10.3 Технология получения кислорода

 

Кислород можно получать: 1) химическими способами;2) электролизом воды; 3) разделением воздуха методом глубокого охлаждения.

Промышленное получение кислорода осуществляется путем глубокого охлаждения, сжатия и ректификацией (разделением на составляющие) в специальных установках. Типичная установка представлена на рис. 10.1. В этих установках для подачи сжатого воздуха используются компрессоры.

Ректификация – процесс разделения жидкого воздуха на жидкий кислород и газообразный азот, осуществляемый в специальных  аппаратах – реакторных колоннах.

В нижней части колонны происходит предварительное разделение воздуха на обогащенный воздух, содержащий 40%О2 и на жидкий азот (97-98%), собирающийся в карманах конденсатора.

Обогащенный воздух подается в верхнюю часть колонны, где происходит окончательная ректификация с получением 99-99,5%О2 и 97-98%N2. Расход энергии на призводство1нм3 технического кислорода равен 0,65-1,5 кВтч.

Применяются установки с глубоким охлаждением для получения жидкого кислорода с использованием давления 180-200атм и дальнейшим расширением в поршневом детандере или воздуха низкого давления (6 атм) с расширением в турбодетандере (метод акад. П.Л. Капицы).

 

 

Цикл Капицы – холодильный цикл основанный на применении воздуха низкого давления и получении необходимого холода только за счет расширения этого воздуха в воздушной турбине (детандере) с совершением внешней работы. Схема установки, реализирующей такой цикл, представлена на рис. 10.2

 

Рисунок 10.2 – Схема цикла Капицы для получения

жидкого воздуха:

1 – турбокомпрессор; 2 – регенераторы; 3 – турбодетандер;

4 – конденсатор

Особенностями цикла являются:

- не высокое сжатие воздуха (до 0,6 – 0,7 МПа) в компрессоре;

- использование холода воздуха из конденсатора в регенеративном теплообменнике;

- расширение сжатого воздуха в турбодетандере;

Этот цикл разработан еще в 1930 г. и широко применяется в практике вследствие высокой энергоэффективности.

Из сжиженного воздуха методом ректификации получают кислород и азот.

Наряду с получением О2 и N2 в установках глубокого охлаждения  получают также содержащиеся в воздухе газы: аргон, неон, криптон, ксенон.

Сегодня используются установки мощностью от 1000 до 20 000 м3/час кислорода. При этом в качестве теплообменных аппаратов используются регенераторы, это позволяет сжимать основное количество воздуха только до 4,5-5,5 атм, что снижает общий удельный расход на выработку газообразного кислорода до 0,45-0,55 кВтч.

Существует целая отрасль народного хозяйства - кислородная промышленность, производящая технический кислород как товарную продукцию, и технологический кислород (т.е. для собственных нужд, например, на сталелитейных заводах).