В обычных установках разделения воздуха продукты кислорода и азота извлекаются из потоков кислорода и азота низкого-давления в верхней колонне. После повторного нагрева в теплообменниках они выходят из холодильной камеры при абсолютном давлении около 0,12 МПа. Затем кислородный компрессор сжимает газ до необходимого давления (3,1 МПа) для доставки потребителям.
Процесс внутреннего сжатия жидкого кислорода, напротив, отбирает жидкий кислородный продукт из конденсатора-ребойлера, сжимает его до необходимого давления (приблизительно 3,1 МПа) с помощью насоса жидкого кислорода, а затем повторно нагревает и испаряет его в теплообменниках перед подачей потребителям. Другими словами, внутри холодного бокса происходит сжатие до необходимого давления.
По сравнению с традиционным процессом процесс внутреннего сжатия имеет следующие характеристики:
Кислородный компрессор не требуется.Сжатие жидкости до того же давления потребляет значительно меньше энергии, чем сжатие эквивалентного количества газа. Кроме того, насосы жидкого кислорода компактны, конструктивно просты и значительно дешевле кислородных компрессоров.
Безопаснее, чем сжатие газообразного кислорода.Сжатие жидкого кислорода представляет меньший риск для безопасности по сравнению со сжатием газообразного кислорода.
Повышенная безопасность эксплуатации.Непрерывный отбор значительных количеств жидкого кислорода из главного конденсатора предотвращает накопление и концентрацию углеводородов, тем самым обеспечивая более безопасную работу оборудования.
Высокая стоимость теплообменника.Поскольку кислород испаряется и повторно нагревается при повышенном давлении, каналы для кислорода в теплообменниках должны выдерживать высокое давление, что увеличивает затраты на оборудование по сравнению с традиционным процессом. При проектировании также необходимо тщательно учитывать соображения структурной целостности и безопасности.
Повышенное энергопотребление воздушного компрессора.Обильное выделение холода во время испарения жидкого кислорода приводит к большей разнице температур на теплом конце теплообменников, что представляет собой относительно большие потери холода. Для поддержания холодного баланса требуется более высокое давление подаваемого воздуха, что увеличивает потребление энергии в главном воздушном компрессоре.
Вообще говоря, повышенное энергопотребление воздушного компрессора примерно компенсирует-или немного превышает-экономию энергии от насоса жидкого кислорода. Затраты на оборудование также в целом сопоставимы или незначительно ниже. Однако с точки зрения безопасности и надежности процесс внутреннего сжатия имеет явные преимущества. Благодаря применению жидкостных насосов с переменной-частотой скорость потока продуктов кислорода и азота можно регулировать с большой гибкостью, а стабильность чистоты продукта повышается. Следовательно, этот процесс широко принят на международном уровне.
