Испарившийся в ИА кислород отделяется в сепараторе ФС4 и возвращается в нижнюю часть криптоновой колонны КК". Жидкая фаза сепаратора ФС4 представляет собой первичный криптоновый концентрат (ПКК). Продукт первичного обогащения состоит практически из чистого кислорода и содержит не более 0,2-0,3% смеси Kr+Xe. Наряду с насыщением жидкого кислорода криптоном (ксеноном), в нем накапливаются и углеводороды. Поэтому дальнейшее обогащение ПКК выше указанного предела опасно.

Газификацию полученного бедного концентрата производят в ИВ за счет теплообмена с горячей водой. Конструкция аппарата не допускает роста доли углеводородов выше опасного уровня. Конструктивные и расходные характеристики криптоновых колонн представлены в таблице 1.6. Высота колонны в установке КтК-12-1 превышает 9м.

 Характеристики колонн первичного концентрирования криптона

Значительные размеры колонны первичного концентрирования, а также отбор и испарение части кубовой жидкости сказываются на характеристиках основного воздухоразделительного аппарата. Обычно для криогенного обеспечения криптоновой колонны требуется повысить холодопроизводительность воздушного цикла ВРУ на 10-15%.

Вторичное обогащение продукта методом ректификации

Обогащение криптоновой смеси вынужденно ограничивают на уровне 0,2-0,3%. Наиболее распространенным способом дальнейшей очистки продукта является технология УСК (установка сырого криптона). Установками УСК-1М комплектовалось большинство крупных отечественных воздухоразделительных комплексов. Состав криптоноксеноновой смеси в соответствии с ГОСТ 10218-77 представлен в таблице 1.7.

Рисунок 1.2. Упрощенная схема установки типа УСК- 1М: К - компрессор; П1, П2 - печи выжигания углеводородов; Al, А2 - адсорберы; П, Г2 - газгольдеры; РК - колонна; ТК - термокомпрессор; ВХ - водяной холодильник; ИГ - испаритель; ТО - теплообменники; Б - баллон с продуктом; ЭН - электронагреватели

В технологии УСК по существу реализованы два этапа очистки. На первом - производится «выжигание» углеводородов (печь П1). После реакции каталитического гидрирования смесь охлаждается до температуры окружающей среды в теплообменнике ТО1 и холодильнике ВХ. Продукты реакции (водяной пар и диоксид углерода) улавливаются в блоке комплексной осушки и очистки. Блок состоит из адсорберов, заполненных синтетическим цеолитом NaX. Его условно изобразили на рисунке в виде одного аппарата А1.

 Объемные доли продуктов на выходе из установки УСК

 Таблица 1.7.

Источник: по данным открытых источников информации.

На втором этапе сухой концентрат, очищенный от углеводородов и высококипящих примесей, поступает на дальнейшее обогащение в колонну вторичного концентрирования РК. В змеевике куба РК смесь при давлении 0,4-0,45 МПа охлаждается с 290 К до 140 К за счет испарения кубовой жидкости. В теплообменнике ТО2 температура концентрата понижается до 115 К выходящим из конденсатора колонны азотом. Затем его дросселируют в среднюю часть колонны. Из верхней части колонны РК отводится кислород высокой концентрации с незначительными примесями криптона. Этот продукт возвращается в установку первичного концентрирования (рисунок 1.1). Объемная концентрация криптона и ксенона в кубе колонны РК возрастает в сотни раз и достигает 99,5-99,9 %. Одновременно в такой же пропорции повышается объемное содержание углеводородов (СН₄, С₂Н₂ и др.). Поэтому углеводороды подвергают повторному «выжиганию» и очистке от продуктов реакции в печи П2 и адсорбере А2, соответственно.

Несмотря на распространенность установок УСК, они, к сожалению, не лишены недостатков. Главные из них - большие габариты, наличие в схеме поршневых компрессоров и низкий коэффициент извлечения (С=0,75). Для замены морально устаревших установок УСК разработаны установки нового поколения типа «Хром-3» (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3. Технологическая схема установки «Хром-3»: Р - ресивер; Ш - печь выжигания углеводородов; ТО1-ТО4 - теплообменники; А1 - адсорбер; РК - колонна; ТК - термокомпрессор; К(И), И(К) - конденсаторы-испарители; И(ГЛ) - испаритель газ-лифта; С - сепаратор; И(В) - испаритель водяной; Б - баллон (Кг+Хе)