Комплекс для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю, газоподібного азоту та рідких кисню або азоту

Комплекс для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю, газоподібного азоту, рідких кисню або азоту, який відрізняється тим, що він містить сполучені між собою технологічними трубопроводами подачі потоків робочих тіл, а також теплоти і холоду, ко 3 З науково-технічної та патентної літератури невідомі комплекси для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю, газоподібного азоту та рідких кисню або азоту, близьких по технічній суті. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створити комплекс для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і газоподібного азоту та рідких кисню та азоту, в якому шляхом додаткового введення когенераційної установки та оригінальної схеми сполучення установок комплексу забезпечити ефективне використання високого енергетичного потенціалу природного газу для одночасного одержання електричної енергії, необхідної для приводу обладнання комплексу, та теплової енергії, що витрачається на одержання водяної пари та холоду. Поставлена задача вирішена в комплексі для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю, газоподібного азоту та рідких кисню та азоту тим, що він включає сполучені між собою технологічними трубопроводами подачі потоків робочих тіл, а також теплоти і холоду когенераційну установку, змішувач, абсорбційно-десорбційну установку, блок осушки, паровий котел, що використовує природний газ, холодильну вуглекислотну установку, абсорбційні бромистолітієву і водоаміачну холодильні машини та повітророзподілювальну установку, при цьому один вихід когенераційної установки через змішувач сполучений з абсорбційно-десорбційною установкою, яка сполучена з блоком осушки азоту і паровим котлом, сполученим зі змішувачем, другий вихід когенераційної установки сполучений з абсорбційною бромистолітієвою холодильною машиною, а третій вихід когенераційної установки сполучений з абсорбційною водоаміачною холодильною машиною, причому абсорбційні бромистолітієва і водоаміачна холодильні машини, в свою чергу, сполучені з холодильною вуглекислотною та повітророзподілювальною установками. Заявлене технічне рішення дозволило об'єднати в одному комплексі, який витрачає тільки природний газ, низку сполучених потоками енергії, теплоти та холоду установок: когенераційної установки, що виробляє електроенергію і теплоту; парового котла, який виробляє тільки необхідну для виділення СО2 з продуктів згоряння в установці абсорбції-десорбції кількість пари; холодильної вуглекислотної установки для зріджування CO 2 та кріогенної повітророзподілювальної установки, за допомогою якої отримуються рідкі кисень або азот. Комплекс для автономного виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і газоподібного азоту та рідких кисню або азоту зображений на кресленні. Комплекс містить когенераційну установку 1, абсорбційно-десорбційну установку 2, холодильну вуглекислотну установку 3 і повітророзподілювальну установку 4. Один вихід когенераційної установки 1 через змішувач 5 сполучений з абсорбційно-десорбційною установкою 2, яка сполучена з блоком осушки азоту 6 і паровим котлом 7. Паровий котел 7 сполучений зі змішувачем 5. Другий 48408 4 вихід когенераційної установки 1 сполучений з абсорбційною бромистолітієвою холодильною машиною 8, а третій вихід когенераційної установки 1 сполучений з водоаміачною холодильною машиною 9. Абсорбційні бромистолітієва 8 і водоаміачна 9 холодильні машини сполучені з холодильною вуглекислотною установкою 3 і повітророзподілювальною установкою 4. Когенераційна установка містить сполучені між собою газопоршневий двигун 10, генератор електроенергії 11 і паровий котел 12. Абсорбційно-десорбційна установка 2 містить сполучені між собою абсорбер 13, холодильник 14, регенераційний теплообмінник 15, десорбер 16, насоси 17 і 18. Холодильна вуглекислотна установка 3 містить сполучені між собою компресор 19, холодильник 20, блок осушки діоксиду вуглецю 21, конденсатор 22, дросельний вентиль 23 та ізотермічну ємність 24. Повітророзподілювальна установка 4 містить сполучені між собою компресор 25, теплообмінник-зріджувач 26, холодильник 27, блок осушки повітря 28, випарник 29, турбодетандер 30, основний теплообмінник 31, вентиль 32, нижню колону 39, конденсатор-випарник 34, переохолоджувач рідкого кисню 35, вентиль 36, переохолоджувач рідкого азоту 37, переохолоджувач кубової рідини 38 та верхню колону 33. Робота комплексу, що заявляється, здійснюється наступним чином. Частина природного газу (ПГ) подається в когенераційну установку 1 з газопоршневим двигуном 10 разом з повітрям (П). В результаті в генераторі 11 виробляються електрична енергія та тепло. Тепло від системи охолодження газопоршневого двигуна 10 відводиться у вигляді гарячої води, яка має температуру 90-100°С. Гаряча вода з вказаним відносно невеликим потенціалом використовується у абсорбційній бромистолітієвій холодильній машині 8, яка виробляє холодну воду з температурою 5°С для її застосування в комплексі для відводу теплоти стискання СО2 в охолоджувачі 20 та охолоджування повітря в холодильнику 27 повітророзподілювальної установки 4 перед блоком осушки повітря 28. Холодопродуктивності абсорбційної бромистолітієвої холодильною машини 8 достатньо для забезпечення вказаних процесів охолодження. Теплота вихлопних газів від когенераційної установки 1 з температурою 500°С використовується в утилізаторі теплоти - паровому котлі 12 для виробництва пари. Отримана пара застосовується в абсорбційній водоаміачній холодильній машині 9, котра виробляє холод в результаті кипіння аміаку в випарнику при температурі -35°С. Цей холод витрачається з двома цілями: для конденсації та переохолодження рідкого СО2 в холодильній вуглекислотній установці 3, а також для охолодження частини потоку повітря, що подається в основний теплообмінник 31 повітророзподілювальної установки 4. Після парового котла 12 вихлопні гази від газопоршневого двигуна 10 змішуються з димовими 5 газами, які поступають від парового котла 7 в змішувачі 5. В паровому котлі 7 стехіометричне спалюється інша частина природного газу в середовищі повітря для вироблення водяної пари з температурою 135°С. Пара використовується для витягання СО2 з вихлопних газів двигуна в абсорбційно-десорбційній установці 2 для регенерації розчину абсорбенту в десорбері 16. В результаті змішування вихлопних та димових газів у змішувачі 5 забезпечується зниження вмісту в них О2, менш ніж 4% об., та підвищення вмісту СO2 - до 8% об. для подальшого його поглинання розчином абсорбенту в абсорбері 13. В абсорбері 13 СО2 поглинається з димових газів водним розчином моноетаноламіну, котрий циркулює між абсорбером 13 і десорбером 16. Насичений розчин абсорбенту з абсорбера 13 за допомогою насоса 17 подається у десорбер 16 через регенераційний теплообмінник 15. В десорбері 16 за рахунок підводу теплоти від парового котла 7 здійснюється регенерація розчину абсорбенту. Що ж стосується газоподібного СО2, то він з десорбера 16 направляється на всмоктування в поршневий компресор 19 для подальшого зріднювання. Виснажений розчин абсорбенту з десорбера 16 за допомогою насоса 18 подається на зрошування абсорбера 13, пройшовши перед тим теплообмінник 15 і водяний холодильник 14. Циркуляція розчину повторюється. Очищений від С02 газ, котрий складається в основному з N2 і Н2О, після абсорбера 13 направляється в блок осушки азоту 6. Після блоку осушки азоту 6 газоподібний азот видається споживачеві. Газоподібний СО2 компримується в поршневому компресорі 19 до тиску 5МПа, охолоджується в холодильнику 20, осушується в блоці осушки 21, конденсується і переохолоджується в конденсаторі 22. Охолодження газоподібного СО 2 відбувається за рахунок підводу холодної води з температурою 5°С від абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 8. Рівноважна температура конденсації СО2 складає 15°С. Переохолодження рідкого діоксиду вуглецю до температури -25°С здійснюється за рахунок абсорбційної водоаміачної холодильної машини 9. Далі через дросельний вентиль 23 рідкий діоксид вуглецю дроселюється в ізотермічну ємність 24 до тиску 1,6МПа. З ізотермічної ємності 24 рідкий низькотемпературний діоксид вуглецю видається споживачеві, а пара СО 2 подається на регенерацію блока осушки діоксиду вуглецю 21. Кількість холоду, що його виробляють вказані холодильні машини, є достатньою для охолодження, конденсації та переохолоджування всього СО2, що витягується з димових газів. Залишається ще холод з температурою 5°С, який виробляється абсорбційною бромистолітієвою холодильною машиною 8, котрий використовується для охолодження всього потоку повітря перед блоком його осушки і очистки 28 до температури 8°С. Це забезпечує оптимальні умови роботи адсорбентів при осушенні повітря. Частина низькотемпературного холоду з температурою -35°С, який виробляється абсорбційною водоаміачною холодильною машиною 9, використовується для охолодження 48408 6 частини потоку повітря, що подається в основний теплообмінник 31 повітророзподілювальної установки 4. Це підвищує холодопродуктивність кріогенного циклу, що реалізується, та вихід рідкого кисню або азоту, в залежності від режиму роботи повітророзподілювальної установки 4. Повітря стискається в компресорі 25 до середнього тиску та охолоджується в теплообмінникузріджувачі 26. Далі воно проходить холодильник 27 абсорбційної бромистолітієвої холодильної машини 8, в якому охолоджується до температури 8°С та поступає до блоку осушки 28. Після блоку осушки 28 потік повітря ділиться на дві частини. Одна частина охолоджується в випарнику 29 абсорбційної водоаміачної холодильної машини 9 до температури -25°С та подається в середню частину основного теплообмінника 31. Друга частина повітря направляється в основний теплообмінник 31. В нижній частині основного теплообмінника 31 робиться відбір частини повітря для розширення його в турбодетандері 30, після чого воно подається в верхню частину нижньої колони 39 на розділення. Частина повітря з основного теплообмінника 31, що залишилася, направляється в нижню частину нижньої колони 39, попередньо дроселюючись через вентиль 32 до робочого тиску нижньої колони. Кубова рідина з куба нижньої колони через переохолоджувач 38 дроселюється в верхню частину верхньої колони 33 через вентиль 36, пройшовши перед цим переохолоджувач 35. Рідкий азот після конденсації в конденсаторівипарнику 34 видається споживачеві через переохолоджувач 37. Рідкий кисень з нижньої частини верхньої колони 33 через переохолоджувач 35 також направляється споживачеві. В залежності від режиму роботи установки виробляється або рідкий кисень, або рідкий азот. Газоподібний відкидний азот з верхньої частини верхньої колони 33, пройшовши переохолоджувачі 37 та 38, поступає в основний теплообмінник 31. Після цього він подається в теплообмінник-зріджувач 26 та на регенерацію блока осушки 28. В результаті ефективного використання природного газу в когенераційній установці комплексу, що заявляється, в ньому виробляється: 1200кВт електричної енергії, з яких 715кВт споживається повітророзподілювальною установкою, а 385кВт - холодильною вуглекислотною установкою, інші кВт використовуються на привод допоміжного обладнання; 1400кВт теплоти, з яких 930кВт використовується в абсорбційній бромистолітієвій холодильній машині, яка виробляє холодну воду з температурою 5°С для конденсації СО2 та охолодження повітря перед блоком осушки, та 430кВт - в абсорбційній водоаміачній холодильній машині, яка забезпечує температуру кипіння аміаку -35°С, для конденсації та переохолодження рідкого діоксиду вуглецю в холодильній вуглекислотній установці та охолодження частини потоку повітря перед основним теплообмінником в повітророзподілювальній установці; 1200кг/год, рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю; 7 48408 520кг/год, рідких кисню або азоту; 3 7500м /год. газоподібного азоту. Об'єднання когенераційної установки 1, парового котла 7, холодильної вуглекислотної установки 3 та абсорбційно-десорбційної установки 2 з повітророзподілювальною установкою 4 дає можливість ефективно використовувати теплоту з потенціалом 90-100°С і теплоту з потенціалом 500°С для виробництва холоду, який витрачається для підвищення ефективності виробництва як рідкого Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 низькотемпературного діоксиду вуглецю та газоподібного азоту, так і рідких кисню або азоту. Заявлений комплекс, що діє автономно, має високий ККД. При виробництві електроенергії і теплоти, які використовуються в самому комплексі, а також рідкого низькотемпературного СО 2, рідкого О2 (або рідкого N2) та газоподібного N2 ексергетичний ККД комплексу дорівнює 12%. Відомий комплекс-прототип, що виробляє тільки рідкий СO2 та газоподібний азот, має ексергетичний ККД не вище 2%. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601