроизводительность, получаемая за счет регазификации сжиженного природного газа, а воздушный цикл осуществляется при низком давлении с разделением воздуха в колонне двухкратной ректификации.

Однако недостатком этого способа является чрезмерно большое количество теплообменных аппаратов, используемых в данном способе разделения воздуха, а также то, что использование сжиженного природного газа производится не только в азотном теплообменнике, но и в теплообменниках, предназначенных для охлаждения воздуха, что значительно повышает взрывоопасность установки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ разделения воздуха, приведенный в [Пат. GB 1329861 A, F25J 3/04, 12.09.1973], в котором приведены две возможные принципиальные схемы воздухоразделительных установок, в которых воздух разделяется в колонне двухкратной ректификации и осуществляется использование холода сжиженного природного газа. Однако схемы этих установок предназначены не только для получения жидких азота и кислорода, но и части этих продуктов в газообразном виде при различных давлениях выше атмосферного. Это в определенной степени усложняет схему воздухоразделительной установки и снижает степень извлечения кислорода в жидком виде, т.к. часть кислорода выводится в виде трех потоков в газообразном виде.

Задача, на которую направлено изобретение, - разработать способ разделения воздуха низкого давления с получением жидких азота и кислорода, в котором узел регазификации сжиженного природного газа (СПГ) будет отделен от основного криогенного блока воздухоразделительной установки.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного способа, заключается в повышении холодопроизводительности и КПД установки для получения на выходе из криогенного блока жидкого кислорода, а из блока регазификации СПГ - жидкого азота.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разделения воздуха низкого давления, включающем его охлаждение в теплообменнике газообразным азотом, низкотемпературной ректификацией с получением жидкого кислорода и газообразного азота, согласно изобретению весь или часть отбросного газообразного азота по выходу из криогенного блока сжимают в компрессоре, а затем его охлаждают в отдельном теплообменнике и конденсируют с последующим дросселированием до давления, близкого к давлению азота, выходящего из верхней колонны, а образовавшуюся парожидкостную смесь разделяют в сепараторе на продукционный жидкий азот и пары азота низкого давления.

Для достижения данного технического результата пары азота низкого давления и часть жидкого азота, выходящие из сепаратора, направляют в криогенный блок в поток отбросного азота для дополнительного охлаждения потока воздуха низкого давления в теплообменнике.

При этом регазификация СПГ производится в отдельном криогенном блоке, в котором осуществляется получение жидкого азота, отводимого из сепаратора, из которого пары азота, образующиеся при дросселировании, а также часть жидкого азота в виде дополнительного отбросного потока направляются в теплообменник основного блока воздухоразделительной установки. Такое отделение узла регазификации СПГ от основного криогенного блока обеспечивает большую взрывобезопасность установки, реализующей предлагаемый способ разделения, а подача в теплообменник дополнительного потока газообразного азота и ввод в этот поток части жидкого азота позволяет обеспечить необходимое состояние перерабатываемого воздуха на входе в ректификационную колонну.

На фиг. представлена принципиальная схема установки для осуществления данного способа. Установка низкого давления для разделения воздуха содержит воздушный компрессор 1, теплообменник 2, дроссельные вентили 3, 4, 9, 12 и 16, конденсатор-испаритель 5, нижнюю ректификационную колонну 6, верхнюю ректификационную колонну 7, переохладитель жидкого кислорода и азотной флегмы 8, азотный компрессор 10, испаритель-подогреватель сжиженного природного газа 11, сепаратор 13, криогенный блок регазификации СПГ 14 и компрессор природного газа 15.

Способ осуществляется следующим образом.

Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 1 до давления 0,6-0,65 МПа. Проходит блок адсорбционный осушки и очистки от СО₂ (на фиг. не показан) и поступает в теплообменник 2, после охлаждения в котором через вентиль 3 дросселируется в нижнюю ректификационную колонну 6. В этой колонне осуществляется предварительное разделение воздуха на потоки кубовой жидкости и азотной флегмы.

Кубовая жидкость через вентиль 4 дросселируется в верхнюю ректификационную колонну 7, а азотная флегма после переохлаждения в переохладителе 8 дросселируется через вентиль 9 на верхнюю тарелку верхней ректификационной колонны 7.

Жидкий кислород отбирается из конденсатора-испарителя 5 на переохладитель 8, пройдя который отводится в виде готового продукта потребителю.

Газообразный азот отбирается с верха верхней ректификационной колонны 7, поступает в переохладитель 8, а затем в теплообменник 2.

Большая часть потока газообразного азота, выходящего из теплообменника 2, поступает в компрессор 10, после сжатия в котором направляется в испаритель-подогреватель 11, расположенный в блоке регазификации 14. В теплообменник 11 подается и поток СПГ, который дросселируется, проходя через вентиль 16, кипит и подогревается в теплообменнике при р = 0,035-0,05 МПа, а после выхода из теплообменника сжимается в компрессоре 15 до р = 0,5-0,6 МПа. Холод регазифицируемого СПГ используется для охлаждения и конденсации газообразного азота. Выходящий из теплообменника 11 поток азота через вентиль 12 дросселируется в сепаратор 13, откуда поток пара отводится в линию отбросного азота, входящего в переохладитель 8, а большая часть жидкого азота отводится в виде целевого продукта. Небольшая часть жидкого азота отводится в поток отбросного азота, что позволяет обеспечить с помощью потока азота необходимое охлаждение воздуха перед колонной 6 в теплообменнике 2.