СПОСОБ СБОРА И СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ КРИПТОНОКСЕНОНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
METHOD FOR COLLECTING AND MIXING FLOWS OF KRYPTON-XENON CONCENTRATE

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.
В технологии производства криптоноксеноновой смеси, получаемой на воздухоразделительных установках, размещенных в цехах разделения воздуха предприятий, возникает необходимость сбора потоков криптоноксенонового концентрата, поступающих из отдельных воздухоразделительных установок (источников), в единый (итоговый) поток и его подачу на дальнейшую переработку в устройство получения криптоноксеноновой смеси. Поток криптоноксенонового концентрата из отдельных воздухоразделительных установок может выводиться как в газообразном, так и в жидком виде. В случае вывода потока криптоноксенонового концентрата в жидком виде его насосом подают в теплый газификатор, обогреваемый горячей водой или водяным паром, и далее направляют в линию выдачи для смешения. Насос и теплый газификатор устанавливают рядом непосредственно у воздухоразделительной установки.
На территории крупных предприятий может находиться не один, а два или более цеха разделения воздуха, удаленных друг от друга на несколько километров. Цеха разделения воздуха укомплектованы различными моделями воздухоразделительных установок: здесь есть работающие модели ранних выпусков (КтК-35-U3, КААр-32, КААр-15, К-11 и др.) и воздухоразделительные установки нового поколения (АКАр 40/35-2, КтА 35/20 и др.). Давления потоков криптоноксенонового концентрата для разных моделей также различны и составляют 0,135÷0,14 МПа для установок ранних выпусков и 0,2÷0,22 МПа для установок нового поколения.
Известен способ сбора и смешения отдельных потоков криптонового концентрата, поступающих из блоков первичного обогащения воздухоразделительных установок, с суммарным содержанием 0,1÷0,2% криптона и ксенона путем их подачи в мягкий газгольдер, из которого смесь направляют в компрессор, сжимают и подают в установку получения криптоноксеноновой смеси (см. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Под ред. В.И. Епифановой, Л.С. Аксельрода; в 2Т. - М.; Машиностроение, 1973. - Т. 2, стр. 86). Недостатками известного способа смешения являются низкое давление смешанного потока и сбор потоков криптонового концентрата в пределах группы воздухоразделительных установок одного цеха разделения воздуха. Низкое давление смешанного потока обусловлено тем, что смешение потоков происходит в газгольдере динамически при постоянном давлении, в результате чего давление смешанного потока не может превышать минимального давления отдельного потока криптонового концентрата.
Известен способ сбора и смешения отдельных потоков криптонового концентрата, поступающих из воздухоразделительных установок в жидком или/и газообразном виде, с образованием смешанного потока криптонового концентрата более высокого давления, чем давление газообразного потока первичного криптонового концентрата и подачу его в установку для получения криптоноксеноновой смеси (см. RU 112839,U1 B01D 53/02, F25J 3/02). Недостатками известного способа являются: повышены затраты на получение криптоноксеноновой смеси за счет установки дорогостоящего емкостного оборудования, не обеспечены взрывобезопасные условия эксплуатации этого оборудования, применен внешний источник энергии (газообразный кислород) для повышения давления в эжекторе газообразного потока криптонового концентрата, снижена по сравнению с первоначальной концентрация криптона и ксенона в потоке первичного концентрата на входе в установку в результате подачи растворителя (кислорода) в качестве рабочего газа в эжектор, увеличен объем перерабатываемого газа в установке получения криптоноксеноновой смеси, сбор и смешение потоков криптонового концентрата осуществляют в пределах группы воздухоразделительных установок одного цеха.
Целью изобретения является повышение качества и количества итогового потока криптоноксенонового концентрата за счет охвата большего числа источников потока криптоноксенонового концентрата на одно устройство получения криптоноксеноновой смеси, увеличения давления и концентрации криптона и ксенона в концентрате на входе в устройство.
Поставленная цель достигается тем, что в способе сбора и смешения потоков криптоноксенонового концентрата, включающем подачу по линиям отдельных потоков криптоноксенонового концентрата из группы источников, их смешение в коллекторе динамическим способом с образованием суммарного потока криптоноксенонового концентрата и подачу его в устройство получения криптоноксеноновой смеси, отличительной особенностью является то, что дополнительно осуществляют сбор и смешение отдельных потоков криптоноксенонового концентрата группы источников, удаленных от устройства получения криптоноксеноновой смеси, с образованием общего потока криптоноксенонового концентрата, который компримируют, транспортируют по линии к устройству получения криптоноксеноновой смеси и перед подачей в устройство смешивают в инжекторе с суммарным потоком криптоноксенонового концентрата, образуя итоговый поток криптоноксенонового концентрата, направляя его в качестве рабочего потока, а суммарный поток криптоноксенонового концентрата - в качестве инжектируемого потока, при этом в линиях отдельных потоков криптоноксенонового концентрата определяют давление, концентрацию криптона, ксенона и непрерывно измеряют концентрацию углеводородов (метана), для каждой группы источников криптоноксенонового концентрата смешивают в коллекторе только отдельные потоки с одинаковыми или близкими значениями давления с образованием смешанных потоков с наибольшими значениями давления и смешанных потоков с наименьшими значениями давления, суммарный поток криптоноксенонового концентрата и общий поток криптоноксенонового концентрата создают смешением в инжекторах смешанных потоков с наибольшими значениями давления в качестве рабочего потока и смешанных потоков с наименьшего значениями давления в качестве инжектируемого потока, а расходы отдельных потоков криптоноксенонового концентрата устанавливают в соответствии с содержанием в их потоке углеводородов (метана), криптона и ксенона.
1
9
1
9
1
9
Заявленный способ сбора и смешения потоков криптоноксенонового концентрата может быть реализован, например, в устройстве, показанном схематично на чертеже, на примере сбора и смешения криптоноксенонового концентрата девяти воздухоразделительных установок (источников), пять (1÷5) из которых расположены в I цехе разделения воздуха, а четыре (6÷9) - во II цехе разделения воздуха, удаленном от I цеха разделения воздуха, и установки III получения криптоноксеноновой смеси, которая территориально расположена вблизи I цеха разделения воздуха. При этом источники 1, 2, 3 криптоноксенонового концентрата - это установки более раннего выпуска с давлением потоков криптоноксенонового концентрата 0,135÷0,14 МПа, а источники 4, 5 - установки нового поколения с давлением потоков криптоноксенонового концентрата 0,2÷0,22 МПа, одна (4) из которых выдает поток криптоноксенонового концентрата в виде жидкости, а другая (5) - в виде газа. Источники 6, 7 криптоноксенонового концентрата удаленного цеха II - установки более раннего выпуска с давлением потоков криптоноксенонового концентрата 0,135÷0,14 МПа, а источники 8, 9 криптоноксенонового концентрата - установки нового поколения с давлением потоков криптоноксенонового концентрата 0,2÷0,22 МПа, которые выдают потоки криптоноксенонового концентрата в виде газа. Каждый из источников 1÷9 криптоноксенонового концентрата имеет линию л1÷л9 выдачи криптоноксенонового концентрата, снабженную манометром PJ÷PJ, прибором QJ÷QJ измерения концентрации примесей (метана, криптона, ксенона), расходомером FJ÷FJ и клапаном P1÷Р9 регулирования расхода. На схеме приборы условно показаны только для 1 и 9 источников криптоноксенонового концентрата. Линия л4 выдачи криптоноксенонового концентрата источника 4 в виде жидкости содержит дополнительно установленные рядом с установкой насос 10 и газификатор 11, обогреваемый горячей водой или водяным паром. Устройство также содержит коллекторы 13, 18 потоков криптоноксенонового концентрата наименьшего давления, коллекторы 12, 20 потоков криптоноксенонового концентрата наибольшего давления, инжекторы 14, 22, 25, компрессор 23, установку получения криптоноксеноновой смеси III (например, установку «ХРОМ-3» по патенту RU 2149676, С1), соединенных линиями потоков криптоноксенонового концентрата.
Линии выдачи л1÷л3 потоков криптоноксенонового концентрата на выходе соединены соответственно с патрубками входа коллектора 13 наименьшего давления, патрубок выхода которого соединен линией 16 смешанного потока с наименьшим значением давления с камерой инжектируемого потока инжектора 14. Линии л4 и л5 потоков криптоноксенонового концентрата на выходе соединены соответственно с патрубками входа коллектора 12 наибольшего давления, патрубок выхода которого соединен линией 15 смешанного потока с наибольшими значениями давления с камерой рабочего потока инжектора 14. Выходной патрубок инжектора 14 линией 17 суммарного потока криптоноксенонового концентрата соединен с камерой инжектируемого потока инжектора 25. Линии л6, л7 потоков криптоноксенонового концентрата на выходе соединены соответственно с патрубками входа коллектора 18 наименьшего давления удаленных источников, патрубок выхода которого соединен линией 19 смешанных потоков удаленных источников с наименьшими значениями давления с камерой инжектируемого потока инжектора 22. Линии л8, л9 потоков криптоноксенонового концентрата на выходе соединены соответственно с патрубками входа коллектора 20 наибольшего давления удаленных источников, патрубок выхода которого соединен линией 21 смешанного потока удаленных источников с наибольшими значениями давления с камерой рабочего потока инжектора 22. Выходной патрубок инжектора 22 линией 24 общего потока криптоноксенонового концентрата, содержащей компрессор 23, соединен с камерой рабочего потока инжектора 25, патрубок выхода которого линией 26 итогового потока криптоноксенонового концентрата соединен с входным патрубком установки III получения криптоноксеноновой смеси.
1
9
Заявленный способ сбора и смешения потоков криптоноксенонового концентрата осуществляют следующим образом. Используя вначале технические характеристики имеющихся воздухоразделительных установок, а затем измерив давление криптоноксенонового концентрата в отдельных линиях л1÷л9 по показаниям манометров PJ÷PJ, в каждой группе источников I, II разделяют отдельные потоки криптоноксенонового концентрата по давлению на две подгруппы: подгруппа отдельных потоков криптоноксенонового концентрата с наименьшим значением давления (л1, л2, л3 и л6, д7) и подгруппа отдельных потоков криптоноксенонового концентрата с наибольшим значением давления (л4, д5 и л8, л9). В группе источников I отдельные потоки л1, л2, л3 криптоноксенонового концентрата динамически смешивают в коллекторе 13 с образованием на выходе смешанного потока с наименьшим значением давления, который по линии 16 направляют в камеру инжектируемого потока инжектора 14. Отдельные потоки л4, л5, криптоноксенонового концентрата динамически смешивают в коллекторе 12 с образованием на выходе смешанного потока с наибольшим значением давления, который по линии 15 направляют в рабочую камеру инжектора 14.На выходе из инжектора 14 получают суммарный поток криптоноксенонового концентрата, который по линии 17 подают в камеру инжектируемого потока инжектора 25.
Аналогично осуществляют смешение отдельных потоков группе II источников. Отдельные потоки л6, л7 криптоноксенонового концентрата динамически смешивают в коллекторе 18 с образованием на выходе смешанного потока удаленных источников с наименьшим значением давления, который по линии 19 направляют в камеру инжектируемого потока инжектора 22. Отдельные потоки л8, л9, криптоноксенонового концентрата динамически смешивают в коллекторе 20 с образованием на выходе смешанного потока удаленных источников с наибольшим значением давления, который по линии 21 направляют в рабочую камеру инжектора 22. На выходе из инжектора 22 получают общий поток криптоноксенонового концентрата, который дожимают в компрессоре 23 и по протяженной линии 24 под повышенным давлением доставляют в рабочую камеру инжектора 25. Полученную на выходе инжектора 25 смесь в виде итогового потока криптоноксенонового концентрата подают в установку III получения криптоноксеноновой смеси.
1
9
Расход отдельных потоков криптоноксенонового концентрата устанавливают и регулируют клапанами Р1÷Р9 по показаниям расходомеров FJ÷FJ в соответствии с расходом криптона и/или ксенона в потоке криптоноксенонового концентрата.
3
Нормы о предельном содержании взрывоопасных примесей в кислороде при непрерывном измерении и контроле в потоке криптоноксенонового концентрата концентрации метана допускают предельно допустимое содержание метана до 6800 мг углерода/дм жидкого кислорода (или 15590 ppm), то есть более, чем в десять раз превышает допустимую концентрацию метана в потоке по сравнению с обычной частотой измерения концентрации метана на воздухоразделительных установках (через два или четыре часа) (см. Файнштейн В.И. Кислород, азот, аргон - безопасность при производстве и применении. - М. Интернет Инжиниринг, 2008 - 192 с.; таблица 10, стр. 113).
Увеличение концентрации криптона и ксенона достигают уменьшением расхода криптоноксенонового концентрата. При этом растет и концентрация метана. Однако чрезмерное уменьшение потока криптоноксенонового концентрата в пределах допустимого содержания в потоке метана приводит к увеличению потерь криптона и ксенона в воздухоразделительной установке. Поэтому оптимальным расходом потока криптоноксенонового концентрата является расход, когда при его уменьшении все еще остается постоянным расход криптона и/или ксенона, то есть выполняется условие
или
где i=1÷9 - номер отдельного потока;
3
- расход отдельного потока криптоноксенонового концентрата, нм/с;
1i
2i
Y - концентрация криптона в отдельном потоке криптоноксенонового концентрата, молярные доли; Y концентрация ксенона в отдельном потоке криптоноксенонового концентрата, молярные доли.
3
При применении предложенного технического решения удается, например, осуществить сбор отдельных потоков криптоноксенонового концентрата с девяти воздухоразделительных установок, установленных в удаленных друг от друга цехах, с расходом концентрата в отдельных потоках по 20÷35 нм/ч, повысить в линии 26 давление итогового потока криптоноксенонового концентрата с 0,13 МПа до 0,17 МПа, что вместе с повышением на (20÷30) % концентрации криптона и ксенона в отдельных потоках криптоноксенонового концентрата приводит к увеличению на (60÷80) % выхода криптоноксеноновой смеси из установки III. При этом работу установки осуществляют по упрощенной схеме с уменьшением потребности в хладагенте (жидком азоте).