Данные, характеризующие работу вру для одновременного получения жидких и газообразных криопродуктов при различных режимах работы

Получаемые криопродукты	Режим работы и производительность					Давление получаемых криопродук-тов, МПа	Молярная доля примесей, %
	Нормальный	Максимальное количество газообразного О2	Максимальное количество жидкого О2	Максимальное количество жидкого N2	Без регазификации СПГ
Газообразный кислород, м3/ч*	23400	26300	19000	23400	23400	4,0	0,5 N2
Газообразный азот, м3/ч	29000	14500	29000	17000	–	0,5	1,0 O2
Чистый газообразный азот, м3/ч	11400	11400	11400	11400	9500	4,0	3·10–3 O2
Жидкий кислород, т/ч	5,0	5,0	11,3	5,0	–	0,101	0,5 N2
Жидкий азот, т/ч	5,0	5,0	5,0	20,0	–	0,101	1·10–3 O2

^*Производительность по газообразным криопродуктам дана приТ= 273 К иР= 0,101 МПа.

Для хранения жидких кислорода и азота используются стационарные емкости объемом соответственно 4000 и 5000 м³. СПГ из емкости подается в теплообменник-испаритель с помощью насоса (на рис. 2.4.7 не показан) под давлением 7,6 МПа и температуре 129 К. В схему установки, кроме теплообменника 6 для регазификации СПГ, включен дополнительный теплообменник (на рис. 2.4.7 не показан), в который с помощью насоса подается часть СПГ и подогревается обратным потоком теплого ПГ. В качестве последнего используется поток ПГ, испарившегося из емкости СПГ, и сжатый до определенного давления в метановом компрессоре. С этим потоком ПГ смешивается часть продукционного азота, отводимого из теплообменника 2 при давлении 0,5 МПа. За счет этого достигается регулирование теплотворной способности ПГ, направляемого в сеть, до необходимого уровня.

По данным работ [2, 55, 56], использование холода СПГ на вышерассмотренной установке позволяет уменьшить энергетические затратына получение криопродуктов приблизительно на 30 % по сравнению с обычной ВРУ, использующей азотный циркуляционный цикл среднего давления. В патентах [57–59] приводится схема ВРУ, где за счет холода внешнего источника в виде регазифицируемогоСПГ решается задача получения наряду с жидким криопродуктом игазообразных криопродуктов при различных давлениях. Принципиальная схема такой установки приведена на рис. 2.4.8.

Перерабатываемый воздух сжимается в первой ступени компрессора 1доР≈ 0,6 МПа и затем поступает в адсорбционный блок2для осушки и очистки от СО₂. По выходе из адсорбционного блока он охлаждается в теплообменнике3СПГ доТ= 173 К и затем сжимается во второй ступени компрессора1доР= 1,5 МПа. Предварительное разделение воздуха после охлаждения в теплообменнике4происходит в колонне высокого давления 6. Из нее потоки чистой и грязнойазотной флегмы, а также поток кубовой жидкости после переохлаждения в переохладителе7, дросселируется в колонну низкого давления8, работающую приР= 0,5 МПа.

Из колонны низкого давления 8отводятся потоки продукционных чистых О₂иN₂приР= 0,5 МПа и поток жидкого О₂, частькоторого переохлаждается в переохладителе 14, затем дросселируется вотделитель жидкости15и отводится потребителю. Другая часть жидкого О₂поступает в насос13и нагнетается в теплообменник4, где испаряется, подогревается и приР= 4,0 МПа отводится из установки. Получение необходимого количества жидкогоN₂и части продукционного азота приР= 1,5 МПа осуществляется в аппаратах азотного циркуляционного цикла, включающих азотный компрессор9, теплообменник СПГ10, теплообменник11, переохладитель16и отделители жидкости12и17.

Рис. 2.4.8. Схема установки для одновременного получения жидких и газообразных продуктов разделения воздуха под давлением: I – воздух; II – отбросной N₂ при Р = 0,1 МПа; III – газообразный О₂ при Р = 4,0 МПа; IV – газообразный О₂ при Р = 0,5 МПа; V – чистый газообразный N₂ при Р = 0,5 МПа; VI – чистый газообразный N₂ при Р = 1,5 МПа; VII – СПГ; VIII – жидкий О₂; IX – жидкий N₂; 1, 9 – турбокомпрессоры; 2 – адсорбционный блок; 3, 4, 10, 11 – теплообменники; 5 – турбодетандер; 6 – колонна высокого давления; 7, 14, 16 – переохладители; 8 – колонна низкого давления; 12, 15, 17 – отделители жидкости; 13 – насос

Дополнительно некоторое количество холода получается за счет расширения «грязного» азота в турбодетандере 5, куда он поступает после подогрева в теплообменнике 4. В патентах [57–59] приведена и модификация схемы этой установки с использованием одноколонного разделительного аппарата, работающего при Р = 0,5 МПа.

В настоящее время в Японии находится в эксплуатации несколько ВРУ, которые утилизируют холод регазифицируемого СПГ. Ряд установок предназначен для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде и их техническая характеристика по данным работ [40, 60] приведена в табл. 2.4.4. Общим для всех установок является использование в схеме азотного циркуляционного цикла, с помощью которого производится использование холода СПГ в ВРУ.

Принципиальная схема первой из этих установок показана на рис. 2.4.1 и была рассмотрена выше. В ВРУ, расположенной в районе Осаки [27], так же, как и в ВРУ, показанной на рис. 2.4.1, воздух в криогенном блоке охлаждается в пластинчато-ребристом теплообменнике, и процесс его разделения осуществляется в колонне двукратной ректификации. Однако в отличие от схемы, показанной на рис. 2.4.1, регазификация СПГ в азотном теплообменнике производится при Р = 3,1 МПа, что исключает необходимость применения компрессоров для сжатия ПГ, выходящего из регазификационного теплообменника.

Кроме того, в схему ВРУ включен дополнительный хладоновый контур охлаждения, с помощью которого производится охлаждение циркуляционного N₂перед азотным компрессором и в промежуточном холодильнике до 238 К. Применение низкотемпературного азотного компрессора позволило уменьшить затраты электроэнергии на сжатиеN₂, что в итоге приводит к существенному снижению удельных затрат электроэнергии (см. табл. 2.4.4).

Охлаждение хладона, циркулирующего в низкотемпературном контуре, производится СПГ.

Наиболее эффективной является ВРУ, пущенная в эксплуатацию в октябре 1978 года [60] и расположенная в районе Токио. Эта установка по сравнению с подобными ей имеет наименьшие энергетические затраты (см. табл. 2.4.4), и ее схема в значительной степени отличается от схем остальных установок. Перерабатываемый на установке воздух сжимается лишь до 0,22 МПа. Осушка и очистка воздуха от СО₂ производится в адсорбционном блоке перед поступлением

Таблица 2.4.4