Воздухоразделительные установки (ВРУ)
Газовый состав воздуха на земле одинаков, за исключением углекислого газа, углеводородов и аммиака, концентрация которых на несколько (3 и более) порядков меньше, чем содержание кислорода и азота.
Воздухоразделительные установки (ВРУ) - установки для разделения воздуха на компоненты: кислород, азот, аргон, неон, ксенон
ВРУ состоит из 2-х секций: ожижительной и разделительной.
Ожижительная секция предназначена для получения жидкой флегмы, в которой массовая доля кислорода чуть выше, чем в воздухе, за счет более высокой температуры кипения, как следствие при испарении в парах над флегмой больше низкокипящих компонентов, таких как азот.
Ожижительная секция состоит из блока комплексной очистки и осушки (БКОО), компрессора, теплообменников, расширителя, в роли которого выступает дроссель или детандер, и оканчивается резервуаром для скопления сжиженной флегмы.
Обычно резервуаром для флегмы является дно ректификационной колонны.
Как правило, в системе стоит от 2-х и более теплообменников.
1-й теплообменник работает при положительных температурах, и предназначен для охлаждения сжатого компрессором воздуха, окружающим воздухом.
Последующие теплообменники охлаждают сжатый воздух путем теплообмена с исходящими продуктами: кислородом, азотом или флегмой.
Разделительная секция обычно состоит из ректификационной колонны, конденсатора-испарителя и ряда азото-кислородных теплообменников.
Количество ректификационных колонн зависит от конкретного газа или жидкости, который по техпроцессу получается в установке.
При получении, например, только газообразного азота в установке находится 1 колонна.
Воздух, проходит через несколько фильтров механической фильтрации, затем попадает в компрессор, где сжимается до давления цикла, затем поступает в БКОО, где с помощью адсорбентов из него удаляются влага, двуокись углерода и углеводороды, затем - в теплообменники.
Затем воздух попадает в нижнюю ректификационную колонну, где ректифицирует на кубовую жидкость (~ 35 % O2, 2 % Ar, остальное азот) и газообразный азот с чистотой ~99,99 %.
При получении кислорода в установке будут находиться верхняя и нижняя колонны и конденсатор - испаритель между ними.
Кубовая жидкость подается в середину верхней ректификационной колонны, а жидкий азот - в верх верхней ректификационной колонны.
Из верха верхней ректификационной колонны отбирается газообразный азот, внизу собирается жидкий кислород.
Жидкий кислород попадает в конденсатор-испаритель, который производит теплообмен с газообразным азотом нижней ректификационной колонны.
При получении аргона в установке будет находиться 4 колонны: нижняя, верхняя, сырого аргона, чистого аргона.
Остальные газы (ксенон, криптон, неон), находящиеся в воздухе получают в крупных ВРУ в виде смесей, из которых далее, в специальном оборудовании, эти газы выделяют в чистом виде.
Неон и гелий при работе ВРУ накапливаются в конденсаторе-испарителе в виде некондесируемой фракции.
Это может нарушать процессы конденсации азота, поэтому для удаления неона и гелия предусмотрен вентиль стравливания.
ВРУ классифицируются:
в соответствии с методами разделения воздуха - на адсорбционные, мембранные и криогенные.
по давлению цикла разделения: P = 15 ÷ 20 МПа - высокое давление, P = 4 ÷ 7 МПа - среднее давление, P = 0,5 ÷ 1,2 МПа - низкое давление. по производительности:
малой Vк = 30 ÷ 300 (м³ N2 или O2)/час при нормальных условиях (T0 = 273 K, P0 = 760 мм рт.ст. = 101325 кПа);
средней Vк = 300 ÷ 3000 (м³ N2 или O2)/час при нормальных условиях;
высокой Vк > 3000 (м³ N2 или O2)/час при нормальных условиях;
по состоянию получаемого продукта:
для получения газообразных продуктов;
для получения жидких продуктов;
для одновременного получения продуктов в жидкой и газообразной фазах;
Расшифровка названия:
После тире в названии ВРУ указывается её производительность по первому продукту в тыс.м³/ч или тыс.кг/ч если речь идет о жидких продуктах.
А - получение газообразного азота
К - получение газообразного кислорода
Аж - получение жидкого азота
Кж - получение жидкого кислорода
Ар - получение газообразного аргона
Кт - получение технологического (чистота 95 %) кислорода
