Установки для производства кислорода

Промышленные установки для получения газообразного O₂ по производительности классифицируются следующим образом:

малой производительности (8,3·10^-3 – 6,9·10^-1 м³/с); средней производительности (8,3·10^-2– 1,0 м³/с) и высокой производительности (V_O2>1,39 м³/с).

На установках средней и высокой производительности предусматривается возможность получения ряда инертных газов (аргон, ксенон и др.)

В установках малой производительности применяется высокая (10-20 МПа) и среднее (3-5 МПа) давление воздуха. В установках средней и высокой производительности, как правило, используется низкое давление воздуха (0,5-0,8 МПа), создаваемое турбокомпрессорами (квазицикл Капицы).

В зависимости от типа воздухоразделительные установки маркируются буквами. Буква обозначает типоряд устройства и указывает на вид вырабатываемого целевого продукта: K – тип установок для получения технического O₂; K_T – установки для получения технического кислорода; К_Ж, А_Ж – жидкого O₂ и N₂. цифра маркировки относится к отдельному типоразмеру; и обозначает производительность в тыс. м³/ч газообразного или кг/ч жидкого продуктов. В установках высокой производительности в цифровой части маркировки указывается ее суммарная производительность по техническому и технологическому O₂.

В соответствии с ГОСТ 5583-78 технический O₂ имеет концентрацию 99,2-99,7%. Чистота технологического кислорода ГОСТом не регулируется, а определяется требованиями технологии в которой он используется. Обычно концентрация технологического O₂ применяется на уровне 90-95%.

Схема установки Kг-300M  показана на рисунке. Эта установка работает по схеме 2-х давлений: 9-10 МПа (25% воздушного потока) и 0,45-0,6 МПа (75% потока).

Согласно схеме, 75% требуемого количества воздуха компрессором низкого давления (0,45-0,6 МПа) пропускается через пылеотделитель 1 и масляные фильтры 2. Очищенный от пыли и масла воздух подается на осушку и очистку от CO₂ в адсорбер 8. После этого воздух поступает в нижнюю часть составной колонный 13. 

  

  

 

Схема установки Кг – 300М

 

Удаление воды и CO₂ достигается вымораживанием азотом, поступающим из ректификационной колонны и переохладителя жидкого азота 11. Лед и CO₂ в твердом состоянии облагаются на насадке адсорбера 8.

Остальной воздух (25% начального объема) сжимается до давления 9-10 МПа компрессором 3 и поступает на осушку и очистку в фильтры 4-6. После такой очистки воздух разделяется на 2 потока. Один направляется в теплообменник 9, где охлаждается газообразным кислородом O_2(Г), отбираемым из конденсатора-испарителя, дросселируются в вентиле 10 до давления 0,45-0,6 МПа и поступает в виде насыщенного пара в нижнюю часть ректификационной колоны 13. Часть же воздуха высокого давления (=35%) из адсорбера 6 направляется в поршневой детандер 19, на выходе из которого параметры воздуха равны 0,45-0,6 МПа и 90 -150 ^ОС. Этот воздух, проходя через фильтр 18 детандера 19, смешивается с воздухом поступающим от дроссельного вентиля 10. Как видно из схемы, разделение смеси происходит в колонне ректификации 13. Жидкий N₂ (N_2(Ж)) из нижней части колонны проходит переохладитесь N₂ 11 и через дроссельный вентиль 12 поступает на верхнюю тарелку верхней колонны. Жидкость испарителя подается на фильтр-адсорбер 15 для очистки от твердой фазы CO₂ и ацетилена и через дроссельный вентиль 14 – в среднюю часть колонны низкого давления на повторную ректификацию.

В схеме предусмотрены подогреватели воздуха 17 и 16, а также регенератор 7 для восстановления фильтров продуктами разделения воздуха.

Отбор газообразного O₂ осуществляется по трубопроводу 20, а жидкого - по 11. Концентрация получаемого в установке K_Г – 300 O₂ удовлетворяет ГОСТ 5583-78 и составляет 99,5%. Газообразный N₂ может отбираться из трубопровода 22, однако он требует дополнительной очистки.

Рекуперация холода осуществляется в переохладителе N₂ 11 и регенераторах 8, а O₂ в теплообменнике 9.

Широкое распространение в промышленности получили установки, работающие на одном низком Kт-1,4 или среднем давлении K_T-0,4. Эти установки проще, чем Kг-300М.

В состав кислородной станции (установки) входит: поршневые компрессоры, турбокомпрессоры и детандеры; кислородные и азотные насосы для подачи жидких O₂ и азота под давлением; блоки разделения (БР), в включающие ректификационные колонны; фильтры для очистки исходного сырья от пыли и масла; элементы осушки и очистки воздуха от CO₂; разного рода теплообменники.

В отечественных установках для сжатия воздуха поршневые компрессоры используются при производительности 40-7800 м³/ч. При более высокой производительности используются турбокомпрессоры. Производительность турбокомпрессоров, используемых для разделения воздуха, составляет 8000-170000 м³/ч при давлении 0,6-0,8 МПа (реже до 3,5 МПа). Они обладают повышенным КПД по сравнению с поршневыми компрессорами и просты в эксплуатации.

Поршневые детандеры высокого (16-20 МПа) и среднего (1,5-7 МПа) давления используют в установках малой производительности. В установках большой и средней производительности нашли место турбокомпрессоры.

Оборудование кислородного производства может размещаться как в здании, так и на открытой площадки. При наружном размещении БР объем здания сокращается на 60-70 %.

Реализация максимального энергосбережения и большая единичная производительность установок позволяет снизить энергетическую составляющую себестоимости технического O₂.