Производство кислорода.
Сырьём для производства кислорода в промышленных масштабах является воздух, который разделяют на основные компоненты – кислород и азот путём сжижения и низкотемпературной ректификации.
Ректификация – процесс разделения жидких смесей при помощи одновременно и многократно повторяемых частичных испарений и конденсации.
Процесс разделения жидкого воздуха производится в ректификационных колоннах однократной и двухкратной ректификации. Воздухоразделительные аппараты однократной ректификации применяют в установках малой производительности для производства кислорода. В установках большой производительности применяют двухкратную ректификацию воздуха. Ректификационные колоны со вспомогательным оборудованием располагаются в отдельном теплоизолированном блоке, называемым блоком разделения (БР).
Аппарат
состоит из двух
частей: нижней – высокого давления и
верхней – низкого давления. Давление
в нижней части колоны составляет 0,55 –
0,6 МПа,
в верхней 0,13 – 0,14 МПа.
Воздух, предварительно очищенный от вредных примесей, в виде сухого насыщенного пара поступает в нижнюю часть колонны 1. При входе в колонну воздух конденсируется, отдавая тепло конденсации на испарение легколетучего компонента – азота. В результате испарения азота жидкий воздух обогащается кислородом до 39 – 40% и через переохладитель 4 и дроссельный вентиль 6 направляется как исходная смесь в верхнюю часть колонны 3. Пары азота поднимаются по нижней части колонны к конденсатору – испарителю 2, где конденсируется в трубном пространстве, в межтрубном конденсаторе – испарителе находится жидкий кислород, который кипит за счёт тепла конденсации азота.
Жидкий азот, стекая из конденсатора – испарителя вниз, разделяется на два потока. Один поток орошает тарелки нижней части колонны, другой собирается в карманах и затем направляется для орошения в верхнюю часть колонны через переохладитель 5 и дроссельный вентиль 7.
При дросселировании жидкого воздуха R и азота N их давление снижается, что позволяет получить дополнительное количество холода для покрытия холодопотерь и снижения температуры в верхней части колонны.
В верхней части колонны происходит окончательное разделение воздуха на азот А и кислород К. Газообразный азот с концентрацией 97 – 98% проходит через переохладитель азотной флегмы 5 и переохладитель жидкого воздуха 4 (кубовой жидкости), где охлаждает азотную флегму и жидкий воздух. Кислород с концентрацией 99,7 – 99,8% может отбираться из колонны как в жидком, так и в газообразном состоянии.
Системы распределения продуктов разделения воздуха на промышленных предприятиях.
Установка разделения воздуха производит:
-
Кислород технический (КТ), концентрация кислорода изменяется от 99,2% до 99,7% и бывает 3х классов;
-
Кислород технологический (К), концентрация 92 – 98%;
-
Азот, производится 5ти классов. Особо чистый азот имеет концентрацию 99,996%, самый низкий класс качества 97%.
-
Аргон, производится 4ёх классов. Аргон высшего класса имеет концентрацию 99,993%, технический аргон – 96,88%.
Также на установках производят криптон – ксеноновый концентрат с концентрацией криптона и ксенона 0,2%. Товарным продуктом является неоногелевая смесь, объёмная доля неона и гелия – 60%.
П
родукты
разделения получают:
-
В газообразном состоянии при давлении 0,105 МПа, 0,12МПа;
-
В сжатом газообразном состоянии, 0,2 -20 МПа;
-
В жидком состоянии с давлением 0,105 – 0,15 МПа.
I
П1
А
0,105 МПа
А
1
КТ
0,105МПа
П2
1
А 0,105МПа
К
4
КТ
1,5МПа
КТ
2
3
П3
КЖ
К 1,5 МПа
А 3
П4
К
К 1,5 МПа
4
К 4 Ar 0,7 МПа
П5
Ar 20 МПа 5
6
К 20 МПа
6
I – комплекс установок разделения
II – комплекс потребителей продуктов разделения
1 – газгольдер
2 – резервуар жидкого кислорода
3 – блок реципиента
4 – турбокомпрессор
5 – поршневой компрессор
6 – установка наполнения баллона