一種空氣分離的方法和裝置的製作方法

2023-11-07 05:28:52 1

專利名稱：一種空氣分離的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種空氣分離的方法和裝置，特別涉及到在低溫下利用精餾來分離空氣的方法和裝置。
背景技術：
在本發明提出之前，在低溫下利用精餾來分離空氣是一種公知的工業生產技術。通常的方法是經過壓縮機壓縮的空氣在預冷系統中冷卻並在淨化系統中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質後分為兩股氣流。一股氣流為膨脹製冷用空氣流，它經過增壓機增壓及水冷器冷卻後進入換熱器，降低溫度後進入膨脹機，空氣對外做功，降壓降溫後，再返回換熱器復熱後回到壓縮機的進口或去水冷塔。另一股氣流為分離用空氣流，它經過換熱器降溫到飽和溫度或部份帶液後進入精餾塔下塔的底部。精餾塔一般由下塔，上塔和冷凝蒸發器組成。空氣在下塔中得到初步分離，在底部獲得含氧較多的富氧液空，富氧液空被引出下塔後經過過冷及節流膨脹進入上塔，作為上塔的回流液。下塔的頂部獲得氮氣，少部份可作為產品經復熱後外供，其餘氮氣在冷凝蒸發器內與液氧換熱而冷凝成為液氮。該液氮的一部分成為下塔的回流液，另一部分液氮被引出下塔後經過過冷大部份經節流膨脹進入上塔，作為上塔的回流液，少部份也可作為產品外供。在上塔的底部獲得液氧，一部份液氧可作為產品引出，大部份液氧在冷凝蒸發器內被氮氣所加熱成為氣氧，一部份氣氧也可作為產品經復熱後外供，大部份氣氧則作為上升氣流參與精餾。上塔的頂部可獲得氮氣及(或)汙氮氣。在上塔的適當部位還可以抽提出含氬較高的餾份，在制氬系統通過精餾可獲得產品氬。下塔可以不出純液氮而出汙液氮，這時上塔也只出汙氮氣。採用這樣的方法和裝置來分離空氣獲得不同形態的氧，氮和氬，特別是液態氧、氮產品及(或)壓力氧、氮產品，單位產品的電耗較高。

發明內容
本發明的目的是提出一種新的低溫下空氣分離的方法和裝置，使單位產品的電耗較大的下降。裝置的性能價格比更優良。使用維護也更簡便。
本發明是通過以下的技術措施來實現的。本發明的主要技術特徵是在空氣分離的過程中，使用了膨脹製冷用原料空氣和返流汙氮(或返流氮)這兩種不同工質的膨脹機。膨脹製冷用原料空氣和返流汙氮(或返流氮)各自在不同的壓力和不同的溫度下進行膨脹，向外做功，為空氣分離過程提供冷量。分離過程採用雙級精餾塔，精餾塔由下塔，上塔和兩塔之間的冷凝蒸發器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓，下同)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa以上。而且返流汙氮(或返流氮)膨脹機是增壓透平膨脹機。
經過壓縮機壓縮的空氣在在預冷系統中冷卻並在淨化系統中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質後分為兩股氣流。一股氣流為膨脹製冷用空氣流，它經過膨脹機增壓機增壓及水冷器冷卻後進入主換熱器，降低溫度後進入膨脹機，空氣對外做功，降壓降溫後，再返回主換熱器復熱後回到壓縮機的進口或去水冷塔。另一股氣流為分離用空氣流，它經過主換熱器降溫到飽和溫度或部分帶液後進入精餾塔的下塔底部後，成為下塔的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進行熱量和質量的交換。在下塔的底部獲得含氧較多的富氧液空。該富氧液空被引出下塔後，先經過液空過冷器被由上塔頂部來的返流汙氮(和返流氮)過冷，再經過節流膨脹進入上塔成為上塔的回流液之一。在下塔的頂部獲得的氮氣，少部分可作為產品經復熱後外供。大部分氮氣在兩塔之間的冷凝蒸發器內與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔的回流液。其餘的液氮從冷凝蒸發器引出後經過液氮過冷器被由上塔頂部來的返流汙氮(和返流氮)過冷，少部分作為產品外供；大部分經過節流膨脹進入上塔的頂部成為上塔的另一支回流液。上述兩股回流液成為上塔的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進行熱量和質量的交換。在上塔的底部獲得液氧，少部分可作為產品外供，大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發器內被氮氣加熱成氣氧，少部分氣氧可作為產品經復熱後外供，其餘的氣氧成為上塔的上升氣流。上塔頂部獲得的返流汙氮(或返流氮)進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機，氣體對外做功，降壓降溫後返回主換熱器復熱後進入工藝預定位置。當上塔的頂部獲得大量純氮氣產品(又稱返流氮)時，進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機的氣體就是產品氮氣(返流氮)。
在本發明中，在上塔的頂部獲得的返流汙氮(或返流氮)的溫度較低，可以在液氮過冷器和液空過冷器中復熱。因此返流汙氮(或返流氮)膨脹機則可位於液氮過冷器之前；或位於液氮過冷器和液空過冷器中間；或位於液空過冷器之後。
在本發明中，進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機的氣體也可以取自主換熱器中的返流汙氮(或返流氮)的通道。
在本發明中，膨脹製冷用空氣膨脹機和返流汙氮(或返流氮)膨脹機是同時開動運行的。
在本發明中，返流汙氮(或返流氮)膨脹機是增壓透平膨脹機。
在本發明中，下塔不出純液氮而出汙液氮時，上塔也只出汙氮氣。
在本發明中，在上塔的適當位置抽出含氬較高的氬餾份去制氬系統製得氬產品。
在本發明中，還設置低溫預冷器，由外界的致冷機組，如氟利昂致冷機組，氨致冷機組等向相關氣流提供冷量。
在本發明中，還設置高壓換熱器及低溫泵，在外供液體產品的同時，還能外供部分內壓縮氣體產品。
本發明實施上述技術措施之後，單位產品的電耗有明顯的下降，初步測祘可降低10％。可優化性能價格比。使用和維修也更方便和經濟。


附圖1，2分別為實施例一，二的空氣分離方法和裝置示意圖。內中設備序號如下1為膨脹機增壓機，2為水冷器，3為主換熱器，4為膨脹製冷空氣膨脹機，5為精餾塔，6為下塔，7為上塔，8為冷凝蒸發器，9為液空過冷器，10為液氮過冷器，11為返流汙氮(或返流氮)膨脹機，12為低溫預冷器，13為低溫致冷機組。此外相關的物料流也作如下編號101為原料空氣，102為製冷用原料空氣，103為分離用原料空氣，104為富氧液空，105為返流汙氮(或返流氮)，106為液氧產品，107為液氮，108為液氮產品，109為氬餾分。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例一經過壓縮機壓縮的在預冷系統中冷卻並在淨化系統中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質後的原料空氣101分為兩股氣流。一股氣流為膨脹製冷用原料空氣流102，它經過膨脹機增壓機1增壓及水冷器2冷卻後進入主換熱器3，降低溫度後進入膨脹製冷用空氣膨脹機4，空氣對外做功，降壓降溫後，再返回主換熱器3復熱後回到壓縮機的進口或去水冷塔。另一股氣流為分離用原料空氣流103，它經過主換熱器3降溫到飽和溫度或部份帶液後，進入精餾塔5的下塔6，精餾塔5由下塔6，上塔7和兩塔之間的冷凝蒸發器8組成。下塔6的操作壓力是0.65MPa，上塔7的操作壓力是0.08MPa。分離用原料空氣流103進入下塔6的底部，成為下塔6的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進行熱量和質量的交換。在下塔6的底部獲得含氧較多的富氧液空104。該富氧液空104被引出下塔6後，先經過液空過冷器9被由上塔7頂部來的返流汙氮105過冷，再經過節流膨脹進入上塔7成為上塔7的回流液之一。在下塔6的頂部獲得的氮氣，少部分可作為產品經復熱後外供，大部分氮氣在兩塔之間的冷凝蒸發器8內與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔6的回流液。其餘的液氮107經過液氮過冷器10被由上塔7頂部來的返流汙氮105過冷，少部分作為產品108外供；大部分經過節流膨脹進入上塔7的頂部成為上塔7的另一支回流液。上述兩股回流液成為上塔7的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進行熱量和質量的交換。在上塔7的底部獲得液氧，少部分液氧可作為產品106外供，其餘液氧在兩塔之間的冷凝蒸發器8內被氮氣加熱成氣氧，少部分氣氧可作為產品經復熱後外供，其餘氣氧成為上塔7的上升氣流。在上塔7的頂部獲得的返流汙氮105在液氮過冷器9和液空過冷器10中復熱後進入返流汙氮膨脹機11，氣體對外做功，降壓降溫後再進入主換熱器3與原料空氣換熱，之後去工藝預定位置。膨脹製冷用空氣膨脹機4和返流汙氮膨脹機11是同時開動運行的。
在上塔的適當位置抽出含氬較高的氬餾份109去制氬系統製得氬產品。
實施例二在與實施例一相同的空氣分離方法和裝置的情況中，為了降低產品的能耗，在主換熱器3的適當部位設置低溫預冷器12。並採用低溫致冷機組13向空氣提供冷量。
權利要求
1.一種空氣分離的方法，包括(1)經過壓縮機壓縮，預冷系統冷卻並在淨化系統中除去有害雜質後的空氣(101)分為膨脹製冷用用原料空氣流(102)和分離用原料空氣流(103)，(2)膨脹製冷用原料空氣流(102)經過膨脹機增壓機(1)增壓及水冷器(2)冷卻後進入主換熱器(3)，降低溫度後進入膨脹機(4)，在膨脹機中降壓降溫後返還主換熱器(3)，出主換熱器(3)後回到壓縮機進口或去氮水系統的水冷塔，(3)分離用原料空氣流(103)經過主換熱器(3)後進入精餾塔(5)，在精餾塔(5)內分離成為各種形態的氧，氮產品和氬餾分，其特徵在於(1)從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流汙氮(105)(或返流氮)進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)，在該膨脹機(11)中降壓降溫後進入主換熱器(3)復熱後去工藝預定位置，(2)膨脹製冷用原料空氣膨脹機(4)和返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)是同時開動運行的，(3)精餾塔(5)的下塔(6)的操作壓力為0.65MPa(表壓)以上，而上塔(7)的操作壓力為0.08MPa(表壓)以上。
2.權利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特徵在於從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流汙氮(105)(或返流氮)在進入液氮過冷器(10)之前進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)。
3.權利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特徵在於從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流汙氮(105)(或返流氮)經過液氮過冷器(10)之後進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)。
4.權利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特徵在於從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流汙氮(105)(或返流氮)經過液氮過冷器(10)和液空過冷器(9)之後進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)。
5 權利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特徵在於從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流汙氮(105)(或返流氮)經過液氮過冷器(10)和液空過冷器(9)後，進入主換熱器(3)初步復熱後進入返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)降壓降溫後，再進入主換熱器(3)復熱後去工藝預定位置。
6.一種空氣分離的裝置，依次由(1)對空氣進行加壓和除去有害雜質使之成為原料空氣的壓縮機，預冷系統，和淨化系統，(2)對膨脹製冷用空氣進行增壓和冷卻的膨脹機增壓機(1)，水冷器(2)，以及將膨脹製冷用空氣進行降壓降溫的空氣膨脹機(4)，(3)對各種不同的流體進行冷熱交換的主換熱器(3)，過冷器(9)，和(10)，(4)將分離用原料空氣進行分離獲得產品的精餾塔(5)組成，其特徵在於(1)還有將返流汙氮(或返流氮)進行降壓降溫的返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)，(2)精餾塔(5)是雙級精餾塔，由操作壓力為0.65MPa(表壓)以上的下塔(6)，操作壓力為0.08MPa(表壓)以上的上塔(7)和兩塔之間的冷凝蒸發器(8)組成。
7.根據權利要求6所述的一種空氣分離裝置，其特徵在於返流汙氮(或返流氮)膨脹機(11)是增壓透平膨脹機。
8.根據權利要求6所述的一種空氣分離的裝置， 其特徵在於設有低溫預冷器(12)。
9.根據權利要求6所述的一種空氣分離的裝置，其特徵在於由外界提供冷量的致冷機組是低溫致冷機組(13)。
全文摘要
一種空氣分離的方法和裝置，涉及到在低溫下利用精餾來分離空氣的方法和裝置。在空氣分離的過程中，使用了膨脹製冷用原料空氣和返流汙氮(或返流氮)這兩種不同工質的膨脹機。膨脹製冷用原料空氣和返流汙氮(或返流氮)各自在不同的壓力和不同的溫度下進行膨脹，向外做功，為空氣分離過程提供冷量。分離過程採用雙級精餾塔，精餾塔由下塔，上塔和兩塔之間的冷凝蒸發器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa(表壓)以上。採用這樣的方法和裝置來分離空氣，單位產品的電耗有明顯的下降，可優化性能價格比，使用和維修也更方便和經濟。
文檔編號F25J3/04GK1616909SQ200410065189
公開日2005年5月18日 申請日期2004年10月28日 優先權日2004年10月28日
發明者江楚標 申請人:蘇州市興魯空分設備科技發展有限公司