Кріогенна повітророзділова установка для одночасного виробництва кисню та азоту

Кріогенна повітророзділова установка для одночасного виробництва кисню та азоту, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів компресор, два кінцевих холодильники, вологовіддільник, теплообмінник термостабілізації, блок очищення й осушення, два електронагрівники, теплообмінник, розширювальну турбомашину, холодильну машину, блок осушення і блок розділення повітря, яка відрізняється тим, що як розширювальну турбомашину установка містить детандер-компресорний агрегат, при цьому ви хід компресора сполучений з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого сполучений з входом вологовіддільника, вихід вологовіддільника сполучений через теплообмінник термостабілізації з першим входом блока очищення й осушення, вихід якого сполучений через теплообмінник термостабілізації з входом тепло U 2 25513 1 3 25513 го тиску, в якій повітря стискається в компресорі, попередньо прохолоджується в кінцевому холодильнику, очищається від вологи у вологовіддільнику, охолоджується в теплообміннику термостабілізації. Потім повітря надходить у блок осушення й очищення, де воно осушується до необхідної температури «крапки роси» і очищається від диоксиду вуглецю [див. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Т.1. /Под редакцией В.И. Епифановой, Л.С. Аксельрода - М: Машиностроение, 1973. -472с.]. Поперемінна регенерація одного з адсорберів блока осушення й очищення здійснюється повітрям, попередньо осушеним в блоку осушення і нагрітим електронагрівником, яке подається додатковим компресором. Холод, потрібний для зрідження повітря і його розділення на основні компоненти (кисень та азот), виробляється за рахунок розширення в турбодетандері частини стислого й очищеного повітря зі здійсненням ним зовнішньої роботи та холоду зворотних потоків, що передається повітрю теплообмінником. Розділення повітря на кисень та азот відбувається в блоці розділення повітря. У повітророзділових установках, які працюють за вказаною схемою, можна одночасно виробляти і кисень, і азот. Але в таких установках відсутній потік відкидного газу, тому для регенерації абсорберів використовується повітря, що подається додатковим компресором. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - компресор; - два кінцевих холодильника; - холодильна машина; - вологовіддільник; - теплообмінник термостабілізації; - блок очищення й осушення; - два електронагрівника; - теплообмінник; - розширювальна турбомашина; - блок осушення; - блок розділення повітря. Але недоліком вищевказаної кріогенної повітророзділової установки є необхідність включення в схему повітророзділової установки додаткового компресора, який після попереднього осушення повітря подає його на регенерацію адсорберів блока осушення й очищення. Це призводить до зростання витрат на розділення повітря. В основу корисної моделі поставлена задача створити кріогенну повітророзділову установку, в якій шляхом заміни розширювальної турбомашини на детандер-компресорний агрегат, а також іншої схеми сполучення відомих і нових вузлів та елементів забезпечити зменшення енергоспоживання. Поставлена задача вирішена в кріогенній повітророзділовій установці для одночасного виробництва кисню та азоту, що містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів компресор, два кінцевих холодильника, вологовіддільник, теплообмінник термостабілізації, блок очищення й осушення, два електронагрівника, теплообмінник, розширювальну турбомашину, холодильну машину, блок осушення і блок розділення повітря тим, що в як розширювальну турбомашину установка містить детандер - компресор 4 ний агрегат, при цьому вихід компресора сполучений з входом першого кінцевого холодильника, вихід якого сполучений з входом вологовіддільника, вихід вологовіддільника сполучений через теплообмінник термостабілізації з першим входом блока очищення й осушення, вихід якого сполучений через теплообмінник термостабілізації з входом теплообмінника, перший вихід теплообмінника сполучений з детандером детандеркомпресорного агрегату, а др угий вихід через дросельний вентиль сполучений з входом блока розділення повітря, а вихід детандера детандеркомпресорного агрегату сполучений з трубопроводом, що з'єднує теплообмінник з блоком розділення повітря, вихід компресора детандеркомпресорного агрегату сполучений з входом другого кінцевого холодильника, вихід якого сполучений з першим входом блока осушення, вихід блока осушення сполучений з входом другого електронагрівника, вихід якого сполучений з другим входом блока осушення, а трубопроводи, що з'єднують блок осушення з другим електронагрівником, сполучені між собою обвідним трубопроводом, окрім того, вихід блока осушення сполучений з входом першого електронагрівника, вихід якого сполучений з другим входом блока очищення й осушення, а другим обвідним трубопроводом вихід блока осушення сполучений через теплообмінник термостабілізації з другим входом блока осушення й очищення, перший вихід якого сполучений з холодильною машиною, а другий вихід - з другим входом блока очищення й осушення. Досягнення заявленого технічного результату забезпечується, зокрема, тим, що для усунення зазначених недоліків замість турбодетандера з масляним гальмом пропонується використовувати детандер-компресорний агрегат, в якому енергія розширення повітря детандера детандеркомпресорного агрегату може витрачатися на стиск атмосферного повітря в його компресорі, який перебуває на одному валу з детандером. Стиснуте таким чином атмосферне повітря може використовува тися для регенерації адсорберів блока осушення й очищення. Підвищення економічності запропонованої схеми досягається за рахунок виключення додаткового компресора з контуру блока осушення й очищення. Технологічна схема запропонованої кріогенної повітророзділової установки для одночасного виробництва кисню та азоту зображена на кресленні. Установка містить сполучені між собою системою технологічних трубопроводів компресор 1, перший кінцевий холодильник 2, холодильну машину 3, вологовіддільник 4, теплообмінник термостабілізації 5, блок осушення й очищення 6, перший електронагрівник 7, блок осушення 8, другий кінцевий холодильник 9, теплообмінник 10, блок розділення повітря 13, детандер-компресорний агрегат 20 з детандером 15 і компресором 16 та другий електронагрівник 17. Перелічені вузли й елементи кріогенної повітророзділової установки сполучені між собою за такою технологічною схемою. Вихід компресора 1 сполучений з входом першого кінцевого холодильника 2, вихід якого сполу 5 25513 чений з входом вологовіддільника 4, вихід вологовіддільника 4 сполучений через теплообмінник термостабілізації 5 з першим входом блока осушення й очищення 6, вихід якого сполучений через теплообмінник термостабілізації 5 з першим входом теплообмінника 10, перший вихід теплообмінника 10 сполучений з детандером 15 детандеркомпресорного агрегату 20, а другий вихід через дросельний вентиль 14 сполучений з входом блока розділення повітря 13, а вихід детандера 15 детандер-компресорного агрегату 20 сполучений з трубопроводом, що з'єднує теплообмінник 10 з блоком розділення повітря 13, вихід компресора 16 детандер-компресорного агрегату 20 сполучений з входом другого кінцевого холодильника 9, вихід якого сполучений з першим входом блока осушення 8, вихід блока осушення 8 сполучений з входом другого електронагрівника 17, вихід якого сполучений з другим входом блока осушення 8, а трубопроводи, що з'єднують блок осушення 8 з другим електронагрівником 17, сполучені між собою обвідним трубопроводом 18. Окрім того, вихід блока осушення 8 сполучений з входом першого електронагрівника 7, вихід якого сполучений з другим входом блока осушення й очищення 6, а другим обвідним трубопроводом 19 вихід блока осушення 8 сполучений з входом теплообмінника термостабілізації 5, перший вихід якого сполучений з холодильною машиною 3, а другий вихід - з другим входом блока осушення й очищення. Установка працює наступним чином. Атмосферне повітря через систему фільтрів усмоктується в компресор 1, стискається в ньому і потім охолоджується в першому кінцевому холодильнику 2. Далі відбувається відділення краплинної вологи з повітря, що переробляється, у вологовіддільнику 4 і охолодження його в теплообміннику термостабілізації 5 до температури 279-281К за допомогою холодильної машини 3. Потім повітря надходить до поперемінно працюючих адсорберів блока осушення й очищення 6, де відбувається його осушення й очищення від диоксиду вуглецю. Осушене і очищене від домішок повітря знову проходить через теплообмінник термостабілізації 5, де воно охолоджується до вихідної температури (279-281К). Подальше охолодження повітря до температури 140-150К відбувається у верхній частині теплообмінника 10 за 6 рахунок рекуперації холоду зворотних потоків, наприклад, продукованих кисню 11 і азоту 12. Після цього потік повітря розділяється на дві частини: перша надходить у детандер 15 детандеркомпресорного агрегату 20, де повітря розширюється та охолоджується, друга – охолоджується, а потім дроселюється в дросельному вентилі 14. Охолоджені й розширені до однакового тиску потоки змішуються і надходять до блока розділення повітря 13. Поперемінна регенерація одного з адсорберів блока осушення й очищення 6 здійснюється таким чином. Атмосферне повітря стискається в компресорі 16 детандер-компресорного агрегату 20, охолоджується в другому кінцевому холодильнику 9 і направляються в блок осушення 8, де воно осушується за допомогою силікагелю до «крапки роси» мінус 20°С. Осушене повітря нагрівається до температури 533-453К в першому електронагрівнику 7 і подається на регенерацію адсорбенту блока осушення й очищення 6, після чого викидається в атмосферу. В режимі охолоджування адсорберів блока осушення й очищення 6 повітря до них подається, минаючи перший електронагрівник 7, по обвідній магістралі 19 через теплообмінник термостабілізації 5. Регенерація силікагелю блока осушення 8 здійснюється частиною потоку осушеного в ньому повітря (10-15%), попередньо нагрітого до температури 433-453К у другому електронагрівнику 17. При охолоджуванні адсорберів блоку осушення 8 повітря подається, минаючи другий електронагрівник 17, по обвідній магістралі 18. Кріогенна повітророзділова установка, створена на основі запропонованої схеми, характеризується зниженим, у порівнянні з прототипом, енергоспоживанням. Так, наприклад, у повітророзділовій установці високого тиску, що переробляє 9500м 3/год повітря, потужність, що розвивається турбодетандером, складає 112кВт. Для регенерації адсорберів блока осушення й очищення в установці за прототипом використовується додатковий повітряний компресор, потужність привода якого дорівнює 85кВт. При використанні запропонованої схеми кріогенної повітророзділової установки, пряма економія електричної енергії за рахунок виключення зі схеми додаткового компресора складе 85кВт. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 25513 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