Кріогенна повітророздільна установка низького тиску для одночасного виробництва кисню та азоту

Кріогенна повітророздільна установка низького тиску для одночасного виробництва кисню та азоту, що містить сполучені між собою системою технологічних тр убопроводів основний компресор, кінцевий холодильник, вологовіддільник, теплообмінник, блок очищення й осушення, електронагрівник та блок охолодження і розділення повітря, яка відрізняє ться тим, що вона додатково містить детандер-компресорний агрегат, другий кінцевий холодильник, теплообмінник і другий вологовіддільник, при цьому вихід компресора детандеркомпресорного агрегату сполучений з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого спо U 2 (19) 1 3 25509 й розділення повітря. Поперемінна регенерація одного з адсорберів блока осушення й очищення здійснюється частиною осушеного й очищеного в ньому повітря, яке відбирається після блока осушення й очищення, попередньо підігріваючись в електронагрівнику. У повітророздільних установках, що реалізують цю схему, можна одночасно виробляти і кисень, і азот. Але, через відсутність в таких установках достатньої кількості відкидного газу, який може використовува тися для регенерації адсорберів, з установки відбирається до 15% від загальної кількості очищеного в блоці осушення й очищення повітря, що подається компресором на розділення. Хоча з нього можна отримати додаткову кількість кисню та азоту. Найближчий аналог і корисна модель, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - основний компресор; - кінцевий холодильник; - вологовіддільник; - теплообмінник; - електронагрівник - блок очищення й осушення; - блок охолодження і розділення повітря. Але недоліком такої кріогенної повітророздільної установки є використання в ній частини (до 15%) стисливого в компресорі й очищеного в блоці осушення й очищення повітря для регенерації поперемінне виведеного з експлуатації одного з адсорберів блока осушення й очищення. Це обумовлює в установці два істотних види втрат: 1) електроенергії, що була витрачена на стиск цієї частини повітря; 2) кисню й азоту, які додатково можна було б зробити за рахунок розділення 15% повітря, яке було безповоротно витрачено для регенерації адсорберів. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створити кріогенну повітророздільну установку низького тиску, в якій шляхом введення до складу установки детандеркомпресорного агрегату, другого кінцевого холодильника, теплообмінника та другого вологовіддільника, а також іншої схеми сполучення відомих і нових вузлів та елементів забезпечити зменшення енергоспоживання та компенсувати втрати повітря, що переробляється. Поставлена задача вирішена в кріогенній повітророздільній установці низького тиску для одночасного виробництва кисню та азоту, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів основний компресор, кінцевий холодильник, вологовіддільник, теплообмінник, електронагрівник, блок очищення й осушення та блок охолодження і розділення повітря тим, що вона додатково містить детандер-компресорний агрегат, др угий кінцевий холодильник, теплообмінник та другий вологовіддільник, при цьому ви хід компресора детандер-компресорного агрегату сполучений з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого сполучений з входом основного компресора, вихід основного компресора сполучений з першим входом першого теплообмінника, перший вихід якого сполучений з входом другого кінцевого холодильника, вихід другого кінцевого холодиль 4 ника сполучений з входом першого вологовіддільника, вихід якого сполучений з першим входом другого теплообмінника, перший вихід якого сполучений з входом другого вологовіддільника, вихід другого вологовіддільника сполучений з першим входом блока очищення й осушення, перший вихід якого сполучений з блоком охолодження й розділення повітря та другим входом першого теплообмінника, другий ви хід якого сполучений з входом детандера детандер-компресорного агрегату, вихід детандера детандер - компресорного агрегату сполучений з другим входом другого теплообмінника, другий вихід якого сполучений з входом електронагрівника, а трубопроводи підведення і відведення блока очищення й осушення сполучені між собою обвідним трубопроводом. Досягнення заявленого технічного результату забезпечується, зокрема, використанням роботи розширення в детандері детандер-компресорного агрегату частини повітря, що надходить на регенерацію адсорберів блока осушення й очищення, для забезпечення роботи компресора детандер компресорного агрегату. Це призводитьдо підвищення його масової продуктивності при незначному збільшенні споживаної їм електроенергії. Запропонована кріогенна повітророздільна установка характеризується ще однією перевагою. За рахунок використання холоду, о триманого при розширенні повітря в детандері детандер - компресорного агрегату, можна охолоджувати весь потік повітря, що переробляється, перед блоком осушення й очищення повітря. Це дозволяє виключити зі схеми кріогенної повітророздільної установки компресорну холодильну машину. Технологічна схема запропонованої кріогенної повітророздільної установки низького тиску для одночасного виробництва кисню та азоту зображена на кресленні. Установка містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів компресор 1 детандер - компресорного агрегату 16, перший кінцевий холодильник 2, основний компресор 3, перший теплообмінник 4, другий кінцевий холодильний 5, перший вологовіддільник 6, другий теплообмінник 7, другий вологовіддільник 8, блок очищення й осушення 9, блок охолодження і розділення повітря 10, трубопровід 11 для відведення азоту, трубопровід 12 для відведення кисню, обвідний трубопровід 13, електронагрівник 14 та детандер 15 детандер-компресорного агрегату 16. Перелічені вузли й елементи кріогенної повітророздільної установки низького тиску сполучені між собою за такою технологічною схемою. Вихід компресора 1 детандер-компресорного агрегату 16 сполучений з входом першого кінцевого холодильника 2, вихід якого сполучений з входом основного компресора 3, вихід основного компресора 3 сполучений з першим входом першого теплообмінника 4, перший вихід якого сполучений з входом другого кінцевого холодильника 5, вихід другого кінцевого холодильника 5 сполучений з входом першого вологовіддільника 6, вихід якого сполучений з першим входом другого теплообмінника 7, перший вихід якого сполучений з входом другого вологовіддільника 8, вихід другого волого 5 25509 віддільника 8 сполучений з першим входом блока очищення й осушення 9, перший вихід якого сполучений з блоком охолодження й розділення повітря 10 та другим входом першого теплообмінника 4, другий вихід першого теплообмінника 4 сполучений з входом детандера 15 детандер - компресорного агрегату 16, вихід детандера 15 детандеркомпресорного агрегату 16 сполучений з другим входом другого теплообмінника 7, другий вихід якого сполучений з входом електронагрівника 14, а трубопроводи підведення і відведення блока очищення й осушення 9 сполучені між собою обвідним трубопроводом 13. Установка працює наступним чином. Атмосферне повітря через систему фільтрів всмоктується в компресор 1 детандер - компресорного агрегату 16, стискається в ньому до тиску 0,12МПа, охолоджується в першому кінцевому холодильнику 2 і спрямовується на усмоктування в основний компресор 3, де воно стискається до тиску 0,8МПа, потім послідовно охолоджується в першому теплообміннику 4 і другому кінцевому холодильнику 5, очищається від краплинної вологи у першому вологовіддільнику 6, охолоджується в другому теплообміннику 7 до оптимальної температури адсорбції +6 - +8°С. Після видалення вологи, що сконденсувалася при його охолодженні, у другому вологовіддільнику 8 повітря потрапляє в поперемінне працюючі адсорбери блока осушення й очищення 9, де воно осушується й очищається від СО2. Потік осушеного й очищеного повітря розділяється на дві частини у співвідношенні 1:5, більша частина потоку надходить у блок охолодження й розділення повітря 10 для одержання кисню, який відводиться по трубопроводу 12 і азоту, який відводиться по трубопроводу 11, а менша, попередньо підігріта в теплообміннику 4 до температури 100°С, спрямовується на розширення в детандер 15 детандер-компресорного агрегату 16. Попередній підігрів повітря, що надходить на розширення в детандер 15 детандеркомпресорного агрегату 16, в першому теплообміннику 4, необхідний для забезпечення прийнятного температурного рівня повітря на виході з нього й збільшення виробленої ним роботи, яка йде на привод компресора 1 детандер-компресорного агрегату 16, що перебуває на одному валу з детандером 15 детандер-компресорного агрегату 16. При розширенні в детандері 15 детандеркомпресорного агрегату 16 до тиску 0,15МПа, повітря охолоджується до температури -15°С. З цією температурою воно потрапляє в другий теплообмінник 7, де нагрівається до температури +15°С. Подальше нагрівання повітря до температури регенерації адсорберів блока осушення й очищення 9 здійснюється в електронагрівнику 14. Нагріте до необхідної температури повітря надходить на регенерацію блока осушення й очищення 9, після чого викидається в атмосферу. При охолоджуванні адсорберів блока осушення й очищення 9 повітря 6 в них подається, минаючи електронагрівник 14, по обвідному тр убопроводу 13. Кріогенна повітророздільна установка низького тиску для одночасного виробництва кисню й азоту, що працює по запропонованій схемі, має ряд переваг перед прототипом: - корисно використовується енергія стисненого повітря, що надходить на регенерацію поперемінно потребуємих цього адсорберів блока осушення й очищення. - використання холоду, який отримується при розширенні повітря в детандері детандер - компресорного агрегату, дозволяє відмовитися від застосування в повітророздільній установці компресорної холодильної машини. - попередній стиск атмосферного повітря, що надходить на усмоктування основного компресора, у компресорі детандер-компресорного агрегату, дозволяє збільшити продуктивність основного компресора, а, отже, і повітророздільної установки, на 15%. Кріогенна повітророздільна установка низького тиску для одночасного виробництва кисню й азоту, яка працює на основі запропонованої схеми, характеризується зниженим, у порівнянні із прототипом, енергоспоживанням. Так, наприклад, в установці, що укомплектована компресором з номінальною продуктивністю 1000нм 3/годину і споживаною потужністю 140кВт, використовується компресорна холодильна машина із споживаною потужністю 15кВт, а для регенерації адсорберів блока осушення й очищення необхідно використовувати 15% від потоку повітря, що переробляється ним, тобто, 1000×0,15=150нм 3/годину, при цьому на розділення потрапляє лише 1000150=850нм 3/годину повітря. При використанні запропонованої схеми, за рахунок попереднього стиску атмосферного повітря в компресорі детандер - компресорного агрегату продуктивність основного компресора збільшується до 1200нм 3/годину, а його енергоспоживання зростає тільки на 10%, або 145.0,1=14,5кВт. Більш низький темп зростання потужності, яку споживає основний компресор, у зрівнянні з його продуктивністю, пояснюється зниженням ступеня стиску основного компресора з 8 до 6,7 за рахунок попереднього стиску повітря в компресорі детандеркомпресорного агрегату. У даному випадку для регенерації абсорберів блока осушення й очищення необхідно 1200-0,15=180нм 3/годину повітря, тобто, на розділення буде потрапляти 1200180=1020нм 3/годину повітря. Таким чином, використання запропонованої схеми кріогенної повітророздільної установки низького тиску дозволить підвищити її продуктивність по кисню й азоту на 15%. Зростання енергоспоживання основного компресора (14,5кВт) компенсується виключенням зі схеми повітророздільної установки компресорної холодильної машини (15кВт). 7 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 25509 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601