Повітророзділова установка

Корисна модель відноситься до устаткування і технології реалізації процесів у криогенних повітророзділових установках середнього й високого тисків, які використовуються для виробництва з повітря чистих кисню, азоту та аргону. Такі установки потрібні металургії, великотоннажній хімії, машинобудуванню, електротехніці й багатьом іншим галузям промисловості. Відомі різні повітророзділові установки високого і середнього тисків, в яких повітря стискається в багатоступінчатому поршневому компресорі. Вони характеризуються низькою економічністю [див. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Т.1. Под редакцией В.И.Епифановой, Л.САксельрода - М.: Машиностроение, 1973. - 472с]. Найбільш близькою до установки, що заявляється, є повітророзділова установка, що містить сполучені між собою за певною технологічною схемою багатоступінчатий поршневий компресор, блок осушення й очищення, охолоджувальний теплообмінник, теплообмінник стабілізації температури, турбодетандер, основний теплообмінник, низькотемпературну холодильну машину з конденсатором, дросельний вентиль, випарник, електронагрівник і масло- вологовідокремлювач [див. Криогенные системы. Т.2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. Архаров И.А. и др. М.: Машиностроение, 1999, - 720с]. Повітря, стиснене в багатоступінчатому поршневому компресорі до 7-20МПа, попередньо очищується від масла і вологи в масло- і вологовідокремлювачі і остаточно очищається за допомогою сорбентів блоку осушення й очищення. Холод, потрібний для зрідження повітря і його поділу на основні компоненти (кисень, азот, аргон) виробляється за рахунок розширення в турбодетандері частини стислого й очищеного повітря зі здійсненням їм зовнішньої роботи. Дана установка обрана прототипом. Прототип і установка, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - багатоступінчатий поршневий компресор; - блок осушення й очищення; - охолоджувальний теплообмінник; - теплообмінник стабілізації температури; - турбодетандер; - основний теплообмінник; - низькотемпературна холодильна машина з конденсатором; - дросельний вентиль; - випарник; - електронагрівник. Але недоліком такий повітророзділової установки є застосування в її схемі двох компресорних холодильних машин. Перша з них, з температурою кипіння +8 - +10°С використовується для забезпечення роботи системи термостабілізації блоку осушення й очищення компримованого повітря. Друга холодильна машина з температурою кипіння мінус 30°С - для додаткового охолодження повітря в основному теплообміннику, і, таким чином, для збільшення виходу криопродуктів. Основна проблема, пов'язана з використанням другої холодильної машини - неефективна робота при високих температурах навколишнього середовища (вище +30°С) через незадовільне охолодження її конденсатора. При цьому у повітророзділовій установці даного типу є значний потенціал для її вдосконалювання — це невикористовувана теплота компримування повітря в поршневому компресорі. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створити повітророзділову установку, в якій шляхом додаткового введення двох вузлів, а також зміни схеми сполучення відомих і нових елементів і вузлів, забезпечити зменшення енергоспоживання. Поставлена задача вирішена в повітророзділовій установці, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів багатоступінчатий поршневий компресор, блок осушення й очищення, охолоджувальний теплообмінник, теплообмінник стабілізації температури, турбодетандер, основний теплообмінник, низькотемпературну холодильну машину з конденсатором, дросельний вентиль, випарник і електронагрівник, тим, що вона додатково містить нагрівальний теплообмінник і абсорбційну бромистолітієву холодильну машину, при цьому перший вихід багатоступінчатого поршневого компресора сполучений з першим входом нагрівального теплообмінника, перший вихід якого сполучений з першим входом охолоджувального теплообмінника, другий ви хід багатоступінчатого поршневого компресора сполучений з магістраллю відведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, а другий вхід багатоступінчатого поршневого компресора сполучений з магістраллю підведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, другий вихід нагрівального теплообмінника сполучений з другим входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, другий вихід якої сполучений з другим входом нагрівального теплообмінника, перший вихід охолоджувального теплообмінникасполучений з першим входом теплообмінника стабілізації температури, другий ви хід охолоджувального теплообмінника сполучений з магістраллю відведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, а другий вхід охолоджувального теплообмінника сполучений з магістраллю підведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, перший вихід теплообмінника стабілізації температури сполучений з першим входом блоку осушення й очищення, другий вихід теплообмінника стабілізації температури сполучений з другим входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, другий ви хід якої сполучений з другим входом теплообмінника стабілізації температури, третій вхід якого сполучений з виходом блоку осушення й очищення, третій вихід абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини сполучений з першим входом конденсатора низькотемпературної холодильної машини, перший вихід конденсатора низькотемпературної холодильної машини сполучений з третім входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, окрім того, низькотемпературна холодильна машина сполучена з випарником, розміщеним в основному теплообміннику, перший вхід якого сполучений з третім виходом теплообмінника стабілізації температури, другий вхід основного теплообмінника сполучений з магістраллю подання азоту до блоку осушення й очищення, перший вихід основного теплообмінника сполучений з входом турбодетандера, вихід якого сполучений з магістраллю відведення повітря з основного теплообмінника через дросельний вентиль. Заявлений технічний результат досягається завдяки тому, що при реалізації у повітророзділових установках термодинамічних циклів середнього і високого тисків пропонується за рахунок теплоти компримування повітря в абсорбційній бромистолітієвій холодильній машині виробляти холодну воду з температурою +5 - +7°С, за допомогою якої можна забезпечити роботу системи термостабілізації, виключив при цьому з традиційної схеми повітророзділової установки першу холодильну машину. А також охолодити конденсатор другої низькотемпературної холодильної машини для збільшення її холодопродуктивності. Повітророзділова установка зображена на кресленні. Заявлена повітророзділова установка містить сполучені між собою багатоступінчатий поршневий компресор 1, нагрівальний теплообмінник 2, охолоджувальний теплообмінник 3, теплообмінник стабілізації температури 4, блок осушення й очищення 5, абсорбційну бромистолітієву холодильну машину 6, низькотемпературну холодильну машину 8 з конденсатором 7, турбодетандер 9, дросельний вентиль 10, основний теплообмінник 11, випарник 12 і електронагрівник 13. Перелічені вузли сполучені між собою за такою технологічною схемою. Перший вихід багатоступінчатого поршневого компресора 1 сполучений з першим входом нагрівального теплообмінника 2, перший вихід якого сполучений з першим входом охолоджувального теплообмінника 3. Другий вихід багатоступінчатого поршневого компресора 1 сполучений з магістраллю відведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6, а другий вхід багатоступінчатого поршневого компресора 1 сполучений з магістраллю підведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6. Другий вихід нагрівального теплообмінника 2 сполучений з другим входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6, другий вихід якої сполучений з другим входом нагрівального теплообмінника 2. Перший вихід охолоджувального теплообмінника 3 сполучений з першим входом теплообмінника стабілізації температури 4. Другий вихід охолоджувального теплообмінника 3 сполучений з магістраллю відведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6, а другий вхід о холоджувального теплообмінника 3 сполучений з магістраллю підведення абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6. Перший вихід теплообмінника стабілізації температури 4 сполучений з першим входом блоку осушення й очищення 5, другий вихід теплообмінника стабілізації температури 4 сполучений з другим входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6, другий вихід якої сполучений з другим входом теплообмінника стабілізації температури 4. Третій вхід теплообмінника стабілізації температури 4 сполучений з виходом блоку осушення й очищення 5. Третій вихід абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6 сполучений з першим входом конденсатора 7 низькотемпературної холодильної машини 8. Перший вихід конденсатора 7 низькотемпературної холодильної машини 8 сполучений з третім входом абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6. Окрім того, низькотемпературна холодильна машина 8 сполучена з випарником 12, розміщеним в основному теплообміннику 11. Перший вхід основного теплообмінника 11 сполучений з третім виходом теплообмінника стабілізації температури 4. Другий вхід основного теплообмінника 11 сполучений з магістраллю подання азоту до блоку осушення й очищення 5. Перший вихід основного теплообмінника 11 сполучений з входом турбодетандера 9, вихід якого сполучений з магістраллю відведення повітря з основного теплообмінника 11 через дросельний вентиль 10. Установка працює у такий спосіб. Атмосферне повітря через систему фільтрів всмоктується в багатоступінчатий поршневий компресор 1, стискається в ньому до тисків 7 МПа (цикл середнього тиску) або 20 МПа (цикл високого тиску), і з температурою 145°С надходить до нагрівального теплообмінника 2, де за рахунок теплообміну з водою або іншим теплоносієм охолоджується до температури 100°С, при цьому вода нагрівається до 90°С. Далі повітря спрямовується до охолоджувального теплообмінника 3, де охолоджується до температури 30°С за рахунок теплообміну з циркулюючою в замкнутому контурі водою від градирні системи оборотного водопостачання (окремою позицією на схемі не показано). Після цього повітря надходить до теплообмінника стабілізації температури, де воно охолоджується до температури 12°С, а потім спрямовується в один з двох поперемінно працюючих адсорберів блоку осушення й очищення 5, де відбувається осушення й очищення повітря від диоксиду вуглецю. В процесі осушення й очищення повітря знову нагрівається, тому після блоку осушення й очищення 5 його знову спрямовують до теплообмінника стабілізації температури 4, де воно охолоджується до вихідної температури (12°С). Регенерація адсорбенту адсорберів блоку осушення й очищення 5 відбувається нагрітим в електронагрівнику 13 потоком відкидного азоту. Далі весь потік повітря спрямовується до основного теплообмінника 11, де воно охолоджується за рахунок рекуперації холоду зворотних потоків (відкидний азот, продуктові потоки). При цьому потік повітря поділяється на дві частини: перша спрямовується на розширення в турбодетандер 9, друга -в дросельний вентиль 10. Після чого обидва потоки повітря змішуються і направляються в блок розділення, де повітря зріджується та поділяється в процесі ректифікації на кисень, азот та аргон. Для підвищення ефективності повітророзділової установки і підвищення виходу продуктів розподілу повітря використовується низькотемпературна холодильна машина 8 з температурою кипіння мінус 30°С, випарник 12 якої розташований у верхній частині основного теплообмінника 11. А для підвищення холодопродуктивності низькотемпературної холодильної машини 8 її конденсатор 7 охолоджується холодною водою. Охолодження повітря в теплообміннику стабілізації температури 4 і конденсаторі 7 низькотемпературної холодильної машини 8 забезпечується за рахунок подачі холодної води з температурою +5 - +7°С, яка виробляється в абсорбційній бромистолітієвій холодильній машині 6. Підведення теплоти до абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6 на рівні 90°С забезпечується за рахунок теплоти компримування повітря в останньому ступені багатоступінчатого поршневого компресора 1, яка передається за допомогою нагрівального теплообмінника 2. Охолодження абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 6, як і багатоступінчатого поршневого компресора 1, здійснюється водою, що циркулює по замкнутому контуру оборотного водопостачання з градирнею. Високі техніко-економічні показники запропонованої повітророзділової установки демонструються на прикладі установки, що виробляє з 3000м 3/годину повітря 400 кг/годину рідкого кисню. Усунення із системи першої холодильної машини із споживаною потужністю 10 кВт, завдяки подачі холодної води від абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, дає річну економію електроенергії у 80 тисяч кВттодину. Охолодження холодною водою від абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини конденсатора другої низькотемпературної холодильної машини призводить до збільшення її холодопродуктивності на 10% і зниженню температури охолодження на 5°С, що дозволяє протягом року додатково виробити 250 тонн рідкого кисню. Прибуток від продажу тільки цього додатково виробленого кисню повністю компенсує витрати на придбання абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини, тобто забезпечує строк окупності капітальних вкладень за 1 рік.