3.3. Выбор схемы узла ректификации.

Схема узла ректификации ВРУ определяется составом и агрегатным состоянием продуктов разделения, а также производительностью установки. Поскольку основными продуктами разделения воздуха являются кислород и азот, большинство выпускаемых ВРУ предназначены для получения одного или обоих этих продуктов. Вместе с тем, все большее распространение получают крупные ВРУ для комплексного разделения воздуха с одновременным получением кислорода, азота, аргона, криптоно-ксеноновой смеси и неон-гелиевого концентрата.

3.3.1. Схемы узла ректификации вру для получения кислорода.

Базой для разработки узла ректификации большинства ВРУ для получения кислорода служит аппарат двукратной ректификации, включающий нижнюю и верхнюю ректификационные колонны, установленный между колоннами конденсатор-испаритель и охладители на потоках жидкости. Исключение составляют установки малой производительности и специального назначения, использующие в качестве узла ректификации одноколонный аппарат.

Типичная схема узла ректификации ВРУ средней производительности для получения технического кислорода под давлением (рис. 3.11) включает нижнюю ректификационную колонну 1 (колонну высокого давления), конденсатор-испаритель 2 (являющегося конденсатором для нижней колонны и испарителем для верхней колонны) и верхнюю ректификационную колонну 3 (колонну низкого давления). На потоке отбросного азота установлены охладители: жидкого кислорода 4 (для предотвращения кавитации кислорода на входе в насос сжиженного газа), азотной флегмы 5 (для увеличения доли жидкости, поступающей на орошение верхней колонны). Степень извлечения технического кислорода концентрации 99.7% об. в такой схеме составляет 18.0% - 19.0%. Содержание кислорода в отбросном азоте не превышает 2.5% - 3.0% об. Давление в нижней ректификационной колонне - 0.60-0.68 МПа, в верхней - 0.14-0.16 МПа.

Существенным недостататком этой схемы является незначительное охлаждение азотной флегмы перед дросселированием, что приводит к увеличению количества пара на входе в верхнюю ректификационную колонну и, как следствие, к ухудшению условий ректификации в ней.

Поэтому в последние годы в схемах аппаратов двукратной ректификации используется усовершенствованный узел охлаждения потоков жидкости между колоннами (рис. 3.12), предложенный специалистами “Кислородмаша” (г.Одесса).

Схема включает нижнюю ректификационную колонну 1, конденсатор-испаритель 2, верхнюю ректификационную колонну 3 и три охладителя: охладители азотной флегмы 4 и кубовой жидкости 5, установленные на потоке отбросного азота, а также охладитель жидкого кислорода 6, установленный на потоке сдросселированной кубовой жидкости.

Использование низкотемпературного отбросного азота для охлаждения азотной флегмы позволяет снизить температуру жидкости перед дросселированием на 10-12 К, что приводит к уменьшению количества газообразного азота на входе в верхнюю ректификационную колонну и, как следствие, к улучшению условий ректификации в ней. Охлаждение жидкого кислорода перед насосом до температуры 87-88 К, необходимое для предотвращения явления кавитации, обеспечивается предварительно охлаждённой и сдросселированной кубовой жидкостью.

Усовершенствование схемы охлаждения потоков жидкости между колоннами позволяет уменьшить количество ректификационных тарелок, что приводит к сокращению габаритов блока разделения и металлоёмкости узла ректификации, снижению теплопритоков через изоляцию и, соответственно, удельного расхода энергии.

Степень извлечения технического кислорода концентрации 99.7% об. в такой схеме составляет 18.5%-19.5%.

Схема узла ректификации ВРУ крупной производительности, выполненной на базе холодильного цикла низкого давления, имеет ряд существенных особенностей, обусловленных значительными габаритами, наличием регененераторов, подачей детандерного потока в верхнюю ректификационную колонну и т.д.

Иллюстрацией такой схемы служит узел ректификации ВРУ Кт-70 (рис. 3.13), перерабатывающей 350000 м³/ч воздуха и являющейся одной из самых крупных в мире. Блок разделения этой установки расположен вне здания, имеет высоту 42 м и поперечные размеры 2013.6 м.

Установка предназначена для получения 66000 м³/ч технологического кислорода с содержанием кислорода 95 % об., 5050 кг/ч технического жидкого кислорода с содержанием кислорода 99.5 % об., 30000 м³/ч азота с содержанием кислорода 1 % об., 50 кг/ч жидкого азота, криптоно-ксеноновой и неоно-гелиевой смесей.

Узел ректификации включает отмывочную колонну 1, нижнюю ректификационную колонну 2, верхнюю ректификационную колонну 3, конденсаторы-испарители 4, охладитель кубовой жидкости и азотной флегмы 5, колонну технического кислорода 6, испаритель колонны технического кислорода 7, охладитель жидкого кислорода 8 и насос жидкого кислорода 9. Кроме того, в схеме имеется дефлегматор неоно-гелиевой смеси 10 и оборудование для получения криптоно-ксеноновой смеси: криптоновая колонна 11, испаритель криптоновой колонны 12, адсорбер на потоке жидкого технического кислорода 13, испаритель кислорода 14 и испаритель криптоно-ксеноновой смеси 15. Для удаления имеющихся в воздухе после регенераторов остатков двуокиси углерода и углеводородов отмывочная колонна снабжена центробежным насосом 16 и жидкостным адсорбером 17.

Для получения технического кислорода часть жидкого технологического кислорода отбирается из верхней ректификационной колонны 3 и направляется в колонну технического кислорода 6. Жидкий технический кислород отбирается из испарителя колонны технического кислорода 7, проходит охладитель жидкого кислорода 8 и насосом жидкого кислорода 9 подаётся потребителю в состоянии переохлажденной жидкости.

Для извлечения криптоно-ксеноновой смеси часть жидкого технологического кислорода отбирается из верхней ректификационной колонны 3 и направляется в криптоновую колонну 11, в которую также поступает жидкий кислород более высокой

концентрации из конденсаторов-испарителей 4. Жидкая криптоно-ксеноновая смесь отбирается из испарителя криптоновой колонны 12, последовательно проходит испаритель кислорода 14 и испаритель криптоно-ксеноновой смеси 15 и направляется на дальнейшее концентрирование либо потребителю.

При получении неоно-гелиевой смеси из испарителя колонны технического кислорода 7 отбирается азот с небольшим содержанием неона и гелия и направляется в дефлегматор неоно-гелиевой смеси 10, из которого несконденсированный поток ”сырой” неоно-гелиевой смеси поступает потребителю.

В ВРУ малой производительности и специального назначения, предназначенных для получения жидкого кислорода, узел разделения обычно комплектуется колонной однократной ректификации.