RU2528792C1 - Method for single-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor - Google Patents
Method for single-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528792C1 RU2528792C1 RU2013112577/06A RU2013112577A RU2528792C1 RU 2528792 C1 RU2528792 C1 RU 2528792C1 RU 2013112577/06 A RU2013112577/06 A RU 2013112577/06A RU 2013112577 A RU2013112577 A RU 2013112577A RU 2528792 C1 RU2528792 C1 RU 2528792C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- mixture
- evaporator
- main
- column
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 title abstract 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- PIZYHTQSHRQOBI-UHFFFAOYSA-N [C].O=[N] Chemical class [C].O=[N] PIZYHTQSHRQOBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- IKIWQIUJLIJZJB-UHFFFAOYSA-N [N].O=[C] Chemical compound [N].O=[C] IKIWQIUJLIJZJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- PDEXVOWZLSWEJB-UHFFFAOYSA-N krypton xenon Chemical compound [Kr].[Xe] PDEXVOWZLSWEJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 7
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N sulfur dioxide Inorganic materials O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газохимии, предназначено для получения инертных газов и может быть использовано для выделения инертных газов из хвостовых газов установок получения газовой серы.The invention relates to the field of gas chemistry, is intended to produce inert gases and can be used to isolate inert gases from the tail gases of gas sulfur production units.
Известен способ получения криптоноксенонового концентрата, включающий сжатие исходного потока газа, его очистку и охлаждение с образованием основного потока и детандерного потока, очистку детандерного потока, разделение основного потока и детандерного потока с образованием потока кубовой жидкости, циркуляционного потока кислорода и потока криптоноксенонового концентрата, очистку потока кубовой жидкости, очистку циркуляционного потока, очистку циркуляционного потока кислорода и извлечение жидких продуктов разделения - аргона и криптоноксенонового концентрата и газообразного продукта разделения - азота (RU 2146552, 2000).A known method of producing kryptonoxenone concentrate, including compressing the initial gas stream, its purification and cooling to form the main stream and expander stream, purification of the expander stream, separation of the main stream and expander stream with the formation of bottoms liquid stream, circulating oxygen stream and kryptonoxenone concentrate stream, stream cleaning bottoms liquid, purification of the circulating flow, purification of the circulating flow of oxygen and the extraction of liquid separation products - argon and cree ptonoxenone concentrate and gaseous product of separation - nitrogen (RU 2146552, 2000).
Известный способ сводится к получению криптоноксенонового концентрата очисткой и разделением воздуха, однако он не может быть реализован при использовании хвостовых газов, например, отходящих газов установки Сульфрин в качестве исходного потока газа.The known method boils down to the production of a kryptonoxenone concentrate by purification and separation of air, however, it cannot be implemented using tail gases, for example, the exhaust gases of the Sulfrin plant as an initial gas stream.
Известно устройство для получения криптоноксенонового концентрата, содержащее линию подачи входного потока воздуха с размещенным на ней устройством сжатия воздуха, линию сжатого входного потока воздуха, входом соединенную с устройством сжатия воздуха, а выходом - с входным узлом очистки и охлаждения воздуха, линию детандерного потока с размещенным на ней адсорбционным узлом очистки детандерного потока, входом соединенную с входным узлом очистки и охлаждения воздуха, а выходом - с узлом разделения, линию основного потока воздуха, входом соединенную с входным узлом очистки и охлаждения воздуха, а выходом - с узлом разделения, включающем линию потока кубовой жидкости с размещенным на ней адсорбционным узлом очистки потока кубовой жидкости, линию циркуляционного потока кислорода с размещенным на ней адсорбционным узлом очистки циркуляционного потока кислорода и линию потока криптоноксенонового концентрата, при этом, по крайней мере, один из адсорбционных узлов очистки детандерного потока, и/или потока кубовой жидкости, и/или циркуляционного потока кислорода снабжен дополнительной линией перерабатываемого выходного регенерирующего потока соответствующего адсорбционного узла очистки, причем, по крайней мере, одна из дополнительных линий перерабатываемых выходных регенерирующих потоков адсорбционного узла очистки детандерного потока, и/или адсорбционного узла очистки потока кубовой жидкости, и/или адсорбционного узла очистки циркуляционного потока кислорода входом соединена с соответствующим узлом очистки, а выходом - с линией подачи входного потока воздуха с размещенным на ней устройством сжатия воздуха (RU 2146552, 2000).A device for producing a kryptonoxenone concentrate is known, comprising a feed air inlet line with an air compression device disposed thereon, a compressed air inlet line connected inlet to an air compression device, and an outlet with an air purification and cooling unit, an expander line with on it there is an adsorption unit for cleaning the expander stream, an input connected to an inlet unit for cleaning and cooling the air, and an outlet for it with a separation unit, a line for the main air stream, an inlet connected to the inlet air purification and cooling unit, and the outlet to the separation unit, including a bottoms liquid flow line with an adsorbed bottoms liquid purification unit located on it, an oxygen circulation stream line with an adsorption oxygen circulation purification unit placed on it, and a kryptonoxenone flow line concentrate, while at least one of the adsorption sites for cleaning the expander stream, and / or the bottoms stream, and / or the oxygen circulation stream is provided with an additional the dash line of the processed output regenerating stream of the corresponding adsorption cleaning unit, and at least one of the additional lines of the processed output regenerating flows of the adsorption cleaning unit of the expander stream, and / or the adsorption unit for cleaning the bottoms stream, and / or the adsorption unit for cleaning the circulating oxygen stream the inlet is connected to the corresponding cleaning unit, and the outlet is connected to the supply line of the inlet air flow with a compression device placed on it air (RU 2146552, 2000).
Недостатком известных способа и устройства является ограниченность условий их применения, поскольку они предназначены для получения инертных газов из воздуха и не позволяют использовать в качестве исходного газа, например, хвостовые газы установки Сульфрин.A disadvantage of the known method and device is the limited conditions for their use, since they are designed to produce inert gases from the air and do not allow the use, for example, of the tail gases of the Sulfrin plant as a source gas.
Техническим результатом предложенной группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, является снижение вредных выбросов и возможность извлечения из хвостовых газов ценных компонентов - инертных газов.The technical result of the proposed group of inventions related by a single inventive concept is to reduce harmful emissions and the ability to extract valuable components from inert gases - inert gases.
Технический результат достигается тем, что согласно способу выделения инертных газов из хвостовых газов охлаждают исходный поток газов, ожижают и разделяют посредством одноступенчатой ректификации с получением жидких продуктов разделения: аргона и криптоноксеноновой смеси и газообразных продуктов разделения: азота, смеси окиси углерод-азот и азотоводородной смеси.The technical result is achieved by the fact that, according to the method of separating inert gases from tail gases, the initial gas stream is cooled, liquefied and separated by a single-stage rectification to obtain liquid separation products: argon and a kryptonoxenone mixture and gaseous separation products: nitrogen, a mixture of carbon-nitrogen oxide and a nitrogen-hydrogen mixture .
Целесообразно перед ректификацией большую часть потока газов после охлаждения конденсировать, сепарировать и переохлаждать, а меньшую часть перед охлаждением подвергать сжатию.Before rectification, it is advisable to condense, separate and supercool most of the gas stream after cooling, and compress a smaller part before cooling.
В конкретном случае исходный поток газов имеет состав: азот до 96%, водород до 2%, окись углерода до 1%, ксенон от 0.1 ppm, криптон от 1.5 ppm, аргон от 1%.In a specific case, the initial gas flow has the composition: nitrogen up to 96%, hydrogen up to 2%, carbon monoxide up to 1%, xenon from 0.1 ppm, krypton from 1.5 ppm, argon from 1%.
В дальнейшем продукт разделения - смесь окиси углерода-азот может быть подвергнут каталитическому окислению окиси углерода с получением на выходе двуокиси углерода, азота и воды, а из другого продукта разделения - азотоводородной смеси может быть отобран водород.Subsequently, the separation product — a mixture of carbon monoxide — nitrogen can be subjected to catalytic oxidation of carbon monoxide to produce carbon dioxide, nitrogen, and water, and hydrogen can be taken from another separation product — a nitrogen – hydrogen mixture.
Технический результат достигается также тем, что устройство для выделения инертных газов из хвостовых газов включает средство разделения исходного потока газа, основной теплообменник, переохладитель, основную и криптоновую колонны, конденсатор - испаритель, ожижитель, оборудованный линией слива товарного аргона, сепаратор, связанный своей линией отвода жидкой фракции с переохладителем, и блок подготовки криптоноксеноновой смеси, связанный с криптоновой колонной и оборудованный сливом товарной криптоноксеноновой смеси, при этом средство разделения исходного потока газа связано одной из выходных магистралей, пропущенной через основной теплообменник, - с конденсатором-испарителем, другой из выходных магистралей через дожимной узел - с основной колонной, которая имеет связи с переохладителем, ожижителем и, через конденсатор-испаритель, - с сепаратором и с криптоновой колонной, причем связи основной колонны с переохладителем представлены двумя трубопроводами вывода газообразных фракций из основной колонны в переохладитель и возвратным трубопроводом, связи основной колонны с ожижителем представлены трубопроводом отвода части чистого газообразного аргона из основной колонны в ожижитель и трубопроводом вывода пара из ожижителя в среднюю часть основной колонны, связи основной колонны через конденсатор-испаритель с сепаратором и с криптоновой колонной представлены трубопроводом вывода жидкого аргона из основной колонны в конденсатор-испаритель, трубопроводом подачи газообразного потока из конденсатора-испарителя в основную колонну, трубопроводом отвода жидкой фракции из конденсатора-испарителя в сепаратор и циркуляционным контуром из двух трубопроводов, связывающих конденсатор-испаритель с верхней частью криптоновой колонны, при этом газовый выход сепаратора и трубопроводы, предназначенные для отвода из переохладителя сбросного азота и смеси азота с окисью углерода, пропущены через основной теплообменник, а переохладитель имеет линию связи с ожижителем.The technical result is also achieved by the fact that the device for separating inert gases from the tail gases includes means for separating the initial gas stream, the main heat exchanger, supercooler, the main and krypton columns, the condenser is an evaporator, a liquefier equipped with a commodity argon drain line, a separator connected by its exhaust line liquid fraction with a subcooler, and a kryptonoxenone mixture preparation unit associated with a krypton column and equipped with a discharge of a commercial kryptonoxenone mixture, while The separation of the initial gas flow is connected by one of the outlet lines passed through the main heat exchanger to the condenser-evaporator, the other of the outlet lines through the booster unit to the main column, which is connected to the subcooler, liquefier and, through the condenser-evaporator, to a separator and with a krypton column, the connections of the main column with the subcooler are represented by two pipelines for withdrawing gaseous fractions from the main column to the subcooler and a return pipe, the main liquefied columns are represented by a pipeline for withdrawing part of pure argon gas from the main column to the liquefier and a pipeline for withdrawing steam from the liquefier to the middle part of the main column, communication of the main column through a condenser-evaporator with a separator and with a krypton column is represented by a pipeline for removing liquid argon from the main column to the condenser -evaporator, by a pipeline for supplying a gaseous stream from a condenser-evaporator to the main column, by a pipeline for discharging a liquid fraction from a condenser-evaporator to the separator and the circulation circuit of two pipelines connecting the condenser-evaporator with the upper part of the krypton column, while the gas outlet of the separator and pipelines designed to discharge the exhaust nitrogen and the mixture of nitrogen with carbon monoxide from the supercooler are passed through the main heat exchanger, and the supercooler has a communication line with a fluidizer.
В предпочтительном варианте дожимной узел выполнен в виде турбодетандерного агрегата по схеме «компрессор - турбина», гидравлически связанных между собой через последовательно установленные дополнительный теплообменник и фильтр, причем дополнительный теплообменник выполнен с собственным водяным контуром охлаждения, а связь (линия) между последовательно установленными дополнительным теплообменником и фильтром пропущена через основной теплообменник.In a preferred embodiment, the booster unit is made in the form of a turboexpander unit according to the “compressor-turbine” scheme, hydraulically interconnected through successively installed additional heat exchanger and filter, the additional heat exchanger made with its own water cooling circuit, and the connection (line) between the additional heat exchanger installed in series and the filter is passed through the main heat exchanger.
В конкретном примере блок подготовки криптоноксеноновой смеси выполнен в виде испрарителя и двухфазного сепаратора, последовательно связанных по жидкости и параллельно по газу.In a specific example, the block for preparing the kryptonoxenone mixture is made in the form of an evaporator and a two-phase separator, connected in series through liquid and parallel to gas.
В рассматриваемом конкретном примере два входа переохладителя связаны единым трубопроводом с жидкостным выводом сепаратора, а основной теплообменник выполнен пластинчато-ребристым.In this particular example, the two inputs of the subcooler are connected by a single pipe to the liquid outlet of the separator, and the main heat exchanger is made of plate-finned.
Предлагаемый способ может быть использован для выделения тяжелых инертных газов из хвостовых газов установки Сульфрин, после их осушки, извлечения соединений серы и диоксида углерода и имеющих следующий состав: азот до 96%, водород до 2%, окись углерода до 1%, ксенон от 0.1 ppm (0,00001%,), криптон от 1.5 ppm (0,00015%), аргон от 1%.The proposed method can be used for the separation of heavy inert gases from the tail gases of the Sulfrin plant, after drying, extraction of sulfur and carbon dioxide compounds and having the following composition: nitrogen up to 96%, hydrogen up to 2%, carbon monoxide up to 1%, xenon from 0.1 ppm (0.00001%,), krypton from 1.5 ppm (0.00015%), argon from 1%.
Технологический процесс газоразделения осуществляется в несколько стадий:The gas separation process is carried out in several stages:
- охлаждение в теплообменном аппарате (основном теплообменнике);- cooling in a heat exchanger (main heat exchanger);
- ожижение и разделение газа на основные компоненты посредством ректификации. Технологическая схема построена по циклу низкого давления с применением турбодетандерного агрегата по схеме «компрессор-турбина».- liquefaction and separation of gas into main components through distillation. The technological scheme is based on a low pressure cycle using a turboexpander unit according to the “compressor-turbine” scheme.
Разделение смеси осуществляется без применения внешнего холодильного цикла с дополнительным компрессором (дожимным узлом), смесь поступает на разделение под давлением 7 МПа.The mixture is separated without the use of an external refrigeration cycle with an additional compressor (booster unit), the mixture is fed to the separation under a pressure of 7 MPa.
Узел ректификации состоит из двух колонн: основной и криптоновой. Основной разделительный аппарат построен по схеме одноступенчатой ректификации. Флегмовое орошение основной ректификационной колонны осуществляется исходной смесью, которая конденсируется в конденсаторе-испарителе этой колонны.The rectification unit consists of two columns: the main and krypton. The main separation apparatus is built according to a single-stage rectification scheme. Reflux irrigation of the main distillation column is carried out by the initial mixture, which condenses in the condenser-evaporator of this column.
Продуктами разделения являются:The separation products are:
а) аргон жидкий;a) liquid argon;
б) криптоноксеноновая смесь жидкая высокой чистоты (извлечение не ниже 99%);b) high purity liquid kryptonoxenone mixture (recovery not lower than 99%);
в) азотоводородная смесь газообразная:c) gaseous nitrogen-hydrogen mixture:
г) смесь окись углерода - азот газообразная;g) a mixture of carbon monoxide - nitrogen gas;
д) азот газообразный.d) gaseous nitrogen.
На чертеже приведена принципиальная технологическая схема устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа.The drawing shows a schematic process diagram of a device designed to implement the proposed method.
Устройство для выделения инертных газов включает средство 1 разделения исходного потока газа, основной теплообменник 2, переохладитель 3, основную и криптоновую колонны 4, 5 с тарелками 6, конденсатор-испаритель 7, ожижитель 8, оборудованный линией 9 слива товарного аргона, сепаратор 10, связанный своей линией 11 отвода жидкой фракции с переохладителем 3, и блок 12 подготовки криптоноксеноновой смеси, связанный с криптоновой колонной 5 и оборудованный сливом 13 товарной криптоноксеноновой смеси. Средство 1 разделения исходного потока газа связано одной из выходных магистралей 14, пропущенной через основной теплообменник 2, с конденсатором-испарителем 7, другой из выходных магистралей 15 через дожимной узел 16 - с основной колонной 4. Связи основной колонны 4 с переохладителем 3 представлены двумя трубопроводами 17, 18 вывода газообразных фракций из основной колонны 4 в переохладитель 3 и возвратным трубопроводом 19. Связи основной колонны 4 с ожижителем 8 представлены трубопроводом 20 отвода части чистого газообразного аргона из основной колонны 4 в ожижитель 8 и трубопроводом 21 вывода пара из ожижителя 8 в среднюю часть основной колонны 4. Связи основной колонны 4 через конденсатор-испаритель 7 с сепаратором 10 и с криптоновой колонной 5 представлены трубопроводом 22 вывода жидкого аргона из основной колонны 4 в конденсатор-испаритель 7, трубопроводом 23 подачи газообразного потока из конденсатора-испарителя 7 в основную колонну 4, трубопроводом 24 отвода жидкой фракции из конденсатора-испарителя 7 в сепаратор 10, и циркуляционным контуром из двух трубопроводов 25, 26, связывающих конденсатор-испаритель 7 с верхней частью криптоновой колонны 5. Газовый выход 27 сепаратора 10 и трубопроводы 28а, 28б, предназначенные для отвода сбросного азота и смеси азота с окисью углерода, соответственно, из переохладителя 3, пропущены через основной теплообменник 2. Переохладитель 3 имеет линию 29 связи с ожижителем 8. Дожимной узел 16 выполнен в виде турбодетандерного агрегата по схеме «компрессор 30-турбина 31», гидравлически связанных между собой через последовательно установленные дополнительный теплообменник 32 и фильтр 33. Дополнительный теплообменник 32 выполнен с собственным водяным контуром 34 охлаждения. Связь (линия) между последовательно установленными дополнительным теплообменником 32 и фильтром 33 пропущена через основной теплообменник 2.The device for separating inert gases includes means 1 for separating the initial gas stream, a main heat exchanger 2, a subcooler 3, a main and krypton columns 4, 5 with trays 6, a condenser-evaporator 7, a fluidizer 8, equipped with a commodity argon drain line 9, a separator 10, connected its line 11 of the removal of the liquid fraction with subcooler 3, and the block 12 for the preparation of the kryptonoxenone mixture associated with the krypton column 5 and equipped with a drain 13 of the commodity kryptonoxenone mixture. Means 1 for separating the initial gas stream is connected by one of the outlet lines 14, passed through the main heat exchanger 2, to the condenser-evaporator 7, the other of the outlet lines 15, through the booster unit 16, with the main column 4. The connections of the main column 4 with the subcooler 3 are two pipelines 17, 18, the withdrawal of gaseous fractions from the main column 4 to the subcooler 3 and the return pipe 19. The connections of the main column 4 with the liquefier 8 are represented by the pipe 20 of the removal of a portion of pure argon gas from the main the strings 4 into the liquefier 8 and the pipeline 21 for withdrawing steam from the liquefier 8 to the middle part of the main column 4. The connections of the main column 4 through the condenser-evaporator 7 with the separator 10 and with the krypton column 5 are represented by the pipe 22 for the output of liquid argon from the main column 4 to the condenser- the evaporator 7, a pipeline 23 for supplying a gaseous stream from the condenser-evaporator 7 to the main column 4, a pipe 24 for draining the liquid fraction from the condenser-evaporator 7 to the separator 10, and a circulation circuit from two pipelines 25, 26 connecting the cond the evaporator-evaporator 7 with the upper part of the krypton column 5. The gas outlet 27 of the separator 10 and the pipelines 28a, 28b, designed to discharge the waste nitrogen and nitrogen mixture with carbon monoxide, respectively, from the supercooler 3, are passed through the main heat exchanger 2. The supercooler 3 has a line 29 communication with liquefier 8. Booster unit 16 is made in the form of a turboexpander unit according to the scheme “compressor 30-turbine 31” hydraulically interconnected through sequentially installed additional heat exchanger 32 and filter 33. Additional eploobmennik 32 is configured with its own cooling water circuit 34. The connection (line) between sequentially installed additional heat exchanger 32 and the filter 33 is passed through the main heat exchanger 2.
Блок 12 подготовки криптоноксеноновой смеси выполнен в виде испарителя 35 и двухфазного сепаратора 36, последовательно связанных по жидкости и параллельно по газу. Испаритель 35 оборудован контуром активной текучей среды с подводящим и отводящим трубопроводами 37, 38.Block 12 for the preparation of the kryptonoxenone mixture is made in the form of an evaporator 35 and a two-phase separator 36, connected in series in liquid and parallel to gas. The evaporator 35 is equipped with an active fluid circuit with inlet and outlet pipes 37, 38.
Из источника информации (Российская газовая энциклопедия./Под ред. Р.И.Вяхирева. М., Большая Российская энциклопедия, 2004, с.433) известно, что в качестве испарителей используются различные модификации кожухотрубных теплообменников. Характерной особенностью испарителей является наличие зоны сепарации жидкости и пара, образуемой, например, с помощью увеличения свободного объема межтрубного пространства.From the source of information (Russian Gas Encyclopedia. / Ed. By R.I. Vyakhirev. M., Big Russian Encyclopedia, 2004, p. 433) it is known that various modifications of shell-and-tube heat exchangers are used as evaporators. A characteristic feature of evaporators is the presence of a zone of separation of liquid and vapor, formed, for example, by increasing the free volume of the annulus.
Сепаратор 10 замкнут своей линией 11 отвода жидкой фракции на переохладитель 3 таким образом, что два входа переохладителя 3 связаны единым трубопроводом (линией 11) с жидкостным выводом сепаратора 10.The separator 10 is closed by its line 11 of the removal of the liquid fraction to the subcooler 3 in such a way that the two inputs of the subcooler 3 are connected by a single pipe (line 11) with the liquid output of the separator 10.
Способ осуществляется следующим образом. Поток исходного газа, например, с давлением 7 атм и температурой 450°C поступает на вход установки в виде исходного потока газа и средством 1 разделяется на два потока (две части): одна (большая) часть поступает на охлаждение в основной пластинчато-ребристый теплообменник (Т-01) 2, другая (меньшая) часть в виде детандерного потока поступает в дожимной узел (ТДК-01) 16. Поток после дожимного (дожимающего) компрессора 30 охлаждается водой в дополнительном теплообменнике 32 и поступает в основной теплообменник (Т-01) 2, где он охлаждается обратными потоками азотоводородной смеси, сбросного (отбросного) азота и фракции CO-N2 (смесь азота с окисью водорода) и выводится из средней части теплообменника 2. Далее дожатый газ направляется через фильтр (Ф-01) 33 в турбину турбодетандерного агрегата (ТДК-01) 16, где, расширяясь, охлаждается и поступает в середину основной (насадочной) колонны (К-01) 4.The method is as follows. The source gas stream, for example, with a pressure of 7 atm and a temperature of 450 ° C, enters the installation in the form of an initial gas stream and is divided into two streams (two parts) by means of 1: one (large) part enters the main plate-fin heat exchanger for cooling (T-01) 2, the other (smaller) part in the form of an expander stream enters the booster unit (TDK-01) 16. The stream after the booster (booster) compressor 30 is cooled by water in an additional heat exchanger 32 and enters the main heat exchanger (T-01 ) 2, where it is cooled by reverse flows nitrogen-hydrogen mixture, waste (waste) nitrogen and fraction CO-N 2 (a mixture of nitrogen with hydrogen oxide) and is removed from the middle part of the heat exchanger 2. Next, the squeezed gas is sent through a filter (F-01) 33 to the turbine of the turbine expander unit (TDK-01) 16, where, expanding, it cools and enters the middle of the main (packed) column (K-01) 4.
После охлаждения основной поток газа (1-1) направляется в конденсатор-испаритель (КИ-01) 7, где частично конденсируется (1-12). Далее парожидкостная смесь поступает в сепаратор 10, где разделяется на пар (1-3) и жидкость (1-4). Поток 27 пара (1-3) выводится обратным потоком через основной теплообменник (Т-01) 2 из установки в виде обогащенной водородом азотоводородной смеси. Поток жидкости 11 (1-4) делится на два потока - (1-5) и (1-4-1). Расход потока (1-5) существенно меньше расхода потока (1-4-1). Потоки (1-5) и (1-4-1) проходят через переохладитель (ПЕ-01) 3.After cooling, the main gas stream (1-1) is directed to the condenser-evaporator (KI-01) 7, where it partially condenses (1-12). Next, the vapor-liquid mixture enters the separator 10, where it is divided into steam (1-3) and liquid (1-4). Steam stream 27 (1-3) is withdrawn by reverse flow through the main heat exchanger (T-01) 2 from the unit in the form of a hydrogen-enriched nitrogen-hydrogen mixture. The fluid flow 11 (1-4) is divided into two flows - (1-5) and (1-4-1). The flow rate (1-5) is significantly less than the flow rate (1-4-1). Streams (1-5) and (1-4-1) pass through a subcooler (PE-01) 3.
Поток (1-5) переохлаждается за счет нагрева газообразных потоков азота (1-14) и фракции CO-N2 (1-13), выходящих из основной колонны (К-01) 4 с давлением 1.3 бар, и дросселируется (1-6) в верхнюю часть этой колонны (К-01) 4. Стекая вниз по колонне 4, жидкость обогащается аргоном за счет процессов тепломассообмена с парами, поднимающимися по колонне 4 из конденсатора-испарителя 7. Из куба основной колонны 4 отбирается жидкий аргон (1-7), который направляется в конденсатор-испаритель (КИ-01) 7, где частично испаряется за счет обмена теплом с конденсирующимся газом.The stream (1-5) is supercooled by heating gaseous flows of nitrogen (1-14) and the fraction CO-N 2 (1-13), leaving the main column (K-01) 4 with a pressure of 1.3 bar, and throttled (1- 6) to the top of this column (K-01) 4. Flowing down the column 4, the liquid is enriched with argon due to heat and mass transfer with vapors rising along the column 4 from the condenser-evaporator 7. Liquid argon is taken from the cube of the main column 4 (1 -7), which is sent to the condenser-evaporator (KI-01) 7, where it partially evaporates due to the exchange of heat with condensing gas.
Газообразный поток (1-8) из конденсатора-испарителя (КИ-01) 7 направляется обратно в основную колонну (К-01) 4. Пары аргона, поднимаясь по колонне 4, проходят пять тарелок и отмываются от криптона и ксенона. Часть чистого газообразного аргона (1-9) выводится из основной колонны (К-01) 4 и подается в ожижитель (ОЖ-01) 8. Туда же из переохладителя (ПЕ-01) 3 подается переохлажденный поток (1-10), при испарении которого часть потока (1-9) конденсируется. Товарный жидкий аргон через линию 9 слива товарного аргона направляется из ожижителя (ОЖ-01) 8 в криогенную емкость продуктового аргона (не показана). Поток пара (1-11) из ожижителя (ОЖ-01) 8 отводится в среднюю часть основной колонны (К-01) 4.The gaseous stream (1-8) from the condenser-evaporator (KI-01) 7 is directed back to the main column (K-01) 4. Argon vapor, rising along column 4, passes five plates and is washed from krypton and xenon. Part of the pure gaseous argon (1-9) is removed from the main column (K-01) 4 and fed to a liquefier (ОЖ-01) 8. There, a supercooled stream (1-10) is supplied from the subcooler (PE-01) 3, at the evaporation of which part of the stream (1-9) condenses. Commodity liquid argon passes through commodity argon discharge line 9 from a liquefier (ОЖ-01) 8 to the cryogenic capacity of product argon (not shown). The steam stream (1-11) from the fluidizer (ОЖ-01) 8 is diverted to the middle part of the main column (К-01) 4.
Поток жидкости (1-2) из конденсатора-испарителя (КИ-01) 7 подается в верхнюю часть криптоновой колонны (К-02) 5, связанной в нижней части с блоком 12 подготовки криптоноксеноновой смеси. Из испарителя (И-01) 35 жидкая фаза поступает в двухфазный сепаратор 36, из которого отбирается чистая криптоноксеноновая смесь в жидком виде через слив 13 товарной криптоноксеноновой смеси. Газовая фаза из блока 12 подготовки криптоноксеноновой смеси возвращается в куб основной колонны (К-01) 4.The fluid flow (1-2) from the condenser-evaporator (KI-01) 7 is fed into the upper part of the krypton column (K-02) 5, connected in the lower part to the block 12 for preparing the kryptonoxenone mixture. From the evaporator (I-01) 35, the liquid phase enters a two-phase separator 36, from which the pure kryptonoxenone mixture is taken in liquid form through the discharge 13 of the commercial kryptonoxenone mixture. The gas phase from the block 12 for the preparation of the kryptonoxenone mixture is returned to the cube of the main column (K-01) 4.
Пример Example
На установку выделения тяжелых инертных газов из хвостовых газов установки Сульфрин поступает газ следующего состава: (в мольных долях) 0.017 H2, 0.961 N2, 0.012 Ar, 0.010 СО, 0.01 ppm Хе, 1.5 ppm Kr. Давление потока составляет 7 бар, температура - 228 К, объемный расход газовой смеси - 1.13*105 нм/ч.A gas of the following composition is supplied to the installation for separating heavy inert gases from the tail gases of the Sulfrin installation: (in molar fractions) 0.017 H 2 , 0.961 N 2 , 0.012 Ar, 0.010 СО, 0.01 ppm Хе, 1.5 ppm Kr. The flow pressure is 7 bar, the temperature is 228 K, the volumetric flow rate of the gas mixture is 1.13 * 105 nm / h.
Состав и характеристика продуктов газоразделения представлены в таблице.The composition and characteristics of gas separation products are presented in the table.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013112577/06A RU2528792C1 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Method for single-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013112577/06A RU2528792C1 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Method for single-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2528792C1 true RU2528792C1 (en) | 2014-09-20 |
| RU2013112577A RU2013112577A (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=51583073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013112577/06A RU2528792C1 (en) | 2013-03-20 | 2013-03-20 | Method for single-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2528792C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2605305A1 (en) * | 1976-02-11 | 1977-08-18 | Messer Griesheim Gmbh | Separation of krypton and xenon from crude oxygen - by taking fraction from base of medium pressure column |
| RU2044974C1 (en) * | 1993-04-02 | 1995-09-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза" | Method of obtaining krypton-xenon mixture |
| UA19009C2 (en) * | 1993-02-15 | 1997-12-25 | Галина Анатолівна Самсончева | Method to make krypton-xenon mix |
| RU2146552C1 (en) * | 1999-08-30 | 2000-03-20 | Савинов Михаил Юрьевич | Method of production of krypton-zenon concentrate and device for its embodiment |
| RU2319084C2 (en) * | 2002-09-04 | 2008-03-10 | Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method and device for inert gas and oxygen production by cryogenic air distillation |
-
2013
- 2013-03-20 RU RU2013112577/06A patent/RU2528792C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2605305A1 (en) * | 1976-02-11 | 1977-08-18 | Messer Griesheim Gmbh | Separation of krypton and xenon from crude oxygen - by taking fraction from base of medium pressure column |
| UA19009C2 (en) * | 1993-02-15 | 1997-12-25 | Галина Анатолівна Самсончева | Method to make krypton-xenon mix |
| RU2044974C1 (en) * | 1993-04-02 | 1995-09-27 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза" | Method of obtaining krypton-xenon mixture |
| RU2146552C1 (en) * | 1999-08-30 | 2000-03-20 | Савинов Михаил Юрьевич | Method of production of krypton-zenon concentrate and device for its embodiment |
| RU2319084C2 (en) * | 2002-09-04 | 2008-03-10 | Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод | Method and device for inert gas and oxygen production by cryogenic air distillation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013112577A (en) | 2014-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2414659C2 (en) | Method and apparatus for extracting products from synthetic gas | |
| RU2743086C1 (en) | Extraction of helium from natural gas | |
| RU2397412C2 (en) | Method and device for extracting products from synthetic gas | |
| US3214925A (en) | System for gas separation by rectification at low temperatures | |
| KR100192874B1 (en) | Air separation | |
| CN100380079C (en) | Air fractionation process and equipment with mixing tower and krypton-xenon recovery device | |
| US20160025408A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
| JPS63279085A (en) | Separation of air | |
| RU2012147006A (en) | HYDROGEN AND NITROGEN EXTRACTION FROM AMMONIA BLOWING GAS | |
| JPS581350B2 (en) | Gaseous oxygen production method and low temperature plant for implementing the production method | |
| RU2015114796A (en) | INTEGRATED NITROGEN REMOVAL IN THE PRODUCTION OF LIQUID NATURAL GAS USING AN INTERMEDIATE SEPARATION OF THE SOURCE GAS | |
| JP2002327981A (en) | Cryogenic air-separation method of three-tower type | |
| US20210071948A1 (en) | Method and device for producing air product based on cryogenic rectification | |
| JPS5939671B2 (en) | Air separation method and device | |
| CN105466154B (en) | A kind of space division technique method | |
| NO166224B (en) | METHOD AND DEVICE FOR GAS-NITROGEN PREPARATION AT LOW TEMPERATURE DISTILLATION OF AIR. | |
| CN108826831B (en) | Device and process for cryogenic separation of carbon monoxide gas by nitrogen circulation refrigeration | |
| KR20200088399A (en) | Cryogenic distillation method and apparatus for producing pressurized air by an expander booster connected to a nitrogen expander for braking | |
| US3740962A (en) | Process of and apparatus for the recovery of helium from a natural gas stream | |
| CN101857201A (en) | A device for producing high-purity oxygen and krypton-xenon concentrate and its application method | |
| CN105452790A (en) | Method and device for generating gaseous compressed nitrogen | |
| KR0158730B1 (en) | Pumped liquid oxygen method and apparatus | |
| JP7451532B2 (en) | Apparatus and method for separating air by cryogenic distillation | |
| CN102192637B (en) | Air separation method and apparatus | |
| RU2528786C1 (en) | Methods for two-step fractionation separation of inert gases from tail gases and apparatus therefor |