Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 4 )

Принципиальная технологическая схема агрегата показана на рис.4

Воздух из турбокомпрессора под давлением Р=6атм поступает в азотные и кислородные регенераторы 1 и 2. Количество перерабатываемого в агрегате воздуха 48500м3/ч. Большая его часть (69%) направляется в один из азотных регенераторов, остальное – в один из кислородных регенераторов. По трубкам теплообменника, встроенным в азотный регенератор, проходит чистый азот. Теплообменники, размещенные в кислородных регенераторах, состоят из двух секций: в трубках одной секции движется чистый азот, в трубках другой – технический кислород. Межтрубное пространство регенераторов заполнено базальтовой насадкой. В регенераторах воздух охлаждается до 1000К, из него вымораживается вода и углекислота, осаждаемые на насадке регенератора. Воздух охлаждается за счет теплообмена с каменной насадкой и с азотом, нагревающимся в трубках змеевиков.

Рис. 4. Схема агрегата разделения воздуха типа БР-6:

/—азотные регенераторы; 2 — кислородные регенераторы; 3 — предвымораживатель; 4– вымораживателн; 5—адсорбер ацетилена; 6 — фильтры-адсорберы; 7—подогреватель азота; 8—переохлалитель кубовой жидко­сти; 9—верхняя ректификационная колонна; 10 — переохладитель чистой азотной флегмы; 11 — подогреватель технологического кислорода; 12 — по­догреватель чистого азота; 13 — отделитель жидкости; 14 — нижняя рек­тификационная колонна; 15— отделитель ацетилена; 16— выносной кон­денсатор; 17 — колонна технического кислорода; 18—адсорбер ацетилена; /9 — основные конденсаторы; 20 — фильтры; 21 — турбодетандеры.

Переключение азотных и кислородных регенераторов производится каждые 9 минут, полный цикл работы регенераторов составляет 18 минут. Чтобы обеспечить незамерзаемость регенератора, т. е., чтобы обратный поток удалял с насадки твердые отложения (лед и углекислоту), часть воздуха (10.6%) – так называемый петлевой поток – отбирается из середины азотных и кислородных регенераторов при температуре 1800К. Петлевой поток далее поступает в предвымораживатель 3,где охлаждается до 1520К, нагревая поток воздуха, идущего в турбодетандер 21. Затем петлевой воздух поступает в трубы одного из вымораживателей 4. Здесь при охлаждении воздуха до 1110К из него выделяется углекислота. Переключение вымораживателей производится через 20-30ч их работы. По выходе из вымораживателя петлевой поток соединяется с потоком воздуха, выходящего из регенераторов, и поступает в куб нижней колонны 14. В этой колонне большая часть воздуха подвергается предварительному разделению, в результате чего получается чистая азотная флегма, содержащая 99.998% азота, грязная азотная флегма, содержащая 95% азота, и кубовая жидкость, в которой содержится 40% кислорода. Примерно 27% воздуха проходит три нижние тарелки ректификационной колонны 14, очищаясь от твердых частиц двуокиси углерода, унесенных из регенераторов, и направляется частично в вымораживатель 4 и в предвымораживатель 3, затем смешивается с остальной частью воздуха, идущей непосредственно к турбодетандеру, и при 1250К, поступает в турбодетандер 21. Здесь воздух расширяется с 6 до 1.5 атм, при этом его температура снижается до 910К. Далее воздух проходит адсорбер ацетилена 5 и поступает на 14 тарелку верхней ректификационной колонны 9.

Отбираемая из нижней колонны кубовая жидкость очищается от твердых частиц углекислоты и ацетилена в одном из фильтров – адсорберов 6, после чего переохлаждается потоком грязного азота в переохладителе 8 и дросселируется на 17 тарелку верхней колонны 9. С 14-ой тарелки нижней колонны 14 отбирается грязная флегма, содержащая до 5% кислорода, которая дросселируется на 30 тарелку верхней колонны 9. Пары чистого азота из верхней части колонны 9 поступают в межтрубное пространство двух прямоточных основных конденсаторов 19. Здесь происходит конденсация паров и испарение кислорода, кипящего в трубках конденсатора. Отсюда жидкий азот поступает в сборник при нижней колонне. Часть азота из сборника подается на орошение этой колонны, часть поступает в переохладитель 10, затем дросселируется на верхнюю тарелку ректификационной колонны 9. Из нижней колонны 14 часть газообразного азота поступает в выносной конденсатор 16 и в конденсатор колонны 17. Сконденсировавшийся в аппарате 16 азот проходит переохладии дросселируется в верхнюю колонну 9, жидкий азот из конденсатора колонны 17 также дросселируется в верхнюю колонну.

В результате ректификации в верхней колонне 9 получается чистый азот, содержащий до 0.002% кислорода, грязный азот, содержащий до 5% кислорода и технологический 95% кислород. Чистый азот (15000м3/ч), выходящий из верхней ректификационной колонны, проходит переохладии подогреватель 12, а затем при 950К поступает в змеевики, встроенные в азотные и кислородные регенераторы 1 и 2, где нагревается до 3020К. По змеевикам всех регенераторов непрерывно проходит чистый азот, независимо от переключения потоков, движущихся по насадке регенераторов.

Грязный азот с 30 тарелки верхней колонны 9 последовательно поступает в переохладитель 8 кубовой жидкости и в подогреватель азота 7, а затем в один из азотных регенераторов 1, где охлаждает его насадку и уносит с собой углекислоту и влагу. По выходе из регенератора грязный азот отводится в атмосферу.

Жидкий кислород из нижней части колонны 9 поступает в два основных конденсатора 19, где кипит внутри трубок. Часть испарившегося жидкого кислорода возвращается в сборник верхней колонны, оставшаяся часть жидкого кислорода (0.102 м3/м3) из конденсаторов 19 поступает в выносной конденсатор 16, где почти полностью испаряется.

Далее пары кислорода проходят отделитель ацетилена 15 и смешиваются с потоком газообразного кислорода из сборника колонны 9 и из верхней части колонны 17. Общий поток кислорода (7300 м3/ч) подогревается до 97.6К в аппарате 11 и затем направляется в один из кислородных регенераторов 1.

В регенераторе поток технологического кислорода нагревается до 305.6 К и одновременно очищает насадку регенератора от влаги и двуокиси углерода, выделяющихся из потока воздуха. Из регенератора кислород поступает в газгольдер.

Для получения технического кислорода из потока жидкого кислорода, направляемого в выносной конденсатор 18, отбирается часть жидкости (600 м3/ч), которая дополнительно очищается от ацетилена в адсорбере 18 и поступает в верхнюю часть колонны 17, где происходит обогащение кислорода до концентрации 99.5%.

Технический кислород (150 м3/ч), отбираемый из нижней части колонны 17, поступает в змеевики кислородной секции, встроенные в кислородные регенераторы 1, нагревается и отводится в газгольдер.

Стоимость продуктов разделения воздуха зависит от схемы производства и производительности установки. Основными элементами себестоимости продукции являются стоимость электроэнергии (60-70%) и амортизационные отчисления (18-12%).

Основными регулируемыми параметрами в блоках разделения воздуха являются значения температуры в средней части насадок азотных регенераторов, составы газовых потоков и уровни жидкостей в нижней и верхней ректификационных колоннах и конденсаторах.

Технические характеристики установки
Количество перерабатываемого воздуха	48500м3/ч
Давление	6 атм
Количество получаемого технологического кислорода	8850 м3/ч
концентрация кислорода	95%
давление	500 мм рт. ст.
Количество получаемого технического кислорода	150м3/ч
концентрация кислорода	99.5%
давление	165 атм
Количество получаемого чистого азота	16000м3/ч
содержание кислорода в нем	н/б 0.002%
давление	500 мм рт. ст.
Концентрация отбросного азота	96.5%
Расход электроэнергии	0.425 квтч/м3
технологического кислорода	0.668квтч/м3
технического кислорода	0.072квтч/м3
чистого азота

1.3.Конверсионные способы получения азото-водородной смеси

В связи с развитием производства аммиака на базе фиксации атмосферного азота разработаны высокопроизводительные способы получения водорода. Экономичность промышленного способа определяется применением доступного и дешевого сырья, возможностью его переработки с высоким выходом продукта требуемого качества и без образования отходов. Для промышленного способа производства водорода в качестве сырья применяют воду в виде пара и твердое, жидкое и газообразное топливо.

К химическим способам получения водорода, нашедшим применение в промышленности, относятся: паровой способ конверсии окиси углерода, содержащейся в газах окислительной переработки углеводородов, в генераторных газах и др. и способ конверсии метана и других углеводородов с помощью газообразных окислителей.

Из химических методов производства водорода наибольшее распространение вплоть до середины 50-х годов имел метод конверсии оксида углерода водяным паром. В качестве исходного сырья служили генераторные (водяной, воздушный, смешанный) газы. Сущность процесса сводится к осуществлению гетерогенно-каталитической реакции

СО+ Н2О =СО2+ Н2 (1)

при повышенных температурах в присутствии катализатора. Этот процесс называется конверсией оксида углерода водяным паром.

Начиная с середины 50-х годов, благодаря развитию добычи природного газа, все заводы стали переводить на производство водорода или азотоводородной смеси по методу конверсии метана с помощью газообразных окислителей (Н2О, СО2, О2). В н. в. водород получают преимущественно этим способом. Сущность процесса заключается в неполном каталитическом окислении метана сначала в оксид углерода (2) и водород (первая высокотемпературная конверсия) и каталитической конверсии оксида углерода (2) в водород (вторая низкотемпературная стадия).