![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Тема 31. Производство инертных газов
- •Тема 32. Организация производства кислорода и азота
- •32.1. Трубопроводы
- •32.2. Станции производства продуктов разделения воздуха
- •32.3. Производственные опасности и техника безопасности на
- •Раздел 5. Системы топливоснабжения промышленных
- •Литература:
- •Тема 33. Твердое топливо
- •33.1.Транспортные средства.
- •33.2. Топливные склады
- •33.3. Дробление
- •33.4. Пылеприготовление
- •Тема 34. Газообразное топливо
- •34.1. Газоснабжение промышленных предприятий
- •34.1.1. Газопроводы.
- •34.1.2. Установки системы распределения газов
- •Тема 35. Жидкое топливо
Тема 31. Производство инертных газов
Содержащиеся в воздухе редкие газы распределяются в воздухораздели-тельном аппарате двойной ректификации соответственно их температурам кипения с учетом давления.
На рис.31.1. приведены температуры кипения редких газов при давлении 760 мм рт.ст. (101,3 кПа) и схема распределения газов в колонне двойной ректификации.
Неон и гелий, имеющие наиболее низкие температуры сжижения, накапливаются в газообразном состоянии под крышкой конденсатора.
Криптон и ксенон, у которых температуры кипения выше, чем у кислорода, собираются в кубовой жидкости и вместе с нею переходят в жидкий и газообразный кислород конденсатора.
Аргон, температура кипения которого лежит между температурами кипения кислорода и азота, распределяется между этими газами, отводимыми из аппарата в качестве основных продуктов разделения воздуха.
Количество редкого газа, которое может быть получено на установке, можно приближенно определить по формуле:
,
м3/ч
где:
V – количество газа при нормальных условиях, м3/ч;
B – количество перерабатываемого воздуха, м3/ч;
Cи – содержание редкого газа в воздухе, %;
k – коэффициент извлечения редкого газа.
k имеет следующие значения:
аргон - 0,5-0,85
криптон - 0,55-0,6
ксенон - 0,35
неон и гелий - 0,5
По отношению к азоту и кислороду инертные газы можно разбить на три группы:
I – неон и гелий, легкие инертные газы, температуры кипения которых значительно ниже, чем кислорода и азота. Следовательно, при температурах и давлениях в ректификационной колонне они находятся в газообразном состоянии и не могут быть сконденсированы.
II – ксенон и криптон, тяжелокипящие инертные газы, так как температуры кипения Kr и Xe на десятки градусов выше, чем О2 и N2. Поэтому они конденсируются главным образом в жидком кислороде.
III – аргон, температура кипения которого находится между температурами кипения О2 и N2. Поэтому в колонне фактически разделяется не двойная смесь О2- N2, а тройная – О2-N2-Аr, и аргон оказывает существенное влияние на процесс ректификации.
Неон и гелий, поступая с воздухом в нижнюю колонну разделительного аппарата, не конденсируясь, поднимаются вместе с парами и постепенно накапливаются под крышкой конденсатора.
В аппаратах, из которых парообразный азот отбирают из конденсатора, смесь неона и гелия непрерывно отводится вместе с азотом и не влияет на процесс ректификации.
Из аппаратов, в которых такой отбор не предусмотрен, накопившуюся неоно-гелиевую смесь удаляют. Если этого не делать, неоно-гелиевая смесь постепенно заполняет пространство конденсатора, связанное с нижней колонной, и будет препядствовать поступлению паров азота в верхнюю часть конденсатора. В результате часть поверхности трубок не будет использоваться для конденсации азота, уменьшение рабочей поверхности конденсатора вызовет повышение давления в нижней колонне и приведет к нарушению режима аппарата.
В небольших установках неоно-гелиевую смесь из нижней колонны не используют, а удаляют периодической продувкой конденсатора через перепускную диафрагму 1 или специальный вентиль (рис.31.2, а).
В установках большой производительности неоно-гелиевую смесь отбирают через небольшой дополнительный конденсатор, установленный в верхней части колонны низкого давления (рис.31.2, б). Так как температура в этой части колонны ниже, чем в трубном пространстве конденсатора, то змеевике 2 при давлении 0,55 МПа часть азота сконденсируется и содержание Ne+He в смеси повысится до 30-50%. Жидкий азот стекает в сборник 3, откуда его периодически сливают, а обогащенную Ne+He смесь отводят на очистку от азота и разделение.
Организация извлечения криптоно-ксенонового концентрата из перерабатываемого воздуха, учитывая малое содержание их в воздухе, целесообразна только на крупных воздухоразделительных агрегатах, перерабатывающих более 15-20 тыс.м3/ч воздуха. Получение криптоно-ксенона снижает себестоимость кислорода. При этом на 1 дм3 чистой криптоно-ксеноновой смеси расход энергии составляет порядка 10 кВтч.
Технологический процесс получения криптона и ксенона включает следующие 3 стадии:
Получение первичного (бедного) криптоно-ксенонового концентрата, содержащего 0,1-0,2% Kr и Xe.
Происходит это следующим образом. Криптон и ксенон как тяжелокипящие компоненты остаются в жидкости испарителя, вместе с которой поступают в середину верхней колонны, а затем в межтрубное пространство конденсатора. Здесь они накапливаются, растворяясь в жидком кислороде. Для получения Kr + Xe концентрата жидкий кислород отводят в криптоновую колонну. Примерно 10% поступающего кислорода отводится из куба в виде концентрата с (0,10,2 Kr + Xe).
Обогащение первичного концентрата и получение из него технического криптона, содержащего до 99% Kr и Xe.
Выделение из криптоно-ксеноновой смеси чистых криптона и ксенона.
Если первые две стадии осуществляются на предприятиях разделения воздуха, то третья – на заводах, потребляющих чистые криптон и ксенон.
Технологический процесс производства чистого аргона включает три стадии. На первой стадии в воздухоразделительном аппарате попутно с кислородом или азотом получают азото-аргоно-кислородную смесь. Так как температура кипения аргона лежит между температурами кипения азота и кислорода (на 100С выше азота , на 30С ниже кислорода), аргон накапливается в нижней части верхней колонны. В этой части колонны отбирают аргонную фракцию, содержащую 5-12% аргона и направляют на обогащение в специальную аргонную колонну. Именно в ней получают так называемый сырой аргон, содержащий 82-90% аргона, 4-8% азота и 1-10% кислорода.
На второй стадии эту смесь подвергают каталитической очистке от кислорода при связывании последнего водородом с получением смеси азот-аргон.
Третья стадия заключается в разделении смеси азот-аргон на чистый аргон, извлекаемый как конечный продукт, и азот, выбрасываемый в атмосферу.