RU2137994C1

RU2137994C1 - Air separation plant

Info

Publication number: RU2137994C1
Application number: RU98100405A
Authority: RU
Inventors: А.М. Машанов
Original assignee: Машанов Александр Михайлович
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: air separation units. SUBSTANCE: unit of plant used for cleaning argon oxygen is made in form of column filled with magnetic packing and unit used for cleaning argon from nitrogen is made in form of packed column with condenser-evaporator mounted in its lower portion. Upper and lower double rectification columns contain magnetic packing. EFFECT: reduced overall dimensions of plant; reduced power requirements and losses of argon; improved quality of separated products. 3 dwg

Description

Предложение относится к установкам разделения воздуха (ВРУ), в частности может быть использовано для разделения воздуха с извлечением аргона. The proposal relates to air separation units (ASUs), in particular, it can be used for air separation with argon extraction.

Известна установка разделения воздуха, содержащая нижнюю и верхнюю колонны двукратной ректификации с патрубками, узел очистки аргона от кислорода и узел очистки аргона от азота. (см.Головко Г. Л. Установка для производства инертных газов, Л., Машиностроение, 1974, с.243). A known installation of air separation, containing the lower and upper columns of double distillation with nozzles, a unit for cleaning argon from oxygen and a unit for cleaning argon from nitrogen. (see Golovko G. L. Installation for the production of inert gases, L., Mechanical Engineering, 1974, p. 243).

Недостатком известной установки является то, что нижняя и верхняя колонны двукратной ректификации с колонной сырого аргона выполнены тарельчатыми колоннами, которые имеют большие габариты, что приводит к большим габаритам в высоту самой установки. A disadvantage of the known installation is that the lower and upper double rectification columns with a crude argon column are made of plate columns, which have large dimensions, which leads to large dimensions in height of the installation itself.

Кроме того, разделительная способность тарельчатой колонны сырого аргона не обеспечивает очистку аргона от кислорода до его содержания менее 0,0005% O₂, что приводит к вводу дополнительного оборудования очистки аргона от кислорода (цеолитовый блок очистки аргона), что в сою очередь приводит к потерям аргона, к дополнительным капитальным затратам и энергозатратам.In addition, the separation ability of a dish-shaped column of crude argon does not ensure the purification of argon from oxygen to its content of less than 0.0005% O ₂ , which leads to the introduction of additional equipment for purification of argon from oxygen (zeolite block for purification of argon), which in turn leads to losses argon, to additional capital costs and energy costs.

Техническим результатом использования данного предложения является уменьшение габаритов установки, снижение металлоемкости, трудоемкости, энергозатрат и потерь аргона, кроме того, повышение качества продуктов разделения воздуха. The technical result of using this proposal is to reduce the dimensions of the installation, reduce metal consumption, labor intensity, energy consumption and argon losses, in addition, improve the quality of air separation products.

Технический результат достигается тем, что установка разделения воздуха, содержит нижнюю и верхнюю колонны двукратной ректификации с патрубками, узел очистки аргона от кислорода и узел очистки аргона от азота, узел очистки аргона от кислорода выполнен в виде колонны с патрубками, заполненной магнитной насадкой, узел очистки аргона от азота выполнен в виде насадочной колонны с патрубками и конденсатором-испарителем с патрубками, размещенными в нижней части последней и дефлегматором с патрубками, при этом в нижней и верхней колоннах двукратной ректификации размещены соответствующая магнитная насадка, причем патрубок выхода жидкого технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода сообщен с патрубком ввода жидкого технического аргона насадочной колонны, патрубок выхода газообразного технического аргона насадочной колонны сообщен с патрубком газообразного технического аргона колонны узла очистки аргона от кислорода, патрубок выхода жидкого азота из конденсатора сообщен с патрубком ввода жидкого азота дефлегматора, патрубок выхода жидкого азота которого сообщен с патрубком входа жидкого азота верхней колонны двукратной ректификации, патрубок выхода газообразного азота дефлегматора сообщен с патрубком выхода газообразного азота верхней колонны двукратной ректификации. The technical result is achieved by the fact that the air separation unit contains the lower and upper double rectification columns with nozzles, an argon purification unit for oxygen and an argon purification unit for nitrogen, an argon purification unit for oxygen is made in the form of a column with nozzles filled with a magnetic nozzle, a purification unit argon from nitrogen is made in the form of a packed column with nozzles and a condenser-evaporator with nozzles located in the lower part of the latter and a reflux condenser with nozzles, while in the lower and upper columns two For rectification, the corresponding magnetic nozzle is placed, and the outlet pipe for liquid technical argon of the column of the unit for cleaning argon from oxygen is connected with the nozzle for introducing the liquid technical argon of the packed column, the outlet pipe for gaseous technical argon of the packed column is connected with the nozzle for gaseous technical argon of the column for oxygen unit, the nozzle the liquid nitrogen outlet from the condenser is in communication with a liquid nitrogen inlet port of a reflux condenser, the liquid nitrogen outlet pipe of which communicated with the inlet of liquid nitrogen inlet of the upper double rectification column; the outlet pipe of the gaseous nitrogen outlet of the reflux condenser is in communication with the outlet inlet of gaseous nitrogen in the upper double rectification column.

На фиг.1 изображена установка разделения воздуха с получением аргона. Figure 1 shows the installation of separation of air with obtaining argon.

На фиг.2 - магнитная насадка колонны. Figure 2 - magnetic nozzle columns.

На фиг.3 - ячейка магнитной насадки. Figure 3 - cell magnetic nozzle.

Установка содержит нижнюю 1 и верхнюю 2 колонны двукратной ректификации, узел очистки аргона от кислорода, выполненный в виде колонны 3, заполненной магнитной насадкой 4, узел очистки аргона от азота, выполненный в виде насадочной колонны 5, конденсатор-испаритель 6 и дефлегматор 7. The installation contains the lower 1 and upper 2 double rectification columns, an oxygen purification unit for argon made in the form of a column 3 filled with a magnetic nozzle 4, a nitrogen purification unit for nitrogen, made in the form of a packed column 5, a condenser-evaporator 6 and a reflux condenser 7.

Нижняя 1 и верхняя 2 колонны двукратной ректификации заполнены магнитной насадкой 8. Патрубок 9 выхода жидкого технического аргона колонны 3 сообщен с патрубком 10 ввода жидкого технического аргона колонны 5, патрубок 11 выхода газообразного технического аргона колонны 5 сообщен с патрубком 12 газообразного технического аргона колонны 3, патрубок 13 выхода жидкого азота из конденсатора 6 сообщен с патрубком 14 ввода жидкого азота дефлегматора 7, патрубок 15 выхода жидкого азота которого сообщен с патрубком 16 входа жидкого азота верхней колонны 2, патрубок 17 газообразного азота дефлегматора 7 сообщен с патрубком 18 выхода газообразного азота колонны 2. Магнитная насадка 4 и 8 может быть выполнена в виде кассет 19 с призмами 20. Магнитная насадка может быть выполнена насыпной. The lower 1 and upper 2 columns of double distillation are filled with a magnetic nozzle 8. The pipe 9 of the outlet of liquid technical argon of the column 3 is in communication with the pipe 10 of the input of liquid technical argon of the column 5, the pipe 11 of the outlet of gaseous technical argon of the column 5 is in communication with the pipe 12 of gaseous technical argon of the column 3, the nozzle 13 for the exit of liquid nitrogen from the condenser 6 is in communication with the nozzle 14 for the introduction of liquid nitrogen of the reflux condenser 7, the nozzle 15 for the exit of liquid nitrogen of which is communicated with the nozzle 16 for the input of liquid nitrogen of the upper column 2, p the nitrogen gas port 17 of the reflux condenser 7 is in communication with the nitrogen gas outlet pipe 18 of the column 2. The magnetic nozzle 4 and 8 can be made in the form of cartridges 19 with prisms 20. The magnetic nozzle can be made bulk.

Поток воздуха В подают в нижнюю 1 колонну двукратной ректификации, а из верхней 2 колонны получают азот N₂, кислород O₂ и аргонную фракцию A^фrг, которую подают в насадочную колонну 3, где благодаря свойствам магнитной насадки 4 достигается полная очистка аргона от кислорода до содержания менее 0,0005% O₂, не прибегая к дополнительному оборудованию. Технический жидкий аргон A^тrж выводят из колонны 3 и подают в верхнюю часть колонны 5, где аргон очищают от азота. Газообразный технический аргон A^тrг из колонны 5 возвращают в колонну 3, жидкую аргонную фракцию A^фrж возвращают из колонны 3 в верхнюю колонну 2 двукратной ректификации.The air flow B is fed into the lower 1 double rectification column, and nitrogen N ₂ , oxygen O ₂ and the argon fraction A ^f rg are obtained from the upper 2 columns, which is fed to the packed column 3, where, due to the properties of the magnetic packing 4, complete removal of oxygen from argon is achieved up to a content of less than 0.0005% O ₂ , without resorting to additional equipment. Technical liquid argon A ^t r is removed from column 3 and fed to the top of column 5, where argon is purified from nitrogen. Technical gaseous argon A ^t rg from column 5 is returned to column 3, the liquid argon fraction A ^f rg is returned from column 3 to the upper double rectification column 2.

Отдувочный поток Отд. из колонны 3 технического аргона выводят в дефлегматор 7, где происходит отмывка аргона от отдувочного потока Отд. в каналах конденсации дефлегматора 7, которые заполнены металлической мелкой насадкой. Флегму Ф с техническим жидким аргоном возвращают в колонну 3, а поток отвала Отв. с содержанием аргона в нем не менее 1% Ar выводят в атмосферу. Stripping flow Sep. from column 3 of technical argon is withdrawn to a reflux condenser 7, where argon is washed from the blow-off stream Sep. in the condensation channels of the reflux condenser 7, which are filled with a metal small nozzle. Phlegm F with technical liquid argon is returned to column 3, and the dump stream Otv. with an argon content of at least 1% Ar, it is vented to the atmosphere.

Жидкий азот N₂ж из конденсатора 6 колонны 5 подают в полость кипения дефлегматора 7, из которого газообразный азот Ngr выводят и подают в коллектор продукционного азота N₂, а жидкий азот N₂ж, который выводят из дефлегматора 7, подают в верхнюю колонну 2 двукратной ректификации. Количеством этого потока поддерживают заданный уровень кипящей жидкости в дефлегматоре 7.Liquid nitrogen N ₂ g from the condenser 6 of column 5 is fed into the boiling cavity of the reflux condenser 7, from which gaseous nitrogen Ngr is removed and fed to the production nitrogen collector N ₂ , and liquid nitrogen N ₂ g, which is removed from the reflux condenser 7, is fed to the upper column 2 double rectification. The amount of this flow maintains a predetermined level of boiling liquid in the reflux condenser 7.

Верхняя 1 и нижняя 2 колонны двукратной ректификации и колонна 3 заполнены магнитной насадкой. Насадка может быть выполнена из кассет 19. Кассета состоит из призм 20, грани которой представляют собой постоянные магниты. Газовый поток подается снизу на контактную часть насадки. Под воздействием поля магнитных узлов между противоположными магнитными полюсами кассет 19 и полюсов- граней парамагнитной компонент в газе устремляется к этим узлам, конденсируется в флегму L и дополнительно обогащает ее параллельно с обогащением, которое происходит по высоте насадки в процессе ректификации. The upper 1 and lower 2 double distillation columns and column 3 are filled with a magnetic nozzle. The nozzle can be made of cassettes 19. The cassette consists of prisms 20, the faces of which are permanent magnets. The gas stream is supplied from below to the contact part of the nozzle. Under the influence of the field of magnetic nodes between the opposite magnetic poles of the cassettes 19 and the pole faces of the paramagnetic component in the gas rushes to these nodes, condenses into reflux L and additionally enriches it in parallel with the enrichment that occurs along the height of the nozzle during rectification.

Флегма подается сверху на контактную часть насадки. Под воздействием поля магнитных узлов между противоположными магнитными полюсами кассет 19 и полюсов-граней парамагнитный компонент ориентируется в магнитном поле в флегме и увеличивается напряженность в данных узлах, и в области повышенной напряженности усиливается магнитный захват парамагнитного компонента из газа G в флегму. Phlegm is fed from above to the contact part of the nozzle. Under the influence of the field of magnetic nodes between the opposite magnetic poles of the cassettes 19 and the face poles, the paramagnetic component is oriented in the magnetic field in reflux and the tension in these nodes increases, and in the region of increased tension the magnetic capture of the paramagnetic component from gas G to the reflux is enhanced.

Магнитный захват парамагнитного компонента из газа G в флегму в узлах магнитной напряженности увеличивает разделительную способность на данной насадке, что позволяет сократить высоту контактной части ректификационной колонны, т. е. приведет к снижению металлоемкости. Уменьшение поверхности ректификационных колонн в ВРУ приведет к снижению холодопотерь или к сокращению энергозатрат при получении продуктов разделения воздуха. Высокая эффективность данной насадки позволяет очистить аргон от кислорода с содержанием менее 0,0005% O₂.Magnetic capture of the paramagnetic component from gas G to reflux at the magnetic tension nodes increases the separation capacity on this nozzle, which allows to reduce the height of the contact part of the distillation column, i.e., will lead to a decrease in metal consumption. Reducing the surface of distillation columns in the ASU will lead to a decrease in cold loss or to a reduction in energy consumption when receiving air separation products. The high efficiency of this nozzle allows you to clean argon from oxygen with a content of less than 0,0005% O ₂ .

Claims

An air separation unit comprising lower and upper double distillation columns with nozzles, an oxygen purification unit for argon and an nitrogen purification unit for argon, characterized in that the unit is equipped with a reflux condenser with nozzles, and a rectification column is equipped with a magnetic nozzle, an oxygen purification unit for argon in the form of a column with nozzles filled with a magnetic nozzle, the nitrogen purification unit for argon is made in the form of a nozzle column with nozzles with a condenser-evaporator with nozzles located in the lower part of the lumen, moreover, the outlet pipe of the liquid technical argon of the column of the unit for cleaning the argon from oxygen is communicated with the pipe of the input of the liquid technical argon of the packed column, the pipe of the output of gaseous technical argon of the packed column is connected with the pipe of the gas technical argon of the column of the unit for cleaning argon from oxygen, the pipe of the liquid nitrogen exit from the condenser communicated with a nozzle for introducing liquid nitrogen of a reflux condenser, a nozzle for exiting liquid nitrogen of which is communicated with a nozzle for entering liquid nitrogen of the upper column rectification, the outlet pipe of the gaseous nitrogen of the reflux condenser is in communication with the pipe of the outlet of the gaseous nitrogen of the reflux condenser is in communication with the pipe of the outlet of the gaseous nitrogen of the upper double rectification column.