Us 4617037

7/25/2019 Us 4617037

http://slidepdf.com/reader/full/us-4617037 1/8

United S t a t e s Patent [ 1 9 1

Okada e t a l .

4 , 6 1 7 , 0 3 7

O c t .

1 4 , 1 9 8 6

[ 1 1 ]

P a t e n t

Number:

[ 4 5 ] Date o f P a t e n t :

[ 5 4 ] NITROGEN

PROD UCTION

METHOD

[ 7 5 ] I n v e n t o r s : H i d e t a k e

O k a d a , Y o k o s u k a ;

S a t o s h i

U r a t a ,

E b i n a ,

b o t h o f J a p a n

[ 7 3 ]

A s s i g n e e : N i p p o n S a n s o K a b u s h i k i K a i s h a ,

T o k y o , J a p a n

[ 2 1 ] A p p l .

N o . :

7 9 3 , 1 5 6

[ 2 2 ]

F i l e d : O c t .

3 1 , 1 9 8 5

[ 3 0 ] F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y D a t a

Nov. ,

1984

[JP]

Japan . . . . . . . . . . .. 59-232126

[ 5 1 ] I n t .

C l . 4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F25J 3/00

[ 5 2 ] US.

l .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 62/11;

6 2 / 3 2 ;

6 2 / 3 8 ; 6 2 / 4 2 ; 6 2 / 4 3 4

[ 5 8 ]

F i e l d o f Search . . . . . . . . . . . . . . . . .

.

6 2 / 1 1 , 3 2 , 1 6 , 3 8 , 4 2 ,

6 2 / 4 3 4

[ 5 6 ]

R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT

DOCUMENTS

3,126,267 3/1964 Vander Arend

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 6 2/1 1

3 , 8 1 8 , 7 1 4

6 / 1 9 7 4

E t z b a c h e t

a l .

6 2 / 1 1

3 , 9 1 4 , 9 4 9

1 0 / 1 9 7 5 M a t t e r

e t

a l 6 2 / 1 1

4,088,464 5/1978

Bigi

. . . . . . . 62/38

4 , 0 9 9 , 9 4 5

7 / 1 9 7 8 S k o l a u d e 6 2 / 3 8

4,566,887 l/l986 Openshaw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62/38

P r i m a r y E x a m i n e r - R o n a l d

C .

C a p o s s e l a

A t t o r n e y , A g e n t , o r

Firm-Kane, D a l s i m e r , K a n e ,

S u l l i v a n and Kurucz

[ 5 7 ]

ABSTRACT

A

n i t r o g e n p r o d u c t i o n method w h e r e i n a i r i s

c o m

p r e s s e d , i s remov ed

o f

water

and

c a r b o n d i o x i d e c o n ~

t a i n e d t h e r e i n , a n d i s s i m u l t a n e o u s l y c o o l e d t o a t e m p e r

a t u r e c l o s e

t o

t h e

l i q u e f y i n g

p o i n t ,

a n d

t h e

r e s u l t a n t

c l e a n e d a n d

c o o l e d

a i r i s f e d

i n t o

a r e c t i f y i n g column

f o r r e c t i ? c a t i o n

s o

t h a t

h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n

i s w i t h

drawn

f r o m

t h e

r e c t i f y i n g

column

o v e r h e a d ;

a n d

w h e r e i n t h e o x y g e n - e n r i c h e d

l i q u i d

a i r w i t h d r a w n

f r o m

t h e

r e c t i f y i n g

column b o t t o m

i s

e x p a n d e d

a n d

f e d i n t o a

c o n d e n s a t i o n s t e p wherein t

becomes

a s o u r c e of re?ux

p r o d u c i n g c o l d

i n

t h e a b o v e - m e n t i o n e d

r e c t i f y i n g c o l

umn, and

t h e n

a c o l d i s produced by

a d i a b a t i c a l l y

e x

p a n d i n g t h e v a p o r i z e d g a s , a f t e r w h i c h h e a t e x c h a n g e

w i t h r a w a i r i s p e r f o r m e d .

I n

t h i s

m e t h o d , t h e r e

i s p r o

v i d e d

a

c l o s e d

c i r c u l a t i n g

s y s t e m

w h e r e i n

a


g a s which i s c o m p r e s s e d i s

c o o l e d

by h e a t e x c h a n g e

w i t h

a r e t u r n g a s

o f

t h e c i r c u l a t i n g g a s ,

and

t h e r e s u l t a n t

c o o l e d g a s i s f e d

i n t o

a

r e b o i l e r

a t t h e

bottom

o f t h e

a b o v e - m e n t i o n e d

r e c t i f y i n g

c o l u m n

w h e r e i n

i t

v a p o r

i z e s

a l i q u i d

i n

t h e b o t t o m o f

t h e

r e c t i f y i n g c o l u m n , a n d

a f t e r t h e c o m p r e s s e d c i r c u l a t i n g g a s i t s e l f i s

l i q u e ? e d

t h r o u g h t h e a b o v e d e s c r i b e d

s t e p

a n d e x p a n d e d , i t i s

f e d

i n t o

t h e above-mentioned condenser

wherein i t i s va

p o r i z e d

b y

h e a t e x c h a n g e

w i t h

t h e h i g h p u r i f y n i t r o g e n

f r o m t h e a b o v e - m e n t i o n e d

r e c t i f y i n g

c o l u m n , a n d

f u r

t h e r

t h e

r e s u l t a n t

v a p o r i z e d g a s i s r e s t o r e d t o n o r m a l

t e m p e r a t u r e

b y h e a t e x c h a n g e w i t h t h e a b o v e - m e n

t i o n e d

c o m p r e s s e d


g a s a n d

i s t h e n s u b j e c t e d

t o

r e c o m p r e s s i o n

f o r c o n t i n u e d c i r c u l a t i o n .

6 C l a i m s ,

3 D r a w i n g

F i g u r e s

23

c y c l i n g

com

p r e s s o r I ?

l l

0 i ,

condenser

\

.

h a

1 3

/

l l c

exchanger _

Ho

7 ,

IO

0

1 e x

onsion

3

v a p o r / l i q u i d

s e p a r a t o r

e x p a n s i o n

v o l v e

8 2 6 Q 2 - f l C h

c u r

s l n g l e

e v o p o r o t e r

r e c t i f i c a t i o n

c o l u m n

7/25/2019 Us 4617037


U S . P a t e n t O c t .

1 4 , 1 9 8 6 S h e e t 1

o f 3 4 , 6 1 7 , 0 3 7

v

7/25/2019 Us 4617037


7/25/2019 Us 4617037


U S. P a t e n t O c t .

1 4 , 1 9 8 6

S h e e t 3 o f 3 4 , 6 1 7 , 0 3 7

E E o u

: 2 : 6 2

9 6

Nw _ n _

7/25/2019 Us 4617037


4 , 6 1 7 , 0 3 7

1

NITROGEN PRODUCTION METHOD

BACKGROUND OF

THE INVENTION

T h i s

i n v e n t i o n r e l a t e s t o a met h od

o f

producing n i t r o

g e n

b y

l i q u e f y i n g

a n d

r e c t i f y i n g

a i r

b y

u s i n g , f o r

e x a m

p l e , a

s i n g l e r e c t i ? c a t i o n

c o l u m n ,

a n d m o r e p a r t i c u l a r l y

t o a method o f i m p r o v i n g t h e y i e l d o f

n i t r o g e n

b y p r o

v i d i n g a

g a s

c i r c u l a t i n g s y s t e m ;

A et h od u s i n g a

s i n g l e r e c t i ? c a t i o n

column

i s

e m

p l o y e d m o s t w i d e l y

a s

o n e f o r

p r o d u c i n g n i t r o g e n b y

means o f low t e m p e r a t u r e l i q u e f a c t i o n a n d r e c t i ? c a t i o n

o f

a i r and t h e

p r o c e s s h a s

t h e c o n s t r u c t i o n

w h ose

s y s

tem

o u t l i n e

i s

sho wn i n FIG. 1 .

I n t h i s p r o c e s s ,

r a w

a i r , c ompressed t o 5 t o 1 0

K g/ c m 2

a b s

by a r a w a i r compressor 1 , i s f e d i n t o a n

a d s o r b e r 4 f o r removal o f carbon d i o x i d e and water

c o n t a i n e d t h e r e i n . The r e s u l t a n t c l e a n e d

a i r

i s t h e n f e d

i n t o a

h e a t exchanger 6 wherein t i s c o o l e d t o a temper

a t u r e c l o s e

t o

i t s

l i q u e f y i n g

p o i n t .

T h e r e a f t e r t h e c o o l e d

a i r i s

f e d

i n t o t h e bottom

p o r t i o n

o f a s i n g l e r e c t i ? c a t i o n

column

8

h a v i n g

a

c o n d e n s e r

1 1 d i s p o s e d i n a

column

o v e r h e a d w h e r e i n t h e r e c t i ? c a t i o n

o f t h e i n t r o d u c e d a i r

i s

e f f e c t e d s o

a s

t o s e p a r a t e h i g h p u r i t y n i t r o g e n g a s

f r o m t h e same a t

t h e

c o l u m n overhead a s w e l l a s a l i q u i d

a i r

c o n t a i n i n g

3 0 t o 40% o f oxygen by volume a t t h e

c o l u m n

b o t t o m .

T h i s

o x y g e n - e n r i c h e d

l i q u i d

a i r p a s s e s

t h r o u g h

a

p i p e 9 , a n d i s e x p a n d e d a n d c o o l e d b y b e i n g

reduced

t o a p r e s s u r e

o f 2

t o 6 kg/cm2 a b s . by an expan

s i o n v a l v e

1 0 .

The r e s u l t a n t

c o o l e d

a i r , f e d i n t o a

c o o l e d

f l o w

c h a n n e l

1 1 0

o f t h e

a b o v e - m e n t i o n e d c o n d e n s e r 1 1 ,

i s h e a t e x c h a n g e d w i t h t h e a b o v e - m e n t i o n e d h i g h

p u

r i t y

n i t r o g e n

g a s

w h i c h

?ows

f r o m

t h e o v e r h e a d

o f

t h e

r e c t i f y i n g

column

8

a n d

t h e n b r a n c h e s

v i a

a

p i p e

1 2 i n t o

a

?ow c h a n n e l 1 1 b

o f t h e

condenser

1 1 , s o t h a t t h e

h e a t - e x c h a n g e d

n i t r o g e n g a s

s l i q u e ? e d a n d

a g a i n

?ows

b a c k

t o

t h e o v e r h e a d

o f

t h e

s i n g l e

r e c t i f y i n g

column 8

a s a

r e ? u x

w h i l e t h e o x y g e n - e n r i c h e d l i q u i d a i r i t s e l f i s

v a p o r i z e d i n t o a

p i p e 1 6 .

T h e

oxygen-enriched

a i r

a t

a temperature of - 9 0 °

t o - — 1 6 0 °

C . which

i s v a p o r i z e d i n

t h e

c o n d e n s e r 1 1

t h e n

e n t e r s

a flow c h a n n e l

6 0

o f

t h e above-mentioned

h e a t e x c h a n g e r 6 w h e r e i n i t i s

w a r m e d

t o —160°

t o

—90° C .

by

h e a t e x c h a n g e w i t h t h e a b o v e - m e n t i o n e d

r a w a i r

i n

a

flow

channel

6 a .

Th e

r e s u l t a n t w a r m e d


a i r e n t e r s a n e x p a n s i o n

t u r b i n e

1 7

w h e r e i n

i t s

p r e s s u r e

i s

l o w e r e d

b y

e x p a n s i o n

t o

p r o d u c e

t h e

r e q u i r e d

c o l d .

The o x y g e n - e n r i c h e d a i r c o o l e d

a t

—190°

t o

-l60°

C . e n t e r s

a f l o w c h a n n e l 6f o f t h e


h e a t

e x c h a n g e r

6 w h e r e i n i t p r o v i d e s

c o l d t o

t h e raw

a i r ? o wi n g

i n t h e

f l o w

c h a n n e l

6 a ,

whereupon i t i s d i s c h a r g e d o u t o f t h e s y s t e m . The r e

m a i n d e r h i g h p u r i t y n i t r o g e n

g a s

w h i c h

?ows

f r o m t h e

o v e r h e a d

o f

t h e r e c t i f y i n g column 8 v i a a p i p e 1 2

a n d

which i s

b r a n c h e d i n t o

a

p i p e 1 5 ? o w s

t h r o u g h

a

? o w

c h a n n e l

6 b

o f t h e a b o v e - m e n t i o n e d h e a t e x c h a n g e r

6 ,

where t i s r e s t o r e d

t o normal

t e m p e r a t u r e and i s w i t h

drawn o u t

o f t h e

s y s t e m

a s

a

p r o d u c t

g a s . A i t r o g e n

p r o d u c t i o n method i n a c c o r d a n c e

w i t h t h i s p r o c e s s h a s

a d v a n t a g e s

i n t h a t t h e

e n t i r e

s y s t e m

r e q u i r e s

a l e s s c o m

p l i c a t e d

c o n s t r u c t i o n

a n d

t h a t

a

p r o d u c t


i s

n o t r e q u i r e d t o b e r e c o m p r e s s e d a l t h o u g h t h e

g a s

w i t h

drawn f r o m t h e o v e r h e a d o f

t h e

r e c t i f y i n g column

h a s

m e r e l y t o b e r e s t o r e d

t o n o r m a l t e m p e r a t u r e ,

t h e r e b y

e n a b l i n g i t s d i r e c t d e l i v e r y t o

c o n s u m e r s .

However, h i s

method h a s t h e d i s a d v a n t a g e t h a t e l e c t r i c po we r con

1 5

2 5

5 5

6 5

2

s u m p t i o n b e c o m e s

l a r g e

d u e t o t h e low y i e l d

a n d

t h e

l a r g e q u a n t i t y o f

raw

i r which

n e e d s

t o b e

c o m p r e s s e d .

F r o m t h i s

v i e w p o i n t ,

a s

a method o f r e d u c i n g t h e s e

d i s a d v a n t a g e s a n d i m p r o v i n g t h e y i e l d

o f

p r o d u c t n i t r o

g e n , a method

h a s

b e e n p r o p o s e d w h e r e i n t h e q u a n t i t y

o f v a p o r i z e d

g a s i s

i n c r e a s e d

by

a

r e b o i l e r

a t

t h e bottom

p o r t i o n o f t h e

r e c t i f y i n g

c o l u m n b y

p r o v i d i n g a

n i t r o - ‘

g e n

c y c l e ,

a n d

s i m u l t a n e o u s l y

t h i s c i r c u l a t i n g n i t r o g e n

i s

f e d i n t o t h e

r e c t i f y i n g

column

o v e r h e a d

t o i n c r e a s e

t h e

r e ? u x q u a n t i t y , t h e r e b y

i m p r o v i n g

r e c t i ? c a t i o n

e f ? c i e n c y . I n a c c o r d a n c e w i t h t h i s m e t h o d , i n

t h e

s y s

tem

i n d i c a t e d

by

t h e b r o k e n

l i n e i n FIG. 1 , p r o d u c t

n i t r o g e n g a s b r a n c h e s

i n t o a p i p e 2 2 and

i s t h e n

c o m

p r e s s e d

t o a b o u t

1 5

K g/c m 2

b s . by a


c o m

p r e s s o r 2 3

a n d

i s

removed

o f

c o m p r e s s i o n h e a t . There

a f t e r t h e r e s u l t a n t c o o l e d n i t r o g e n g a s i s f e d i n t o a ?ow

c h a n n e l

6 d

o f

t h e

f o r e g o i n g

h e a t e x c h a n g e r

6

w h e r e i n t

i s c o o l e d

t o

a t e m p e r a t u r e

c l o s e

t o

i t s

l i q u e f y i n g

p o i n t

and t h e n , v i a

a

p i p e

2 5 , i n t o

a

r e b o i l e r

o r

e v a p o r a t o r

2 6

p r o v i d e d

a t t h e b o t t o m

p o r t i o n o f t h e


r e c t i f y i n g

c o l u m n

8

f o r

t h e

e v a p o r a t i o n o f

t h e

o x y g e n

e n r i c h e d l i q u i d a i r e x i s t i n g a t t h e b o t t o m p o r t i o n o f t h e

r e c t i f y i n g

c o l u m n 8 . The n i t r o g e n g a s

i t s e l f i s

l i q u e ? e d

a n d

? o ws t h r o u g h

a p i p e

2 7

t h r o u g h

a n e x p a n s i o n v a l v e

2 8

whereby

t

i s e x p a n d e d

a n d c o o l e d ,

a n d i s

t h e n

f e d

i n t o t h e

o v e r h e a d o f

t h e

r e c t i f y i n g

column 8 from

w h i c h i t ? o w s d o w n i n t h e

column

a s

a

re?ux l i q u i d .

However, t h e

a b o v e

d e s c r i b e d

method n o r m a l l y

r e

q u i r e s a high

p r e s s u r e

of 1 5 K g / c m 2 a b s . o r m o r e a s

a

n i t r o g e n

c y c l e

p r e s s u r e f o r

o p e r a t i n g

t h e r e b o i l e r 2 6

a n d

t h e q u a n ti t y o f g a s r e q u i r e d

f o r

e a c h c y c l e i n o r d e r

t o o b t a i n a c e r t a i n amount of e v a p o r a t i o n o r

re?ux

becomes l a r g e r due t o t h e u s e

o f a

r e g i o n wherein l a t e n t

h e a t

o f e v a p o r a t i o n i s s m a l l . F u r t h e r m o r e , i t i s d i f ? c u l t

t o

employ

a

c e n t r i f u g a l

t y p e

a s

a

compressor

w h i c h

i s

e x c e l l e n t i n c o n t i nu o u s r u n n i n g p e r f o r m a n c e

f o r c i r c u

l a t i n g n i t r o g e n , d u e t o t h e h i g h p r e s s u r e

a s

d e s c r i b e d

a b o v e ,

and t h e r e a r e a l s o m a y c a s e s

w h ere o p e r a t o r s

have been

f o r c e d t o

u s e

r e c i p r o c a t i n g o r

c e n t r i f u g a l

t y p e

c o m p r e s s o r s i n

a

r e g i o n

o f low e f f i c i e n c y ,

s o t h a t

s u f f i c i e n t

s a v i n g s

o n p o w e r consumption a r e n o t a t

t a i n e d .

T h i s i n v e n t i o n a i m s

t o improve t h e

lo w

p r o d u c t y i e l d

w hi c h h a s b e e n

a

d i s a d v a n t a g e o f

t h e c o n v e n t i o n a l

s i n g l e r e c t i f y i n g c o l u m n

m e t h o d

d e s c r i b e d

a b o v e ,

a n d

t o

a l l o w

e l e c t r i c p o w e r consumption r a t e t o be

r e d u c e d .

I n

v i e w o f

t h e s e

a n d o t h e r o b j e c t s , t h e p r e s e n t i n v e n

t i o n

p r o v i d e s

a

n i t r o g e n p r o d u c t i o n m e t h o d w h e r e i n a i r

i s

c o m p r e s s e d ,

i s removed

o f

w a t e r a n d c a r b o n

d i o x i d e

c o n t a i n e d

t h e r e i n ,

and

i s s i m u l t a n e o u s l y c o o l e d t o a


c l o s e

t o

t h e l i q u e f y i ng p o i n t ,

a n d

t h e

r e s u l

t a n t

c l e a n e d and

c o o l e d

a i r

i s

f e d i n t o a r e c t i fy i n g c o l

u m n f o r r e c t i ? c a t i o n

s o

t h a t

h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n

i s

withdrawn from

t h e

r e c t i f y i n g

column

o v e r h e a d ; and

w h e r e i n

t h e


l i q u i d

a i r w i t h d r a w n f r o m

t h e r e c t i f y i n g column bottom

s

e x p a n d e d a n d

f e d

i n t o a

c o n d e n s a t i o n

s t e p

wherein

t becomes a

s o u r c e o f re?ux

p r o d u c i n g c o l d i n t h e a b o v e - m e n t i o n e d

r e c t i f y i n g

c o l

umn,

and t h e n a c o l d i s produced by a d i a b a t i c a l l y e x

p a n d i n g t h e

v a p o r i z e d

g a s ,

a f t e r

w h i c h h e a t

e x c h a n g e

w i t h

r a w a i r i s p e r f o r m e d .

I n

t h i s

m e t h o d , t h e r e i s

p r o g i d e d

a c l o s e d c i r c u l a t i n g

s y s t e m

w h e r e i n

a


g a s

which

s

c o m p r e s s e d

i s

c o o l e d by h e a t exchange w i t h

a

r e t u r n g a s o f t h e c i r c u

l a t i n g g a s , and

t h e

r e s u l t a n t c o o l e d g a s

i s f e d

i n t o a

r e b o i l e r a t

t h e

bottom o f t h e


r e c t i f y

i n g

column w h e r e i n i t v a p o r i z e s a l i q u i d

i n

t h e b o t t o m

o f t h e

r e c t i f y i n g

c o l u m n ,

a n d

a f t e r t h e

c o m p r e s s e d c i r

7/25/2019 Us 4617037


4 , 6 1 7 , 0 3 7

3

c u l a t i n g g a s i t s e l f i s l i q u e ? e d

t h r o u g h

t h e a b o v e d e

s c r i b e d s t e p

a n d e x p a n d e d ,

i t

i s

f e d

i n t o

t h e a b o v e - m e n

t i o n e d

c o n d e n s e r

w h e r e i n i t i s v a p o r i z e d by h e a t e x

c h a n g e

w i t h t h e h i g h p u r i f y n i t r o g e n f r o m t h e a b o v e

m e n t i o n e d r e c t i f y i n g

c o l u m n ,

a n d

f u r t h e r

t h e r e s u l t a n t

v a p o r i z e d

g a s i s r e s t o r e d

t o

n o r m a l


by

h e a t

e x c h a n g e

w i t h t h e

a b o v e - m e n t i o n e d c o m p r e s s e d

c i r c u

l a t i n g

g a s a n d i s t h e n

s u b j e c t e d

t o r e c o m p r e s s i o n

f o r

c o n t i n u e d

c i r c u l a t i o n .

S i n c e t h e amount o f re?ux i n t h e r e c t i f y i n g column

can

be

i n c r e a s e d b y

t h e p r o v i s i o n

of

t h e

above

d e s c r i b e d

c i r c u l a t i n g s y s t e m , t h e

r e c t i ? c a t i o n c o n d i

t i o n s

a r e improved and

t h e

a m o u n t

o f

r a w

i r

becomes

s m a l l e r a s compared w i t h t h e am ount o f p r o d u c t n i t r o

g e n , t h a t i s , t h e y i e l d

o f

p r o d u c t n i t r o g e n i s i n c r e a s e . I n

t h i s c a s e ,

t h e

a m o u n t

of

r a w a i r used i n

t h e

c o n v e n t i o n a l

met h od

sho wn i n

FIG.

1 w h i c h h a s

no c i r c u l a t i ng s y s

t e m

m a y b e s u b s t a n t i a l l y e q u a l t o

t h e

t o t a l amount o f

r a w

a i r and c i r c u l a t i n g g a s u s e d i n t h e c a s e

o f i n c o r p o

r a t i n g

a


s y s t e m ,

o r

a l t e r n a t i v e l y

t h e

t o t a l

amount

of

r a w a i r and

t h e

c i r c u l a t i n g g a s may

be

s m a l l e r . The

c o m p r e s s i o n

r a t i o

o f

t h e

r a w

i r

compres

s o r

i s m a i n l y d e t e r m i n e d i n

a c c o r d a n c e

w i t h t h e

p r e s

s u r e

r e q u i r e d

f o r

t h e

p r o d u c t n i t r o g e n , a n d

i n

t h e

c a s e

o f t h e

p r i o r

a r t t h e r a t i o i s n o r m a l l y a v a l u e o f 6 o r

more.

The compression r a t i o o f a compressor f o r

a

c i r c u l a t i n g s y s t e m

i s

f u n d a m e n t a l l y

d e t e r m i n e d i n a c

c o r d a n c e w i t h t h e t e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e between t h e

t o p

s e c t i o n a n d t h e b o t t o m

s e c t i o n o f

t h e r e c t i f y i n g

column t h e r e o f , and t h e r a t i o n o r m a l l y becomes

a

v a l u e

o f 3 o r l e s s i n view of t h e


d i f f e r e n c e

r e

q u i r e d f o r t h e h e a t

e x c h a n g e

b e t w e e n t h e r e b o i l e r a n d

t h e condenser a s w e l l a s t h e p r e s s u r e l o s s i n t h e c i r c u l a t

i n g s y s t e m .

T h u s ,

a

f a i r l y

l a r g e

r e d u c t i o n

i n

t h e

e l e c t r i c

p ower n e e d e d

f o r

t h e r a w i r c o m p r e s s o r i s

o b t a i n e d by

p r o v i d i n g t h i s c i r c u l a t i n g s y s t e m a s compared w i t h

a n

i n c r e a s e i n e l e c t r i c

p ower

f o r t h e


compres

s o r ,

t h u s

r e s u l t i n g

i n

a

c o n s i d e r a b l e r e d u c t i o n i n t h e

t o t a l po we r n e e d e d .

However,

i n t h e c a s e o f

FIG. 1

i n

which t h e

n i t r o g e n

c y c l e

i s

e m p l o y e d t h e p r e s s u r e

o f

c i r c u l a t i n g s y s t e m

m u s t b e h i g h

and a

l a r g e

amount o f


g a s i s

n e e d e d b e c a u s e t h e

l a t e n t

h e a t

o f

n i t r o g e n

i s

s m a l l .

T h u s , i n t h e

p r e s e n t

i n v e n t i o n , t h e


s y s t e m

h a s

a c l o s e d c y c l e

and

t h e p r e s e n t i n v e n t i o n u s e s a s a

c i r c u l a t i n g g a s a

g a s

which h a s a h i g h e r

b o i l i n g

p o i n t

a n d l a r g e r

l a t e n t

h e a t

a t p r e s s u r i z e d s t a t e t h a n

n i t r o g e n .

I n t h e p r e s e nt

i n v e n t i o n ,

t h e


g a s

m a y

b e

c om p os ed o f a

s i n g l e

o r a mixed g a s , each h a v i n g i t s

b o i l i n g p o i n t a t

a n i n t e r m e d i a t e

p o i n t between

t h e

r e

s p e c t i v e b o i l i n g p o i n t s

o f

n i t r o g e n

a n d

o x y g e n .

P r e f e r a b l y , t h e c i r c u l a t i n g g a s i s ,

i n

t h e p r e s e nt

i n v e n

t i o n , argon a s a s i n g l e c o m po n e n t g a s and

a

g a s c o n t a i n

i n g a t l e a s t

t w o

components o f

n i t r o g e n , a r g o n

and

oxygen,

f o r

example, a i r a s a

mixed g a s .

S u c h a g a s h a s

a h i g h e r

b o i l i n g p o i n t a n d

a g r e a t e r

l a t e n t

h e a t

t h a n

n i t r o g e n , t h e r e b y e na b l i n g t h e p r e s s u r e i n t h e c i r c u l a t

i n g s y s t e m and t h e


amount t o b e k e p t

a t low

l e v e l s , s o t h a t t h e po we r c o n s u m p t i o n

o f

t h e

compres

s o r

c an

be f u r t h e r reduced.

BRIEF DESCRIPTION

OF

THE DRAWINGS

FIG.

1

i s

a system ?ow h a r t o f a c o n v e n t i o n a l

n i t r o

g e n

p r o d u c t i o n

m e t h o d ;

FIG. 2 i s

a s y s t e m

?ow h a r t showing

one embodi

ment

o f

t h e n i t r o g e n

p r o d u c t i o n method

i n

a c c o r d a n c e

w i t h t h i s

i n v e n t i o n ;

a n d

20

25

3 5

45

5 5

6 0

6 5

4

FIG.

3

i s

a s y s t e m f l o w

c h a r t showing a n o t h e r e m

bodiment

o f

t h i s

i n v e n t i o n .

DETAILED DESCRIPTION OF THE

PREFERRED EMBODIMENTS

FIG.

2

i s

a f l o w c h a r t

showing

a

n i t r o g e n p r o d u c t i o n

s y s t e m e m b o d y i n g

t h i s

i n v e n t i o n ,

w h e r e i n

c o m p o n e n t s

i d e n t i c a l

w i t h

t h o s e r e f e r r e d

t o i n t h e met h od

d e s c r i b e d

i n FIG. 1 a r e r e p r e s e n t e d by i d e n t i c a l

r e f e r e n c e

numer

a l s

f o r t h e s i m p l i ? c a t i o n o f d e s c r i p t i o n . 1 2 , 0 0 Nm3/h o f

a i r ,

c ompressed t o 9 a t a b y t h e a i r compressor 1 , i s f e d

t o a cooler 2 whe r e i n i t i s c o o l e d . T h e r e s u l t a n t cooled

a i r

e n t e r s

a

l i q u i d - v a p o r s e p a r a t o r

3

wherein water can

be s e p a r a t e d

from

t h e s a m e , and i s t h e n f e d

i n t o

a n

a d s o r b i n g c y l i n d e r

4 0

d u r i n g t h e a d s o r b i n g c y c l e w h i c h

i s c o n s t i t u t e d b y a p a i r

o f s w i t c h a b l e

a d s o r b i n g c y l i n

d e r s

4a and

4b i n an a d s o r b e r 4

w h e r e b y

water and

c a r b o n

d i o x i d e

a r e

e l i m i n a t e b y

a d s o r p t i o n

a n d t h e

c l e a n s e d c o m p r e s s e d a i r e n t e r s a

c o n d u i t

5 . T h i s p u r i

?ed compressed i r

t h e n

e n t e r s t h e r a w

i r ?ow h a n n e l

6 1 1

o f t h e

h e a t

e x c h a n g e r 6 w h e r e i n i t

i s c o o l e d

t o

a b o u t

— 6 8 ° C . b y h e a t e x c h a n g e

w ith

a

countercurrent

l o w

t e m p e r a t u r e g a s , and t h e n p a s s e s through a c o n d u i t 7 t o

t h e i n t e r m e d i a t e s ta g e o f t h e s i n g l e

r e c t i f y i n g

c o l u m n 8 .

The

l o w

t e m p e r a t u r e p u r i ? e d c o m p r e s s e d a i r

e n t e r i n g


column

8

i s

r e c t i ? e d

a n d s e p a r a t e d i n

c o n t a c t

r e l a t i o n s h i p

w i t h

a r e f l u x l i q u i d coming d o w n

f r o m

a b o v e ,

t h e r e b y p r o d u c i n g

a

h i g h

p u r i t y n i t r o g e n

g a s a t

t h e

column

o v e r h e a d

and o x y g e n - e n r i c h e d a i r a t

t h e

c o l u m n b o t t o m .

The

o v e r h e a d h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n

g a s

i s

d i v i d e d

i n

h a l f

a f t e r

i t p a s s e s

t h r o u g h t h e

c o n d u i t

1 2 . One h a l f p a s s e s t h r o u g h a c o n d u i t 1 3 i n t o t h e f l o w

c h a n n e l 1 1 b o f

t h e

c o n d e n s e r

1 1

w h e r e i n

i t

i s l i q u e ? e d ,

a n d i s

t h e n

f e d

b a c k t o


c o l u m n

8

t h r o u g h

a c o n d u i t 1 4 a s a re?ux l i q u i d . The

remainder

7 , 0 0 0

Nm3/h o f

h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n

g a s d i v i d e d f r o m t h e

o v e r h e a d g a s p a s s e s t h r o u g h t h e c o n d u i t 1 5

i n t o

t h e

f l o w c h a n n e l 6 b o f t h e a b o v e - m e n t i o n e d h e a t e x c h a n g e r

6 w h e r e i n

i t i s

w a r m e d t o n o r m a l t e m p e r a t u r e , and

t h e r e b y p r o d u c t n i t r o g e n

g a s

h a v i n g a p r e s s u r e

o f

8

Kg/cm2

b s . c a n

b e

w i t h d r a w n . The

i q u i d

a i r c o n t a i n

i n g

a b o u t 5 0 volume % x y g e n

which s

w i t h d r a w n by

s e p a r a t i o n

a t

t h e b o t t o m

o f


column

8

p a s s e s t h r o u g h

t h e c o n d u i t 9 a n d

i s r e d u c e d i n

p r e s s u r e

t o 5 K g / c m 2

a b s . o r

l e s s and descended

i n


by

t h e

e x p a n s i o n v a l v e 1 0 . The c o o l e d

l i q u i d

a i r e n t e r s

t h e

?ow h a n n e l 1 1 0

o f t h e

above-mentioned

c o n d e n s e r

1 1

w h e r e i n i t c o o l s and

l i q u e ? e s t h e c o u n t e r c u r r e n t o f

t h e


h i g h

p u r i t y


a n d

i t s e l f

i s v a p o r i z e d

a n d

t h e n

?ows

v i a a

p i p e

1 6 ,

t h r o u g h t h e

c h a n n e l

6 0

o f

t h e


h e a t

e x c h a n g e r 6

w h erein t

i s

w a r m e d t o

—

5 5 °

C . a t 4 . 3

K g / c m 2

b s .

t o

b e

f e d i n t o t h e

e x p a n s i o n t u r b i n e 1 7 . The oxygen

e n r i c h e d a i r

f e d i n t o t h e

e x p a n s i o n

t u r b i n e

1 7 i s

t h e r e i n

d e s c e n d e d

i n t e m p e r a t u r e b y

b e i n g e x p a n d e d t o 1 . 3

Kg/cm2 b s . a n d

t h e n ,

v i a t h e p i p e 1 8 , t h r o u g h t h e ? o w

c h a n n e l 6 f o f

t h e h e a t

e x c h a n g e r 6

w h e r e i n i t c o o l s

raw

a i r , b e i n g i t s e l f w a r m e d

t o n o r m a l t e m p e r a t u r e , a n d

l e a v i n g t h e r e . I n t h e

n e x t

p l a c e , t h e r e s u l t a n t

w a r m e d

a i r e n t e r s

a

h e a t e r

20 through a v a l v e 1 9 wherein i t

i s

h e a t e d t o 1 3 0 ° C . o r

m o r e ,

i s t h e n

f e d

i n t o

a n

a d s o r b i n g

c y l i n d e r 4 b

d u r i n g

t h e

r e g e n e r a t i n g

c y c l e , w h e r e i n i t

r e g e n e r a t e s t h e c y l i n d e r

4 b ,

a n d

t h e r e a f t e r

i s

e x h a u s t e d

o u t o f

t h e

s y s t e m .

R e f e r r i n g n o w

t o t h e c i r c u l a t i n g s y s t e m o f

h i s

i n v e n

t i o n ,

7 , 0 0 0 Nm3/h o f i r

c o n t a i n i n g

no w a t e r a n d c a r b o n

d i o x i d e c i r c u l a t e through t h e

f o l l o w i n g

r o u t e a s

a

c i r c u

l a t i n g g a s . A i r

i n

a c o n d u i t 3 0 , compressed from a p r e s

7/25/2019 Us 4617037


4 , 6 1 7 , 0 3 7

5

s u r e

o f 5

a t a t o

1 2 . 5

K g / c m 2 a b s .

by t h e


c o m p r e s s o r

2 3 , i s f e d i n t o

t h e

? o w

c h a n n e l

6d o f

t h e

h e a t

e x c h a n g e r 6 t h r o u g h a c o n d u i t

2 4

w h e r e i n

i t

i s

cooled t o - 6 3 ° C . Th e r e s u l t a n t cooled

a i r e n t e r s ,

v i a

t h e p i p e 2 5 , t h e r e b o i l e r

2 6

p r o v i d e d

a t


t h e a b o v e - m e n t i o n e d r e c t i f y i n g column 8 .

The oxygen

e n r i c h e d

l i q u i d

a i r a t


t h e

r e c t i f y i n g

c o l

u m n

8 i s e v a p o r a t e d

by

t h e e v a p o r a t o r 2 6

t o

t h e

f u l l

e x t e n t

o f

e n a b l i n g a n i m p r o v e m e n t

i n

t h e d e g r e e o f

s e p a r a t i o n

b y r e c t i ? c a t i o n , a n d t h i s

i m p r o v e s t h e

y i e l d

o f

p r o d u c t n i t r o g e n . On

t h e

o t h e r

h a n d

t h e


c o m p r e s s e d a i r ,

a

h e a t i n g

s o u r c e

f o r t h e

e v a p o r a t o r

2 6 ,

i s

l i q u e ? e d a n d

t h e n ?ows t h r o u g h t h e c o n d u i t 2 7

i n t o

t h e e x p a n s i o n

v a l v e 2 8 , w h e r e i n

i t

i s d e s c e n d e d i n

t e m

p e r a t u r e

b y

b e i n g e x p a n d e d f r o m

1 2 . 5 t o 5 . 5 Kg/cm2

a b s .

Th e r e s u l t a n t cooled

a i r e n t e r s a

c h a n n e l

1 1 c

o f

t h e

above-mentioned condenser 1 1

w h i c h i t i s

h e a t

ex

c h a n g e d

w i t h

t h e

h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n

g a s

c o m i n g f r o m

t h e

t o p

o f t h e a b o v e - m e n t i o n e d r e c t i f y i n g

c o l u m n 8 ,

a n d t h e n ,

b e i n g v a p o r i z e d ,

?ows t h r o u g h a

p i p e

2 9 .

T h i s

c i r c u l a t i n g c o m p r e s s e d

a i r

e n t e r s

a

c h a n n e l

6 2 o f t h e

a b o v e - m e n t i o n e d h e a t e x c h a n g e r

6

w h e r e i n

i t

i s r e

s t o r e d t o

normal


The r e s t o r e d

a i r

r e - e n t e r s

t h e c i r c u l a t i n g

c o m p r e s s o r

2 3

t h r o u g h

t h e c o n d u i t 3 0 ,

a n d from t h e r e

r e c i r c u l a t e s

t h r o u g h t h e

same c i r c u l a t

i n g

s y s t e m

r o u t e a s d e s c r i b e d a b o v e , t h e r e b y

f o r m i n g

a

c l o s e d

c y c l e .

FIG.

3 shows a n o t h e r embodiment

o f

t h i s

i n v e n t i o n ,

w h e r e i n

t h e p u r i ? c a t i o n

o f raw

a i r i s p e r f o r m e d

n o t by

a n

a d s o r b e r b u t by a r e v e r s i n g h e a t e xc h a n g e r .

I n t h i s embodiment

a s w e l l ,

d e s c r i p t i o n

w i l l

be

m ade

b y u s i n g

t h e

s a m e s y m b o l s f o r c o m p o n e n t s

which

a r e

i d e n t i c a l w i t h t h o s e sh own

i n FIGS.

1 and 2 . l 2 , 0 0 0

Nm3/h

o f i r , c o m p r e s s e d t o

9

Kg/cm2 b s . b y t h e raw

a i r

compressor

,

e n t e r s

t h e

flow

c h a n n e l

6a

o f a r e v e r s

i n g h e a t e x c h a n g e r 6 R v i a t h e p i p e 5

w h e r e i n

i t i s

c o o l e d by a f e e d b a c k g a s , e t c . , a n d

s i m u l t a n e o u s l y

w a t e r

a n d ‘ c a r b o n d i o x i d e

a r e

s e p a r a t e d

from t h e

c o o l e d

a i r o n .

t h e h e a t

t r a n s f e r s u r f a c e

o f

t h e

? o w c h a n n e l

6 a ,

and

t h e

r e s u l t a n t

p u r i ? e d

compressed i r

o f

- 6 8 ° C . i s

f e d

t o

t h e p i p e 7 . I n t h e


r e v e r s i n g h e a t

e x c h a n g e r

6 R wherein t h e

?ow h a n n e l 6 a and a ?ow

c h a n n e l 6 f

d e s c r i b e d below

a r e u s e d by a l t e r n a t e

s w i t c h i n g

o p e r a t i o n , t h e

w a t e r a n d c a r b o n

d i o x i d e

s e p a

r a t e d on t h e h e a t t r a n s f e r s u r f a c e

o f

t h e

?ow

h a n n e l

6 0

a r e

v a p o r i z e d

a n d c a r r i e d by o x y g e n - e n r i c h e d a i r

i n

t h e

n e x t

s t e p , and a r e

t h e n

e x h a u s t e d o u t o f t h e s y s t e m . The

p u r i ? e d l o w

t e m p e r a t u r e ‘

c o m p r e s s e d a i r i n t h e p i p e 7 ,

i n t r o d u c e d

t o

t h e i n t e r m e d i a t e

s t a g e

o f t h e

r e c t i f y i n g

column 8 ,

a r e

s u b j e c t e d t o r e c t i ? c a t i o n a n d

s e p a r a t i o n

i n c o n t a c t w i t h a re?ux l i q u i d fr om

t h e

column over

h e a d t h e r e b y

p r o d u c i n g h i g h p u r i t y

n i t r o g e n a i r

a t t h e

column

o v e r h e a d a n d o x y g e n - e n r i c h e d

a t t h e column

b o t t o m .

The o v e r h e a d n i t r o g e n

g a s p a s s e s t h r o u g h t h e

p i p e

1 3 i n t o t h e ? o w c h a n n e l 1 1 b o f t h e c o n d e n s e r 1 1

wherein t

i s

c o o l e d and l i q u e ? e d , and t h e n ,

v i a

a con

d u i t 3 1 , i n t o a g a s - l i q u i d s e p a r a t o r 3 2 whereby a non

l i q u e ? e d

g a s c o n t a i n i n g

a h i g h

p e r c e n t a g e

o f

H e ,

Ne

a n d H2 s s e p a r a t e d a n d

w i t h d r a w n

t h r o u g h t h e c o n d u i t

3 3 , a n d t h e

o t h e r

l i q u e ? e d

n i t r o g e n

i s

f e d b a c k ,

a s a

r e ? u x l i q u i d , t o t h e r e c t i f y i n g

column

8

v i a

t h e c o n d u i t

1 4 .

A l s o , 7 , 0 0 0

Nm3/h o f

h i g h p u r i t y

l i q u i d

n i t r o g e n ,

withdrawn

a t

a

c o n d u i t

34 from

t h e

r e c t i f y i n g

s t a g e

p o s i t i o n e d s e v e r a l s t a g e s l o w e r t h a n

t h e

column . o v e r

h e a d ,

i s

e x p a n d e d

t o 7 . 5

a t a by a n e x p a n s i o n v a l v e

3 5

and t h e n

e n t e r s t h e

?ow h a n n e l

11d

o f

t h e

c o n d e n s e r

1 1 w h e r e i n i t i s w a r m e d a n d

v a p o r i z e d .

The r e s u l t a n t

g a s e o u s

n i t r o g e n

p a s s e s

t h r o u g h a p i p e 3 6 i n t o t h e ? o w

5

20

3 5

4 0

4 5

6 0

6

c h a n n e l

6 b

o f

t h e


r e v e r s i n g h e a t

e x

c h a n g e r

6 R

w h e r e i n

i t

i s

w a r m e d t o

n o r m a l t e m p e r a

t u r e , a n d a h i g h p u r i t y

p r o d u c t


h a v i n g a

p r e s s u r e

o f 7 K g/c m 2 b s . i s

withdrawn

f r o m a

p i p e

3 7 .

5 , 0 0 0

Nm3/h o f t h e o t h e r p o r t i o n o f

l i q u i d

a i r c o n

t a i n i n g 5 0

p e r c e n t o f

oxygen and e x t r a c t e d

a t

t h e b o t

tom

o f

t h e r e c t i f y i n g c o l u m n

8 p a s s e s f r o m t h e

p i p e

9

and

s reduced

t o a p r e s s u r e

o f 5

a t a o r l e s s

by

t h e

expan

s i o n

v a l v e 1 0 . A f t e r t h e

r e s u l t a n t l i q u i d a i r e n t e r s

t h e

?ow c h a n n e l 1 1 a o f

t h e

c o n d e n s e r 1 1 ,

wherein i t

i s

v a p o r i z e d , t h e v a p o r i z e d

a i r

e n t e r s t h e ? o w c h a n n e l 6 c

o f t h e r e v e r s i n g h e a t

e x c h a n g e r

6 R , v i a t h e p i p e 1 6 ,

wherein

i t i s warmed.

Th e w a r m e d a i r

a t

4 . 3

a t a and

— - l 5 5 ° C . i s f e d t o t h e e x p a n s i o n t u r b i n e 1 7 . I n t h i s

e x p a n s i o n

t u r b i n e 1 7 t h e


oxygen

e n r i c h e d a i r i s e x p a n d e d a n d

c o o l e d

by e i n g r e d u c e d t o

a

p r e s s u r e

o f

1 . 3 K g/c m 2

b s .

Again t h i s t r e a t e d a i r

i s

f e d t o

t h e r e v e r s i n g h e a t

e x c h a n g e r

6 R

v i a

t h e p i p e 1 8

w h e r e i n

i t v a p o r i z e s a n d c a r r i e s t h e

w a t e r

a n d

c a r b o n

d i o x i d e s e p a r a t e d

o n

t h e h e a t

t r a n s f e r

s u r f a c e

by

t h e

p r e c e d i n g s t e p , t h r o u g h

t h e

? o w c h a n n e l

6 } ’ ,

a n d a t t h e

s a m e

time c o o l s countercurrent r a w a i r

and

t h e l i k e .

The oxygen e n r i c h e d

a i r

i s w a r m e d

t o

normal a i r tem

p e r a t u r e i n t h i s

h e a t e x c h a n g e

a n d

i s e x h a u s t e d

o u t

o f

t h e

s y s t e m v i a

t h e p i p e

2 2 .

A r g o n i s

e m p l o y e d i n t h e c i r c u l a t i n g s y s t e m . 5 , 0 0 0

Nm3/h o f

a r g o n

f r o m t h e p i p e 3 0 i s

c o m p r e s s e d

f r o m

2 . 6 a t a t o

6 . 0 Kg/cm2

b s . by t h e c i r c u l a t i n g c o m p r e s s o r

2 3 ,

a n d t h e n ,

v i a

t h e p i p e

2 4 ,

t h r o u g h t h e

? o w

c h a n n e l

6 d o f t h e r e v e r s i n g h e a t e x c h a n g e r 6 R

w h e r e i n

i t i s

cooled

f r o m n o r m a l

temperature t o

—

6 3 ° C. T h e r e

s u l t a n t c o o l e d a r g o n

?ows t h r o u g h

t h e p i p e 2 5

i n t o

t h e

e v a p o r a t o r

2 6 p r o v i d e d

a t

t h e

b o t t o m

o f

t h e

r e c t i f y i n g

column 8 , and t h e r e p r o d u c e s a n

e v a p o r a t e d g a s

r e

q u i r e d

f o r i m p r o v i n g

t h e

d e g r e e o f

s e p a r a t i o n

i n

t h e

r e c t i f y i n g column 8 . The

a r g o n ,

i t s e l f l i q u e ? e d ,

i s

e x

p a n d e d t o 2 . 8 Kg/cm2 b s .

b y

t h e e x p a ns i o n v a l v e

2 8

v i a t h e c o n d u i t

2 7 ,

and t h e n e n t er s t h e ?ow

h a n n e l

1 1 c

o f

t h e c o n d e n s e r

1 1

w h e r e i n i t

i s

v a p o r i z e d .

The r e s u l

t a n t v a p o r i z e d a r g o n e n t e r s t h e ?ow h a n n e l 6 2 o f t h e

r e v e r s i n g h e a t e x c h a n g e r

6 R , v i a a

p i p e 2 9 ,

w h e r e i n

t

i s

r e s t o r e d t o

normal

t e m p e r a t u r e ,

and

t h e n

r e - e n t e r s

t h e

c i r c u l a t i n g c o m p r e s s o r

2 3

v i a t h e p i p e

3 0 . T h i s

c o m

p l e t e s

t h e e n t i r e c l o s e d


s y s t e m . I n t h i s c i r c u

l a t i n g s y s t e m ,

a

r e d u c t i o n i n t h e po wer r e q u i r e d f o r

d r i v i n g t h e c i r c u l a t i n g c o m p r e s s o r 2 3 c a n

b e

o b t a i n e d

s o t h a t p a r t o f t h e c i r c u l a t i n g

argon from

a

branch

o f

t h e p i p e 3 0 i s f e d t o

a b r a k i n g

blower 3 9 o f t h e above

m e n t i o n e d

e x p a n s i o n

t u r b i n e

1 7

v i a

t h e

p i p e 3 8 . The

a r g o n , c o m p r e s s e d t o 6 . 0 Kg/cm2 b s . by t h e b l o w e r 3 9 ,

?ows

t h r o u g h

t h e p i p e 4 0

i n t o

t h e p i p e 2 4

w h e r e i n

i t

j o i n s

t h e a r g o n ?owing o u t

o f

t h e

c i r c u l a t i n g c o m p r e s

sor 2 3 .

EXAMPLE

I n a

p l a n t u s i n g t h e Ar c y c l e

a s sho wn n FIG. 3 ,

t h e

p r o d u c t i o n

o f

7 , 0 0 0 Nm3/h

o f n i t r o g e n g a s a t a

p r e s s u r e

o f 7 K g/c m 2 b s . was c o n d u c t e d i n

a c c o r d a n c e

w i t h t h e

c o n d i t i o n s d e s c r i b e d

i n c o n n e c t i o n w i t h

t h e embodi

ment

o f

FIG.

3 .

The

o p e r a t i o n c o n d i t i o n s o f t h e

a i r

c o m p r e s s o r

1

and t h e c i r c u l a t i n g compressor

2 3 a r e

g i v e n

i n

TABLE

. E x c e l l e n t r e s u l t s were o b t a i n e d

due

t o

t h e f a c t t h a t t h e t o t a l

r e q u i r e d

e l e c t r i c

po we r w as

1 , 5 6 0

kW

i t h a n

e l e c t r i c

p o w e r consumption r a t e

o f

0 . 2 2 3 .

7/25/2019 Us 4617037


4 , 6 1 7 , 0 3 7

7

COMPARATIVE EXAMPLES

F o r e a c h c o m p a r a t i v e

e x a m p l e , 7 , 0 0 0

Nm3/h

o f

n i

t r o g e n

g a s

a t a p r e s s u r e o f 7

K g / c m 2

b s . was

produced

u n d e r

c o n d i t i o n s p r e v i o u s l y d e s c r i b e d i n c o n n e c t i o n

w i t h

t h e

p r i o r a r t i n

F I G .

1 .

I n

C o m p a r a t i v e Example ,

t h e p l a n t i n d i c a t e d by

t h e

s o l i d

l i n e s i n

FIG.

1 w as

u s e d

a n d

i n

C o m p a r a t i v e

E x a m p l e 2 ,

t h e n i tr o g e n c y c l e i n d i

cated

b y

the

broken

l i n e

i n

FIG. 1

w a s a d d e d t o

the

p l a n t i n FIG.

1 .

The

o p e r a t i o n

c o n d i t i o n s o f t h e a i r

c o m p r e s s o r 1

a n d t h e

c i r c u l a t i n g c o m p r e s s o r

2 3

o f

t h e

n i t r o g e n c y c l e a r e g i v e n i n TABLE . The

Compara

t i v e

Examples 1 a n d

2 were

2 , 0 0 0 kW n d 1 , 6 4 0 kW

n

t o t a l r e q u i r e d

e l e c t r i c power

a n d

a c c o r d i n g l y

0 . 2 8 6

a n d

0 . 2 3 4

i n

e l e c t r i c power c o n s u m p t i o n r a t e , r e s p e c t i v e l y .

I t w i l l be

a p p a r e n t

from t h e s e r e s u l t s t h a t a c o n s i d e r a b l e

s a v i n g o f e l e c t r i c p ower c o n s u m p t i o n w as

a t t a i n e d i n

Example 1 .

1 5

TABLE

2 0

xample

1 l 2

Cycling

m e d i u m

Ar —- N 2

m

Com r e s s i o n

R a t e

1 2 , 0 0 0 1 8 , 0 0 0 1 2 , 0 0 0

2 5

(Nm / h )

D e l i v e r y P r e s s u r e 9 . 0

9 . 0

9 . 0

K g / c m z b s . )

R e q u i r e d e l e c t r i c 1 , 3 0 0 2 , 0 0 0 1 , 3 0 0

p o w e r k W )

C i r c u l a t i n g C o m p r e s s o r 3 o

C i r c u l a t i n g gas Ar

—

N2

Circulation r a t e 5,000 — 7,800

N m 3 / h )

S u c t i o n ressure 2 . 6 — 7

K g / c m a b s . )

Delivery pressure 6 . 0 -- l 5

K g / c m 2 a b s . )

3 5

Required e l e c t r i c 230 — 310

p o w e r k W )

T o t a l

R e q u i r e d 1 , 5 6 0

2 , 0 0 0

1 , 6 4 0

E l e c t r i c Power (kW)

U n i t e f o r Powe r S o u r c e 0 . 2 2 3 0 . 2 8 6 0 . 2 3 4

k W h / N m 3 ) 4 0

W h a t

i s

c l a i m e d

i s :

1 .

A

ethod f o r p r o d u c i n g n i t r o g e n w h e r e i n a i r i s

c o m p r e s s e d , i s removed

o f

w a t e r and c a r b o n c o n t a i n e d

t h e r e i n ,

c o o l e d

t o

a


c l o s e t o t h e l i q u e f y i n g

p o i n t ,

i s t h e n

f e d i n t o

a

r e c t i f y i n g

column f o r r e c t i ? c a

t i o n

a n d

f r o m t h e

o v e r h e a d o f

s a i d

r e c t i f y i n g

column

50

5 5

60

6 5

8

h i g h

p u r i t y

n i t r o g e n i s w i t h d r a w n ; a n d w h e r e i n

o x y

g e n - e n r i c h e d

l i q u i d a i r , f e d f r o m


s a i d

r e c t i f y i n g c o l u m n , i s

e x p a n d e d a n d f e d

i n t o

a c o n d e n s a

t i o n s t e p w h e r e a f t e r

s a i d e x p a n d e d


l i q u i d

a i r i s u s e d a s a s o u r c e o f

r e ? u x p r o d u c i n g

c o l d

f o r

s a i d

r e c t i f y i n g

column

a n d

a d i a b a t i c

e x p a n s i o n

i s

e f

f e c t e d on

t h e

e v a p o r a t e d g a s t o produce

c o l d , s o t h a t

h e a t exchange

w i t h

r a w a i r i s c o n d u c t e d ,

s a i d method

f o r p r o d u c i n g n i t r o g e n

b e i n g

p r o v i d e d

w i t h

a

c l o s e d c y c l e c o m p r i s i n g t h e s t e p o f :

c o m p r e s s i n g a


g a s ;

c o o l i n g

a

c o m p r e s s e d


g a s

b y h e a t

e x

change w i t h a c i r c u l a t i n g g a s f e d

b a c k

i n t o

s a i d

c o m p r e s s i n g s t e p ;

v a p o r i z i n g a

b o t t o m

l i q u i d i n s a i d

r e c t i f y i n g

column

b y

s u p p l y i n g

s a i d c o o l e d c i r c u l a t i n g g a s

i n t o

a

r e b o i l e r

a t

t h e bottom

o f

s a i d

r e c t i f y i n g

column t o

t h e r e b y

l i q u e f y

t h e

c o o l e d c i r c u l a t i n g

g a s ;

e x p a n d i n g

s a i d

l i q u e f i e d


g a s ;

t h e r e a f t e r f e e d i n g a n e x p a n d e d c i r c u l a t i n g

g a s

i n t o

s a i d c o n d e n s a t i o n s t e p

t o

v a p o r i z e

t h e same

by

h e a t

e x c h a n g e

w i t h

s a i d h i g h p u r i t y

n i t r o g e n

w i t h

drawn

f r o m t h e r e c t i f y i n g

c o l u m n

o v e r h e a d ;

t h e r e a f t e r f e e d i n g

s a i d

v a p o r i z e d c i r c u l a t i n g

g a s i n t o

s a i d

c o o l i n g

s t e p b e f o r e t h e same i s f e d b a c k i n t o

s a i d c o m p r e s s i n g

s t e p ,

t o

h e a t

t h e

same by

h e a t

e x c h a n g e

w i t h

s a i d c o m p r e s s e d c i r c u l a t i n g g a s ;

a n d r e t u r n i n g s a i d h e a t e d c i r c u l a t i n g g a s i n t o s a i d

c o m p r e s s i n g

s t e p f o r c i r c u l a t i o n .

2 . A

i t r o g e n p r o d u c i n g method

a c c o r d i n g t o

c l a i m

1 , w h e r e i n s a i d c i r c u l a t i n g g a s i s

composed

o f a

s i n g l e

o r a mixed

g a s ,

e a c h h a v i n g i t s

b o i l i n g

p o i n t a t a n i n t e r

m e d i a t e

p o i n t b e t w e e n t h e r e s p e c t i v e b o i l i n g p o i n t s

o f

n i t r o g e n

a n d

o x y g e n .

3 .

A i t r o g e n

p r o d u c i n g

method a c c o r d i n g t o c l a i m

2 ,

w h e r e i n s a i d c i r c u l a t i n g g a s i s

a

g a s

c o n t a i n i n g

a t

l e a s t two components o f n i t r o g e n , a r g o n a n d o x y g e n .

4 . A

i t r o g e n

p r o d u c i n g

method

a c c o r d i n g t o

c l a i m

3 ,

w h e r e i n s a i d c i r c u l a t i n g g a s

i s

a i r .

5 . A

i t r o g e n

p r o d u c i n g method

a c c o r d i n g

t o

c l a i m

2 ,

w h e r e i n

s a i d


g a s i s

a n a r g o n g a s .

6 .

A i t r o g e n

p r o d u c i n g m e t h o d

a c c o r d i n g t o c l a i m

1 , w h e r e i n r e c o m p r e s s i o n

o f

t h e c i r c u l a t i n g g a s

h e a t e d

b y s a i d

h e a t e x c h a n g e i s p a r t i a l l y p e r f o r m e d

b y

r e c o v

e r e d power which s

g e n e r a t e d

by

s a i d

a d i a b a t i c e x p a n

S 1 0 1 1 .

* *

*

* I t

Us 4617037

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