Гельперин И.И, Зеликсон Г.М., Рапопорт Л.Л. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА

Установка УКГС-100 для получения — 99,5%-ного кислорода

(рис. 186)

Разделяемый воздух (табл. 123) засасывается трехступенчаты.м компрес-

сором 1 через фильтр 2, в котором он освобождается от механических приме-

сей. После II ступени компрессора воздух под давлением 18 ати, охлажденный

в холодильнике, направляется в декарбонизаторы 3 для очистки от углекис-

лоты, поглощаемой раствором едкого натра.

Из декарбонизатора воздух возвращается во всасывающую линию III сту-

пени компрессора, сжимается до 30 ати, охлаждается в концевом холодиль-

нике 4, проходит влагоотделнтель 5 и поступает в блок осушки 6.

Из блока осушки воздух направляется в разделительный аппарат 7, откуда

часть сжатого воздуха отводится в поршневой детандер 8, в котором расши-

ряется до 6 ати, и через один из попеременно работающих детандерных

фильтров 9 возвращается обратно в разделительный аппарат. Кислород, выхо-

дящий из разделительного аппарата, направляется в газгольдер 10, откуда заса-

сывается двумя кислородными компрессорами 11. Во избежание разрыва газ-

гольдера при повышении давления в кислородную линию включен гидравличе-

ский затвор 12.

Сжатый до 150 ати кислород из компрессора 11 поступает во влагоотде-

лнтель 13, проходит блок осушки 14 и через наполнительную рампу 15 нагне-

тается в баллоны.

Продувки влагоотделителя проводятся через сепаратор 16, где отделяется

влага, а кислород возвращается в газгольдер. Азот на разделительного аппа-

рата частично поступает в блоки осушки воздуха и кислорода для регенера-

ции адсорбента, а остальная часть выбрасывается в атмосферу.

Отогрев разделительного аппарата осуществляется дросселированным воз-

духом высокого давления, предварительно осушенным и подогретым в подогре-

вателе /7.

Таблица 123

Состав сухого воздуха

Газ

Объемные

»/о

Вес. 0.0 Газ

Объемные

Вес. 0,0

Азот

78,03

75,6

Криптон ....

1,08-10"^

3-10"'

Аргон . .

0,93

1,29

Ксенон

0,8-10-®

4-10~°

0,01

6,9-10"^

Неон

1,61-10^'

1,2-10-3

Гелий

7-10^^

Озон

ыо-в

2-10"®

Кислород ....

20,99

23,1

Углекислый газ .

0,03

0,046

Примечание. Содержание ацетилена и других вредных примесей за-

висит от наличия источников, загрязняющих воздух.

15 Зак. Справочник.

225

'V. СХЕМЫ ПРО МЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Обогрев детандерных фильтров и адсорбера ацетилена, расположенного

в разделительном аппарате, осуществляется отбросным азотом, подогреваемым

в подогревателе П.

Схема разделительного аппарата приведена на рис. 187.

Условные

обознтения

0 Манометр

Дроссельный

вентиль

Запорный

вентиль

Вентиль к

прибо-

сУ

рам,

анализам

для продувни

^ Предохранитепь-

ный клапан

воздухе

детандер

Вовдухиз

детандера

Воздух при отогреве

аппарата

Рис. 167. Схема разделительного аппарата установки УКГС-10Э:

/ —теплообмеиник;

—нижняя колонна;

—конденсатор; ^

—

верхняя колонна;

—адсорбер

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗЭТА ИЗ ВОЗДУХА

227

Воздух высокого давления поступает в коллекторы азотной и кислородной

секций теплообменника 1. Из первой половины теплообменника, из обеих сек-

ций его воздух собирается в коллектор, откуда часть его направляется в

детандер, а часть во вторую половину теплообменника.

По выходе из теплообменника охлажденный воздух дросселируется н, со-

единившись с воздухом, расширившимся в детандере, направляется в нижнюю

колонну 2.

Жидкий воздух, обогащенный кислородом, стекает в куб нижней колонны,

проходит адсорбер ацетилена 5 и через дроссельный вентиль поступает в сред-

нюю часть верхней колонны 4.

Газообразный кислород отводится из межтрубного пространства конденса-

тора 3, нагревается в межтрубном пространстве кислородной секции теплооб-

менника и поступает в газгольдер.

Азот

из блока

разделения

воздух В

разделительный аппарат

'Продувка

Рис. 188. Схема блока осушки установки УКГС-100:

—

баллоны с адсорбентом: 2 —фильтры; 3 —электропечь; —влагост-

делитель; 5 —терморегуляторы; термометры; 7 —диафрагма; «

—

мем-

бранный дифференциальный манометр; 9—манометр; 10—предохрани-

тельный клапан;

—дистанционный термометр.

Схема блока осушки представлена на рис. 188.

Блок состоит из двух попеременно работающих баллонов /, заполненных

активным глиноземом. Перед входом в баллон воздух проходит влагоотдели-

тель 4, заполненный активным глиноземом, где отделяются капельная влага и

масло.

По выходе из баллона воздух проходит войлочные фильтры, а затем на-

правляется в разделительный аппарат.

Количество азота, необходимого для регенерации и нагреваемого в электро-

печи 3, регулируется по показаниям мембранного дифференциального мано-

метра 8, подключенного к диафрагме 7.

Необходимая температура азота поддерживается терморегулятором 5.

15*

228 'V. СХЕМЫ ПРО МЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Показатели работы установки УКГС-100

Рабочее давление воздуха 30 ата

Давление в верхней колонне 1,41 <чпа

Давление в нижней колонне 6,4 ата

Температура перед детандером

Температура за детандером —105° С

Недорекуперация на теплом конце теплообменника . . 9—9,5° С

Чистота кислорода 99,42%

Чистота отходящего азота 97,2®/о

Содержание кислорода в кубовой жидкости 39®/о

Чистота жидкого азота 98,7®/о

Вырабатываемое количество кислорода 133 м^1чае

Производительность воздушного компрессора 780 ,

Производительность кислородного компрессора .... 90 ,

Расход электроэнергии и основных материалов

на установке УКГС-100

Расход

Годовой на 1 ж*

расход кислорода

Электроэнергия, квт-ч 1400000—1 450 000 1,3—1,4

Охлаждающая вода, м^ 140 000 0,13

Едкий натр, кг 8 300 0,0075

Масло цилиндровое, кг 600 0,0006

Масло веретенное, кг 150 0,0001

Масло машинное, кг 750 0,0007

Глицерин, кг 7 600 0,0067

Вода дестиллированная, кг 90

ООО

0,082

Примечание. Годовая выработка принята равной 1100 тыс. кислорода.

Характеристика детандера ДСД-5

Рабочий Пусковой

режим режим

Расход воздуха, нм^1час 190 350

Давление перед детандером, ати . 30 50

Противодавление, ати 5 3—5

Число об/мин 180 180

Установка КГ-300-2Д для получения 99°/о-ного кислорода

(рис. 189)

Разделяемый воздух засасывается компрессорами 2 и 5 через фильтр [/,

в котором он освобождается от механических примесей (пыль и пр.).

Большая часть засасываемого воздуха сжимается в поршнево.м, двухсту-

пенчатом, вертикальном компрессоре низкого давления 2 до 5—5,2 ати и по-

ступает непосредственно в регенераторы 12 блока разделения, пройдя предва-

рительно маслоотделитель 7 и переключающиеся масляные фильтры 8.

Необходимость в тонкой очиетке воздуха низкого давления от масла обу-

словлена тем, что в воздухе, сжимаемом в поршневых компрессорах, всегда

содержатся капли масла, вредно отражающиеся на работе регенераторов.

В связи с этим воздух низкого давления подвергается тщательной очистке от

масла в двух последовательно включенных аппаратах: маслоотделителе 7 и

попеременно работающих масляных фильтрах 8.

Рис. 189 Схема установки КГ-300-2Д:

/ —фил1,тр; 2~поршнс11ой компрессор низкого давления; 5 —поршневой компрессор высокого дапления; —скрубберы для очистки от углекислоты;

—

бак для при-отопл.'иит све ке1Ч) рпствлра едк )го натра; блок осуш си; У—маслоотделитель; 5 —маслзиые фильтры;

—поршневой детандер: 10~по-

до! р.'ватель; )/ —поздухоразд^лительны

аппарат; /2—азотные регенераторы;

13 —

кислородчыл тепл ообменник; И

—

переохладитель жидкого азота; /5 —филь-

тры-адсорберы; /й —детандер,1ы; фильтры; /7 —подо1реватель азота; /9

—

влагоотделитель; /Р-насосы длт циркуляции щелочи; 20 —ловушка для щелочи;

—насос для подачи свежей щелочи.

230 'V. СХЕМЫ ПРО МЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Остальная, меньшая часть воздуха засасывается поршневым, четырехсту-

пенчатым, вертикальным компрессором высокого давления 3 и сжимается

от 75 до 210 ати.

После первой ступени компрессора 3 весь воздух направляется на очистку

от углекислоты в скрубберы 4, заполненные насадкой на колец Рашига н

орошаемые раствором щелочи.

Всего скрубберов два и воздух пропускается через них последовательно.

Циркуляция щелочи осуществляется насосами 19. Свежий раствор едкого

натра готовится в баке 5, а заполнение скрубберов 4 свежей щелочью произ-

водится насосом 21. Щелочь заливается в скрубберы 4 в количестве, обеспечи-

вающем нх работу без ее замены в течение 72 час.

Воздух, очищенный от углекислоты, проходит ловушку щелочи 20 и воз-

вращается в компрессор 3 для окончательного сжатия. Конечное давление

воздуха высокого давления в пусковой период составляет 200 ати, а в рабочий

период — 90 ати.

Сжатый воздух после компрессора проходит влагоотделитель 18 и посту-

пает в блок осушки 6, состоящий из двух пар попеременно работающих

адсорберов.

Влагоотделитель и адсорберы заполнены тверды.м поглотителем — силика-

гелем или активным глиноземом.

Поглотитель, загружаемый во влагоотделитель. не регенерируется, а после

полного отравления его маслом (примерно после двух месяцев работы) заме-

няется свежим. Для улавливания частиц поглотителя, увлекаемого потоком

воздуха, в верхней части влагоотделителя помещен войлочный фильтр.

Поглотитель, загружаемый в адсорберы, периодически подвергается реге-

нерации. Длительность работы поглотителя зависит от давления н температуры

осушаемого воздуха. При давлении 75 ати и температуре 25° С продолжи-

тельность работы адсорберов составляет до 8 час. В случае применения актив-

ного глинозема регенерация поглотителя производится 45—50 нм^1час азота

с температурой 250—270° н продолжается 4 часа. Подогрев азота произво-

дится в электропечи н расход электроэнергии составляет 5,6 кет.

Каждая из двух групп адсорберов снабжена фильтрами: нижними — для

очистки осушенного воздуха, проходящего через слой сверху вниз, и верх-

ними— для очистки греющего азота. В этих фильтрах во избежание порчи

арматуры улавливаются частицы поглотителя, увлекаемые газами.

Процесс регенерации поглотителя частично автоматизирован. С помощью

терморегуляторов температура греющего азота поддерживается на нужном

уровне и подогрев азота прекращается, как только процесс регенерации за-

канчивается.

Осушенный воздух высокого давления разветвляется на две части: одна

часть направляется сразу в блок разделения, а другая поступает в поршневой

детандер 9, где расширяется, и, пройдя детандерные фильтры 16, также

направляется в блок разделения.

Отогрев блока разделения осуществляется дросселированным воздухом

высокого давления, предварительно осушенным и подогретым в подо-

гревателе 10.

Для повышения безопасности эксплуатации воздухоразделнтельного аппа-

рата 11 в блоке разделения установлены фильтры-адсорберы 15, служащие

для фильтрации от ацетилена жидкости, подаваемой из нижней в верхнюю

колонну. Регенерация силикагеля в фильтрах-адсорберах 15 производится

азотом, отбираемым из конденсатора разделительного аппарата н подогревае-

мым в теплообменнике 13 и подогревателе П.

Схема блока разделения установки КГ-300-2Д представлена на рис. 190.

Воздух низкого давления поступает в два попеременно работающих реге-

нератора 7, в которых, охлаждаясь, одновременно освобождается от паров

воды, масла и углекислоты.

Переключение регенераторов производится через каждые 3 мин. с по-

мощью системы клапанов принудительного н автоматического действия.

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА

231

Клапаны принудительного действия, переключающиеся в определенной

последовательности при помощи специального механизма, расположены на-

верху, на теплом конце регенераторов, а клапаны автоматического действия —

внизу, на холодном конце регенераторов. Каждый регенератор имеет два

автоматически работающих клапана 8: один для воздуха, открывающийся вверх,

а другой для азота, открывающийся вниз.

боз^ух Л/сотго

^а^ления к подогре-

Нислоро^ \'<аго

&19летя

влинию

Кислороде у ^

Зозд1/1тзкв- атмостео^У'К^^ ^

Азот Т 17^1

Азот к па-

догрейа/шяв^

Детандерный^

вОЗЙ1/Х~

Рис. 190. Схема блока разделения устаксвки КГ-300-2Д:

—

рерхн^я колонка: 2

—

нижняя кглсньа; 3

—

кскденсатор;

-/ —

переохладитель жидкого азота;

—

кислсродкый теплосбменник; 5 —фнльтры-адсогберы; 7—регеьератогьг; 8—автг магические

клапаны; Р—клапан принудительною дсйствкя дли всздуха;

10 —

клапан принудите.льного действия

дла азста- //

—

перепускной кланаь;

—детандерьые фильтры; /Л —коллектор греющего воздуха.

При переключении регенераторов в первую очередь закрываются клапаны

принудительного действия: клапан для воздуха 9 н клапан для азота 10.

В связи с тем, что при этом прекращается движение воздуха и азота,

одновременно закрываются и все автоматические клапаны. Зате.м на короткое

время открывается перепускной клапан 11, вырав11Пвающий давление в обоих

регенераторах.

232 'V. СХЕМЫ ПРО МЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

После закрытия перепускного клапана открываются азотный клапан при-

нудительного действия у того регенератора, через который в предыдущий

период проходил воздух, и воздушный клапан того регенератора, через кото-

рый шел азот.

Поступающий в регенератор воздух открывает воздушный автоматический

клапан регенератора и проходит в колонку. В это же время азот, выходящий

из колонны, открывает азотный автоматический клапан, проходит в регене-

ратор и, отдав свой холод насадке, через открытый клапан принудительного

действия выбрасывается в атмосферу или используется.

По мере прохождения через насадку азот подогревается и насыщается

парами воды, масла и углекислоты, которые были выморожены до этого из

воздуха.

Воздух высокого давления из блока осушки поступает в кислородный те-

плообменник 3, в котором охлаждается отходящим кислородом. Применение

для рекуперации холода кислорода теплообменников обеспечивает возможность

получения сухого кислорода чистотой до 99,5%.

После Кислородного теплообменника 3 охлажденный воздух высокого да-

вления дросселируется и присоединяется к потоку воздуха низкого давления

из регенераторов 7 перед входом его в нижнюю колонну 2 воздухораздели-

тельного аппарата, К этому же потоку присоединяется воздух высокого давле-

ния, расширенный в детандере н прошедший один из детандерных фильтров 12.

Эти фильтры служат для улавливания твердых частиц масла и пр., образова-

вшихся при охлаждении воздуха во время его расширения и уносимых им из

детандера.

В нижней колонне воздух разделяется на жидкий азот и жидкий обога-

щенный кислородом воздух.

Жидкий азот, собирающийся в карманах нижней колонны, пройдя пере-

охладитель 4, дросселируется и подается в качестве флегмы на первую тарелку

верхней колонны 1. Остальное количество азота, сжиженное в конденсаторе-

испарителе 3, стекает вниз, являясь флегмой для нижней колонны 2.

Жидкий обогащенный воздух отводится из куба колонны 2 и пропускается

через один из переключающихся фильтров-адсорберов (У, служащих для осво-

бождения воздуха от твердой углекислоты и ацетилена. Углекислота задержи-

вается керамическим фильтром, а ацетилен—• силикагелем.

После фильтров-адсорберов жидкий обогащенный воздух дросселируется и

подается в среднюю часть верхней колонны, в которой осуществляется окон-

чательное разделение атмосферного воздуха на азот и кислород.

Газообразный кислород отводится из конденсатора 3, а газообразный азот—

сверху колонны I. Рекуперация холода отходящего кислорода, как уже указы-

валось, производится в теплообменнике 3, а азота — в переохладителе 4 и ре-

генераторах 7.

В кислородном теплообменнике 3 четыре его трубки используются для

нагрева небольшого количества азота, отводимого из-под крышки конденсатора

и используемого при установившемся режиме для регенерации силикагеля

в фильтрах-адсорберах

Характеристика рабочего режима установки КГ-30Э-2Д

Общее количество разделяемого воздуха, нм^/час

Давление воздуха низкого давления, ата . . .

Количество воздуха низкого давления, нм^/час

Давление воздуха высокого давления, ата . .

Количество воздуха высокого давления, нм^1час

Количество воздуха, идущее через детандер, нм^;час

Производительность по кислороду, нм^1час . .

Чистота кислорода, о/о

Чистота азота, о/п

Нормальный

форсирован-

режим

ный режим

1450 1603—1650

6,2 6,5

1135

1250—1280

100

315 350-370

96,5 110—115

280

315—330

99,0 99,1—99,6

98,0 98,0

ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И АЗОТА ИЗ ВОЗДУХА 233

Характеристика рабочего режима установки КГ-ЗОЭ-ЗД

Нормальный Форсированный

Содержание кислорода в кубовой жидкости, . .

Чистота жидкого азота в карманах, "/о

Давление в нижней колонне, ата

Давление в верхней колонне, ата

Недорекуперация в теплообменнике, °С . . . . • .

Недорекуперация в регенераторах, °С

Потери холода в окружающую среду, ккал'м^ воз-

духа

Характеристика детандера ДВД-2

Расход воздуха, нм^/час

Давление перед детандером, ата

Противодавление, ата

Температура воздуха перед детандером. "С

Температура воздуха после детандера, "С .

Действительный теплопереиад, ккал',кг . .

Термодинамический коэффициент полезного дей-

режим режим

38,0

98,1

6,0

6.35

1,4

1,43

10,5 13,0

3.6

3,5

2,06

—

Рабочий

Пусковой

режим режим

120 220

200

+ 15 +15

—100 —130

24,7

26,8

74 70

Удельный расход электроэнергии и основных материалов

на установке КГ-300-2Д

Расход

на 1 нм^ Годовой расход

кислорода

Электроэнергия, квт-ч 0,75—0,8 1,8.106—1,9.106

Вода, м? 0,07 170 000

Каустик, л:г 0,0028 6 000

Масло цилиндровое „Брайсток", кг . . . . 0,00115 2 800

Масло машинное марки Т, л:г 0,00157 3 800

Масло веретенное марки АУ, кг 0,0034 90

Примечание. Годовой расход подсчитан по годовой выработке ^2,4

•

10®л®

кислорода.

Установка КТ-1000 для получения 99%-ного кислорода

(рис. 191)

Установка КТ-1000 предназначена для получения технологического кисло-

рода чистотой 98—98,5% и кислорода для автогенных целей чистотой не

ниже 99%. Наличие резерва в холодопроизводительностн позволяет выдавать

в случае необходимости часть кислорода также в жидком виде.

Особенностями технологической схемы установки КТ-1000 являются:

1. Применение холодильного цикла высокого давления с поршневым детан-

дером в сочетании с регенераторами.

2. Способ включения и использования турбодетандера.

3. Получение автогенного кислорода, несмотря на рекуперацию холода от-

ходящего кислорода в регенераторах.

4. Поглощение ацетилена из кубовой жидкости.

Разделяемый воздух делится на два потока: низкого и высокого давления.

23-1-

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШГЕНИЫХ УСТАН'^В^К

Основное количество воздуха (4800 м^1час) засасывается через фильтр 1,

где очищается от пыли и прочих механических примесей, и сжимается в турбо-

компрессоре 2 до давления 5,2 — 5,8 ата, необходимого для осуществления

процесса ректификации и преодоления гидравлических сопротивлений.

Рис. 191. Схема устаисвки КТ-1000:

/, б —фильтры; ту^-бскомпрессор,- 3—хслоди.'1ьник; влагсотделитель; 5—ресивер; 7—поршне-

вой компрессор; ^ —скрубберы для счистки воздуха высокого давлекия от СО2; Р—адсорберы блска

осушки;

10 —

поршневой детандер;

11 —

детандерные фильтры;

12 —

азотные ре: енераторы;

—

кисло-

родные регенераторы; 14—теплсобмеиник всгд/ха высокого давлений;

15 —

фильтры улекисл.ты;

16 —

адсорберы ацетилена;

17 —

пере(.xладит^ ль;

18 —

нижняа к. лонна;

19 —

ксидексатор;

20 —

рерхнят

коленка; 27 —0тделит1ль жидкости; 22 —турбодетандер;

—газггльдер кислорода;

2,?

—печь дли

отогрева разделмеля;

25 —

печь для отогрева адсорберсв; 2э

—

влагомаслоотделитель.

После турбокомпрессора 2 сжатый воздух низкого давления проходит хо-

лодильник 3, влагоотделитель 4 и направляется в азотные 12 и кислородные 13

регенераторы, охлаждаемые соответственно продуктами разделения воздуха—

отходящим азотом и отходящим кислородом. Всего установка имеет четыре

регенератора: два азотных и два кислородных. В каждой паре регенераторы

работают попеременно: в то время как по одному идет воздух, по другому про-

ходит обратный поток азота или кислорода. Переключение регенераторов про-

изводится через каждые 3 мин. автоматически с помощью принудительных и

автоматически действующих клапанов.

Во время охлаждения воздуха в регенераторах из него вымораживаются

пары воды и углекислоты, которые оседают на поверхности насадки. Обратные

потоки ьислорода и азота, нагреваясь, уносят с собой осевшие на насадке

воду и двуокись углерода.

"Из регенераторов охлажденный и очищенный воздух поступает в нижнюю

колонну 18.

Остальное количество воздуха (около 850 м^1час) засасывается через

фильтр 6, где освобождается от пыли и механнчес! их примесей, и сжимается