СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ КИСЛОРОДНЫХ УСТАНОВОК

Кислородные установки различают по производительности, типу холодильного процесса и составу получаемых продуктов.

По производительности имеются три группы установок:

1. Малой производительности (30-250 м³/ч О₂).

Применяют холодильный процесс высокого давления и среднего давления с поршневым детандером. Служат для получения О₂ высокой концентрации (99, 2-99, 5% О₂).

2. Средней производительности (250-3600 м³/ч О₂).

Применяют цикл с двумя давлениями воздуха, иногда – только с низким давлением. Используют как для получения О₂ высокой концентрации, так и содержащего 95-98% О₂, применяемого для интенсификации технологических процессов.

3. Большой производительности (от 3600 м³/ч О₂).

Применяют цикл с низким давлением. Вырабатывают как кислород высокой концентрации, так и 95-98% О₂ для технологического использования.

Для случаев, когда требуется просто обогащенный кислородом воздух, его получают смешением воздуха с О₂, имеющим концентрацию не менее 90% - это экономически целесообразно.

Условные обозначения, используемые для индексации установок:

К – кислород технический газообразный;

К_Т – кислород технологический газообразный;

А_р – аргон газообразный;

А – азот газообразный;

К_ж и А_ж – кислород и азот жидкие.

Основной продукт, получаемый на установке, ставится в индексе на первое место.

Цифры показывают округленное количество основного продукта в тыс. м³/ч для газообразного и в тыс.кг/ч для жидкого продукта.

Для установок на основе базовых моделей К_Т-5, К_Т-12 и К_Т-35 в числовом индексе указывается суммарное количество технического и технологического кислорода.

Установки высокого давления

В таких установках используют циклы Линде и Клода. Основное требование – простота схемы и обслуживания. Энергетические показатели имеют второстепенное значение.

К группе малых установок относятся выпускаемые в настоящее время К-0, 04, а также снятые с производства, но эксплуатируемые на заводах С-30, КГ-30, КГН-30, КГ-130, УКГС-100, УКГС-780.

В старых индексах цифры в конце обозначения указывают количество выпускаемого кислорода или азота в м³/ч^,АГ – газообразный, Н - насос, С – среднее давление.

В тех случаях, когда одновременно с кислородом требуется азот с содержанием 99, 9-99, 95% N₂, используемый в качестве нейтрального газа, применяют установку, работающую по циклу высокого давления с дросселированием КГ-30 (АКГ 115/18). Расход энергии 0, 4-0, 5 кВт× ч/м³ (N₂+О₂). Схема такой установки соответствует схеме двукратной ректификации (см. рис.29.3.).

Для получения на выходе из установки сухого сжатого кислорода применяют установку с дросселированием и насосом для жидкого кислорода (рис.30.1.).

Кислород отбирают из кармана 8, расположенного под нижней тарелкой верхней колонны. Перед поступлением в насос кислород переохлаждают отходящим азотом в переохладителе 6, что исключает возможность вскипания жидкого кислорода при всасывании в цилиндр насоса 7.

Испарение жидкого кислорода происходит в теплообменнике 1 за счет теплоты поступающего сжатого воздуха.

В этом случае отпадает необходимость в газгольдере, кислородном компрессоре и осушке кислорода. Кроме того, применение насоса исключает загрязнение кислорода, происходящее в кислородном компрессоре вследствие подсосов воздуха.

По такому принципу работают установки К-0, 04 (КГН-30) и К-0, 04 (КГН-30Т) – 35 м³/ч О₂. Расход энергии 1, 8-2, 5 кВт× ч/м³ О₂.

Установки среднего давления

Принципиальная схема такой установки представлена на рис.30.2.

Удельный расход энергии в установках среднего давления ниже, чем в установках высокого давления, т.к. в них используется более экономичный холодильный цикл с расширением воздуха в поршневом детандере.

С увеличением производительности кислородных установок потери холода через изоляцию на 1 м³ перерабатываемого воздуха уменьшаются, т.к. поверхность кожуха блока разделения растет в меньшей степени, чем количество перерабатываемого воздуха.

Для получения сжатого кислорода применяется кислородный насос.

Примеры установок: КГСН-150 (150 м³/ч О₂; 1, 4 кВт× ч/м³ О₂) К-0, 15 (165 м³/ч О₂; К-0, 4 (230 кг/ч О₂; 1 кВт× ч/м³ О₂); А-0, 6; АК-0, 6.

В установках средней производительности для покрытия потерь нет необходимости сжимать воздух до высокого давления. Использовать это обстоятельство можно двояко: либо применять процесс среднего давления с детандером, уменьшая давление по мере увеличения масштабов установки, либо применять два разных давления (рис.30.3.).

В последнем случае перерабатываемый воздух разделяют на две части: воздух холодильного процесса сжимают до более высокого давления для покрытия холодопотерь, а воздух низкого давления, называемый технологическим, сжимают только до давления, необходимого для процесса ректификации.

По схеме двух давлений воздуха изготавливали установки трех модификаций:

КГ-300-М производительностью 1600 м³/ч воздуха;

КТ-1000 производительностью 6000 м³/ч воздуха;

КТ-3600 производительностью 20000 м³/ч воздуха.

Эти установки сняты с производства. Их заменили агрегатами, работающими на одном среднем (К-0, 4) или низком (К-1, 4) давлении. Однако на ряде станций они еще продолжают работать.

Потери в этих установках компенсируются в основном холодильным процессом воздуха высокого давления, т.к. Di_Т воздуха низкого давления очень мал. Количество воздуха высокого давления по мере роста производительности установок уменьшается примерно от 20% (КГ-300-М) до 4-5% (КТ-3600).

Расход энергии на 1 м³ О₂:

КГ-300-М - 1, 2 кВт× ч/м³;

КТ-3600 - 1, 0 кВт× ч/м³

В установке КГ-300-М, предназначенной для производства 300 м³/ч О₂ 99, 2-99, 5% О₂, в блок разделения поступает 1600 м³/ч воздуха. Уровни давлений – 0, 6 МПа и 9, 0 МПа (в период пуска 20, 0 МПа).

После охлаждения в регенераторах воздух поступает в куб нижней ректификационной колонны блока разделения воздуха. Регенераторы представляют собой цилиндрические теплообменные аппараты, заполненные насадкой в виде дисков, навитых из тонкой алюминиевой ленты. Два азотных регенератора работают попеременно с циклом 3 мин. Вначале азот из воздухоразделительного аппарата охлаждает насадку, затем азот переключается на вторую насадку, а через первую проходит воздух низкого давления. В регенераторах воздух очищается также от влаги и двуокиси углерода.

Воздух высокого давления разделяется на 2 потока. 2/3 охлаждается в теплообменнике отходящим азотом, дросселируется в вентиле до 0, 5 МПа и подается в нижнюю колонну ректификационной колонны. Остальная часть воздуха высокого давления вводится в детандер, где расширяется и охлаждается, затем вводится в основной поток воздуха низкого давления, который направляется в куб нижней колонны.

Обогащенный кислородом воздух через азотный переохладитель подается из куба на середину верхней колонны через дроссельный вентиль, в котором избыточное давление воздуха снижается до 0, 04 МПа.

Жидкий азот из карманов конденсатора через переохладитель и азотный дроссельный вентиль подается для орошения верхней колонны, что улучшает процесс ректификации.

Все аппараты, работающие при низкой температуре, заключены в теплоизолирующий кожух и образуют блок разделения.

Установки низкого давления

Установки низкого давления для получения газообразного технологического кислорода обычно имеют производительность 1300-1400; 3500-6000; 7000-15000 и 25000-35000 м³/час кислорода.

В установках высокой производительности удельные холодопотери снижаются до 4-6 кДж на 1 кг воздуха. В этом случае становится возможным отказаться от воздуха высокого давления и для покрытия потерь холода использовать только воздух низкого давления Р_изб=0, 5-0, 6 МПа. Холод в крупных установках низкого давления получается путем расширения части воздуха низкого давления в турбодетандере, обладающем высоким к.п.д. (75-80%).

В установках низкого давления весь воздух, подаваемый турбокомпрессором, пройдя холодильник поступает под давлением в кислородные 1 и азотные 2 регенераторы блока разделения. 80% воздуха затем поступает в нижнюю колонну, а 20% отводится в турбодетандер 4 для получения холода. В турбодетандере воздух расширяется с 0, 5-0, 6 МПа до избыточного 0, 05 МПа с производством внешней работы. При этом он охлаждается и подается в верхнюю колонну 5. Газообразный кислород из конденсатора и газообразный азот из колонны 5 отводятся в регенераторы. Затем кислород поступает в газгольдер, а азот выбрасывается в атмосферу.

Для предотвращения забивки насадок регенераторов твердой двуокисью углерода применяют различные способы. В основе лежит следующее требование: для того, чтобы осевшая на насадке твердая СО₂ могла сублимироваться и полностью удаляться обратными потоками продуктов разделения, необходимо на холодном конце регенераторов обеспечить минимальную разность температур прямого и обратного потоков газа.

Теоретически наименьшая разность температур между прямым и обратным потоками газов на холодном конце регенератора должна быть 4-5⁰С.

Наиболее часто применяют следующие способы предотвращения забивки регенераторов:

1. Отвод части воздуха из регенератора при 140-180 К (при этом в нем остается только СО₂) с последующим удалением из него СО₂ поглощением силикагелем в адсорберах (схема на нашем рисунке). Это установки АК_Т-16-2, К_ТА-33, КА_р-30.

2. Увеличение количества газов обратного потока в сравнении с количеством газов прямого потока в регенераторе (например, установка БР-1).

3. Применение воздушной или азотной тепловой петли (несбалансированного потока). Например, воздушная тепловая петля по методу «тройного» дутья, когда имеется 3-й регенератор, куда отводится часть воздуха, использована в установках К_т-12-2, К_тА-12-2, К-11-1, БР-5 и К_т-5-1.

Тепловую петлю осуществляют, отводя часть потока азота или воздуха в другой регенератор, а затем возвращая в общий поток.Расход энергии в установках низкого давления 0, 4-0, 6 кВт× ч/м³О₂.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒