Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон. Такой способ получения газов называется разделением воздуха методом глубокого охлаждения.
1. Сначала воздух сжимается компрессором, после прохождения теплообменников расширяется в машине-детандере или дроссельном вентиле и охлаждается до температуры 93 K и превращается в жидкость.
2. Дальнейшее разделение жидкого воздуха, состоящего в основном из жидкого азота и жидкого кислорода, основано на различии температуры кипения его компонентов: кислорода — 90,18 K, азота — 77,36 K. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкий кислород, азот и аргон нужной чистоты.
Принцип разделения газов
В основе работы криогенных установок разделения воздуха лежит метод низкотемпературной ректификации, базирующийся на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей. В процессе разделения воздуха при криогенных температурах между находящимися в контакте жидкой и паровой фазами, состоящими из компонентов воздуха, осуществляется массо- и теплообмен. В результате паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая высококипящим компонентом. Пар обогащается низкокипящим компонентом — азотом, а стекающая вниз жидкость насыщается высококипящим компонентом — кислородом.
Преимущества
Криогенный метод — единственный метод, который обеспечивает высокую чистоту продуктов разделения при, что немаловажно, высоком коэффициенте извлечения, и любом количестве продукта, что обуславливает высокую экономичность. При этом метод позволяет одновременно получать несколько продуктов разделения и получать продукты, как в виде газа, так и в виде жидких продуктов. Чем больше продуктов получается на выходе, тем эффективнее работает установка, обеспечивая более высокую гибкость технологии.
Технология криогенной воздухоразделительной установки
Описание процесса работы криогенной ВРУ
Установка воздушного разделения имеет турбодетандер и является установкой адсорбционного типа обыкновенной температуры со следующим производственным процессом:
1. Фильтрация, компрессия (сжатие), предварительное охлаждение и очистка
Воздух поступает в воздушный фильтр через порт всасывания, в котором из него удаляется пыль и механические примеси (загрязнения) и затем входит в центробежный компрессор, где происходит его сжатие. Сжатый воздух входит в повышающий конец турбодетандера. Будучи расширенным, воздух входит в колонну воздушного охлаждения, в предварительную систему охлаждения, где охлаждается при взаимодействии с охлажденной водой, которая поступает из градирни. На вершине колонны воздушного охлаждения установлен инерционный сепаратор и сепаратор, состоящий из проволочной сетки, тем самым предотвращая попадание воды в процессный воздух.
Процессный воздух из системы предварительного охлаждения входит в систему очистки, для удаления из него влажности, двуокиси углерода и углеводородов. Система очистки состоит из двух двойных вертикальных адсорберов и когда один из них работает, другой, регенерируются электрообогревателем и подогретым отбросным азотом из холодного блока.
2. Ректификация
Чистый процессный воздух из системы очистки входит в главный теплообменник холодного блока, и охлаждается газом обратного потока. Когда охлаждение достигает определенной температуры, часть чистого воздуха входит в детандер для расширения, после чего, воздух возвращается к главному теплообменнику для нового нагревания. Остаток воздуха в дальнейшем охлаждается в основном теплообменнике и сжижается. Сжиженный воздух поступает в нижнюю часть нижней колонны. В нижней колонне, увеличивающиеся количество газа смешивается полностью со спускающейся жидкостью, результатом чего становится их теплообмен. Результатом данного теплообмена становиться выделение из воздуха чистого азота и его концентрация в верхней части, в то время как в нижней части генерируется обогащенный кислородом воздух. Чистый азот входит в главный испаритель конденсатора, газообразный азот находится в сжатом состоянии, в то же время происходит испарение жидкого кислорода. Часть жидкого азота используется в нижней и верхней колонах, в то время как остальная часть азота поставляется потребителю как конечный продукт.
Жидкий воздух, произведенный в нижней колоне, доохлаждается и подается в верхнюю колонну для ректификации. В верхней колонне производятся жидкий кислород, газообразный кислород, газообразный азот и жидкий азот, жидкий аргон.
Отбросной азот, извлеченный из верхней колоны, повторно нагревается через предохладитель и главный теплообменник и затем входит в систему очистки для регенерации адсорберов.
3. Система охлаждения
Генерация холода, необходимого для ВРУ, обеспечивается турбодетандером. Сжатие сухого воздуха в циркуляционном цикле осуществляется в центробежной компрессорной ступени турбодетандера до 1,3 МПа. После ступени сжатия сухой воздух охлаждается в промежуточном водяном охладителе. После охладителя воздух поступает в основной теплообменник, где охлаждается, а затем, при температуре 152 К, одна часть воздуха направляется в турбодетандер, другая часть воздуха дросселируется в нижнюю колонну. В турбодетандере воздух расширяется до давления 0,14 МПа и выводится в атмосферу через основной теплообменник.
Применения технологии:
— Получение чистого кислорода
— Получение чистого азота
— Получение чистых редких технических газов и газовых смесей
— Разделение хвостовых продувочных газов установок по производству аммиака
В качестве компонентов криогенной технологии, а также отдельными блоками применяются:
— Системы хранения
— Системы газификации
— Системы транспортировки
— Элементы обвязки
