CN101886871A

CN101886871A - 一种空气分离制取压力氧气的方法及装置

Info

Publication number: CN101886871A
Application number: CN 201010244901
Authority: CN
Inventors: 黄震宇
Original assignee: Sichuan Air Separation Plant (group) Co Ltd
Current assignee: Sichuan Air Separation Plant (group) Co Ltd
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: CN101886871B

Abstract

本发明公开了一种空气分离制取压力氧气的方法，压缩空气分成两路，一路经增压后进入主换热器冷却，再进入氧增压器与压力液氧换热冷凝成液态，然后进入下塔参与精馏；另一路进入主换热器冷却后分成两部分，一部分经膨胀后送入上塔参与精馏；下塔获得的氮气进入冷凝蒸发器冷凝成液氮后分成两部分，一部分作为回流液返回下塔，另一部分经过冷器过冷后分成两股，一股作为产品液氮被引出，另一股进入上塔的顶部；下塔抽取的污液空和获得的液空，经过冷器过冷后，进入上塔再次精馏，冷凝蒸发器获得液氧；液氧经自增压或液氧泵加压后，进入氧增压器被蒸发成压力氧气，再去主换热器复热后输出。本发明流程组织优化，设备投入成本低，能耗降低显著。

Description

一种空气分离制取压力氧气的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种气体分离的装置及方法，特别涉及一种空气分离制取压力氧气的方法及装置。

背景技术

在玻璃、玻纤、有色冶炼、富氧燃烧等工业生产中经常需要大量的压力氧气，其压力为0.7-2.2barg，同时还需要一定量压力的氮气。为满足此种工艺要求，目前，主要采用以下三种方法:一、增设空气增压压缩机，氧内压缩；二、提高空分装置中空压机的压力；三、增设氧气压缩机，氧气外压缩。

对于方法一，由于与压力液氧换热的介质是需要有足够高压力的空气，而现有空分装置中与液氧换热的空气通常压力不高，单独设置空气增压压缩机，可以提高空气压力，但是这样会使投资费用显著增加，空分装置复杂，可靠性变差。对于方法二，采用提高空压机压力的方法虽然流程组织相对简单，但由于与液氧换热的空气不到总加工空气的30%，即使考虑膨胀量较大，膨胀空气一般不会超过总加工空气20%，也即至少50%的空气需要经过节流，而气体节流会带来很大的不可逆损失，从而造成空分装置能耗很高。对于方法三，氧压机是非标准系列产品，价格高昂，会造成成本的增加，同时，氧压机效率低，氧气压缩也存在安全隐患。

不少用户也采用变压吸附制氧，但变压吸附不利于设备大型化，且能耗较高，不易同时获得高纯氧和高纯氮。变压吸附真空解吸所制氧气的压力一般为0.5－0.7bar，若要直接将氧气压力提高，则其收率降低，能耗上升显著；若配氧气增压机，则粉尘相对较多，氧气增压安全性相对较低；同时，该方法无液体贮存备用，无法应急供应。无法满足生产的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中压力氧气制取装置和工艺生产成本高、流程复杂的不足，提供一种空气分离制取压力氧气的方法及装置，该方法及装置具有流程组织优化，设备投入成本低，能耗降低显著的特点。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空气分离制取压力氧气的方法，包括如下步骤：

A、洁净的压缩空气分成两路，一路经膨胀机的增压端增压后进入主换热器冷却，再进入氧增压器与压力液氧换热冷凝成液态，然后进入精馏塔下塔距底部3～7块理论塔板位置参与精馏；另一路进入主换热器低温冷却到145K～180K后分成两部分，一部分经膨胀机的膨胀端膨胀后送入精馏塔上塔参与精馏；另一部分送入精馏塔下塔,在塔内从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质后,在下塔塔顶获得氮气，塔底获得液空；

B、精馏塔下塔塔顶获得的氮气进入冷凝蒸发器冷凝成液氮后分成两部分，一部分作为回流液返回下塔，另一部分经过冷器过冷后分成两股，一股作为产品液氮被引出，另一股进入精馏塔上塔的顶部；

C、精馏塔下塔下部抽取的污液空和塔底获得的液空，经过冷器过冷后，进入上塔再次精馏，上塔塔顶获得低压纯氮，上部获得污氮；低压纯氮经过冷器复热后，经主换热器进一步复热到常温后分成两部分，一部分经氮压机增压后作为压力氮气产品输出，另一部分经管道排出；污氮经过冷器复热，送入主换热器进一步复热到常温后输出；

D、冷凝蒸发器获得液氧，液氧经自增压或液氧泵加压后，进入氧增压器被蒸发成压力氧气，再去主换热器复热后输出。

作为优选方式，在所述步骤B中，精馏塔下塔塔顶获得的氮气分成两路，一路进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮，另一路进入主换热器复热后作为压力氮产品输出。

作为优选方式，在所述步骤B中，液氮经过冷器过冷后，作为产品液氮被引出；在所述步骤C中，精馏塔下塔上部抽取的污液氮、下部抽取的污液空和塔底获得的液空，经过冷器过冷后，进入上塔再次精馏；上塔塔顶获得获得污氮，污氮经过冷器复热后，送入主换热器进一步复热到常温后输出。

一种空气分离制取压力氧气的装置，包括增压膨胀机、主换热器、精馏塔、过冷器、氧增压器，所述精馏塔包括上塔、下塔和冷凝蒸发器，其连接关系如下：

增压膨胀机的增压端入口连接原料空气管路，增压端出口连接主换热器第一入口，主换热器第一出口连接氧增压器第一入口，氧增压器第一出口连接精馏塔下塔第一入口；

主换热器的第二入口连接原料空气管路，第二出口分别连接增压膨胀机的膨胀端入口和精馏塔下塔第二入口，精馏塔下塔的液空出口连接过冷器的液空入口，下塔的污液空出口连接过冷器的污液空入口，下塔的氮气出口连接冷凝蒸发器的氮气入口，冷凝蒸发器的液氮出口分别连接精馏塔下塔液氮入口和过冷器的液氮入口；

过冷器的液空出口连接精馏塔上塔的液空入口，过冷器的污液空出口连接精馏塔上塔的污液空入口，过冷器的液氮出口分别连接产品液氮输出管线和精馏塔上塔的液氮入口；

精馏塔上塔的低压纯氮出口连接过冷器的低压纯氮入口，过冷器的低压纯氮出口连接主换热器的低压纯氮入口，主换热器的低压纯氮出口连接氮压机入口，氮压机出口连接压力氮气输出管线；

精馏塔上塔的污氮出口连接过冷器的污氮入口，过冷器的污氮出口连接主换热器的污氮入口，主换热器的污氮出口连接污氮输出管线；

冷凝蒸发器的液氧出口连接氧增压器第二入口，氧增压器的氧气出口连接主换热器的氧气入口，主换热器的氧气出口连接氧气输出管线。

作为优选方式，所述下塔的第一入口设置在距离底部3－7块理论板位置。

作为优选方式，所述下塔的氮气出口连接主换热器的氮气入口，主换热器的氮气出口连接压力氮气输出管线。

作为优选方式，所述下塔还设置有污液氮出口，该污液氮出口连接过冷器污液氮入口，过冷器污液氮出口连接上塔入口。

现有工艺中，空分设备的增压透平膨胀机主要用于制冷，提供冷量，本发明扩展利用增压透平膨胀机的作用，利用增压透平膨胀端输出的功增压与液氧换热的空气，充分利用了系统的冷能，降低了所需压缩净化的空气压力，从而降低空压机排压，降低了能耗。现有工艺中，上塔再次精馏时采用纯液氮，成本很高，本发明通过抽取精馏塔下塔上部的污液氮进入上塔再次精馏，增大了上塔上段回流比，提高了上塔的分离能力，降低了成本。现有工艺中，采用抽取低压氮再压缩的方法获得氮气产品，能耗较高，本发明通过抽出精馏塔下塔塔顶获得的一部分压力氮气(5～5.6bara)，获得带压的氮气产品，将空分装置的能量充分进行回收，能耗降低。

本发明的有益效果在于：本发明无需增设设备，设备投入成本低，流程组织优化，能耗显著降低。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1的工艺流程图；

图2为实施例2的工艺流程图。

图中标记：CE增压膨胀机、E膨胀端、C增压端、C1下塔、C2上塔、K1主冷凝蒸发器、K2氧增压器、E1主换热器、E2过冷器、CB冷箱、OP氧泵、

NC氮压机。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1：如图1所示，一种空气分离制取压力氧气的方法，包括如下步骤：

A、洁净的压缩空气100分成两路，一路103经膨胀机CE的增压端增压后进入主换热器E1冷却，再进入氧增压器K2与压力液氧换热冷凝成液态，然后进入精馏塔下塔C1距底部3～7块理论塔板位置参与精馏；另一路101进入主换热器E1低温冷却到145K～180K后分成两部分，一部分104经膨胀机CE的膨胀端膨胀后送入精馏塔上塔C2参与精馏；另一部分102送入精馏塔下塔C1,在塔内从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质后,在下塔C1塔顶获得氮气120，塔底获得液空107；

B、精馏塔下塔塔顶获得的氮气120进入冷凝蒸发器K1冷凝成液氮121后，分成两部分，一部分122作为回流液返回下塔，另一部分123经过冷器过冷后，一股124作为产品液氮被引出，另一股118进入精馏塔上塔的顶部；

C、精馏塔下塔C1下部抽取的污液空109和塔底获得的液空107，经过冷器E2过冷后，进入上塔C2再次精馏，上塔C2塔顶获得低压纯氮126，上部获得污氮130，低压纯氮126经过冷器E2复热后，经主换热器E1进一步复热到常温后分成两部分，一部分经氮压机NC增压后作为压力氮气产品输出，另一部分经管道排出，污氮130经过冷器E2复热，送入主换热器E1进一步复热到常温后输出；

D、冷凝蒸发器K1获得液氧203，液氧203经自增压（利用液氧高度差产生静液柱压力）或液氧泵OP加压后，进入氧增压器K2被蒸发成压力氧气204，再去主换热器E1复热后输出。

本实施例的空分装置包括增压膨胀机、主换热器、精馏塔、过冷器、氧增压器，所述精馏塔包括上塔、下塔和冷凝蒸发器，其连接关系如下：

实施例2：如图2所示，一种空气分离制取压力氧气的方法，包括如下步骤：

B、精馏塔下塔塔顶获得的氮气120分成两路，一路进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮121后分成两部分，一部分122作为回流液返回下塔，另一部分124作为产品液氮被引出，另一路127进入主换热器E1复热后作为压力氮产品输出；

C、精馏塔下塔C1下部抽取的污液空109、上部抽取的污液氮117和塔底获得的液空107，经过冷器E2过冷后，进入上塔C2再次精馏，上塔C2塔顶获得污氮130,污氮130经过冷器E2复热，送入主换热器E1进一步复热到常温后输出;

D、冷凝蒸发器K1获得液氧203,液氧203经自增压（利用液氧高度差产生静液柱压力）或液氧泵OP加压后，进入氧增压器K2被蒸发成压力氧气204，再去主换热器E1复热后输出。

过冷器的液空出口连接精馏塔上塔的液空入口，过冷器的污液空出口连接精馏塔上塔的污液空入口，过冷器的液氮出口连接产品液氮输出管线；

作为优选，所述下塔的第一入口设置在距离底部3－7块理论板位置。所述下塔的氮气出口还连接主换热器的氮气入口，主换热器的氮气出口连接压力氮气输出管线。所述下塔还设置有污液氮出口，该污液氮出口连接过冷器污液氮入口，过冷器污液氮出口连接上塔入口。

以一套氧流量8830Nm³/h，压力1.8Barg氧纯度97%的典型空分装置为例，对比实施例2、仅提高空压机压力的装置和氧气外压缩装置，其结果见下表：

表1本发明与现有技术性能对比表

注：预冷、纯化再生为空分装置预处理。

如表1所示，根据大中型空分能耗计算本发明氧的单耗仅为0.3952KW/Nm³O₂，常规氧气外压缩方案氧的单耗为0.4248KW/Nm³O₂，比本发明高7.49%，提高空压机排压方案氧的单耗为0.4364KW/Nm³O₂，比本发明高10.4%。若电费以0.55元/度计算，采用本发明比常规氧气外压缩方案节约电费130万元/年；比提高空压机排压方案节约电耗198万元/年。若能在全国普及，年节约电费可达数亿元，经济效益十分明显。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种空气分离制取压力氧气的方法，其特征在于包括如下步骤：

C、精馏塔下塔下部抽取的污液空和塔底获得的液空，经过冷器过冷后，进入上塔再次精馏，上塔塔顶获得低压纯氮，上部获得污氮，低压纯氮经过冷器复热后，经主换热器进一步复热到常温后分成两部分，一部分经氮压机增压后作为压力氮气产品输出，另一部分经管道排出；污氮经过冷器复热，送入主换热器进一步复热到常温后输出；

2.如权利要求1所述的一种空气分离制取压力氧气的方法，其特征在于：在所述步骤B中，精馏塔下塔塔顶获得的氮气分成两路，一路进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮，另一路进入主换热器复热后作为压力氮产品输出。

3.如权利要求1所述的一种空气分离制取压力氧气的方法，其特征在于：在所述步骤B中，液氮经过冷器过冷后，作为产品液氮被引出；在所述步骤C中，精馏塔下塔上部抽取的污液氮、下部抽取的污液空和塔底获得的液空，经过冷器过冷后，进入上塔再次精馏；上塔塔顶获得获得污氮，污氮经过冷器复热后，送入主换热器进一步复热到常温后输出。

4.一种实施权利要求1的方法的装置，其特征在于：包括增压膨胀机、主换热器、精馏塔、过冷器、氧增压器，所述精馏塔包括上塔、下塔和冷凝蒸发器，其连接关系如下：

主换热器的第二入口连接原料空气管路，第二出口分别连接增压膨胀机的膨胀端入口和精馏塔下塔第二入口，精馏塔下塔的液空出口连接过冷器的液空入口，下塔的污液空出口连接过冷器的污液空入口；

下塔的氮气出口连接冷凝蒸发器的氮气入口，冷凝蒸发器的液氮出口分别连接精馏塔下塔液氮入口和过冷器的液氮入口，过冷器的液氮出口分别连接产品液氮输出管线和精馏塔上塔的液氮入口；

过冷器的液空出口连接精馏塔上塔的液空入口，过冷器的污液空出口连接精馏塔上塔的污液空入口；

5.如权利要求4所述的一种空气分离制取压力氧气的装置，其特征在于：所述下塔的第一入口设置在距离底部3－7块理论板位置。

6.如权利要求4所述的一种空气分离制取压力氧气的装置，其特征在于：所述下塔的氮气出口还连接主换热器的氮气入口，主换热器的氮气出口连接压力氮气输出管线。

7.如权利要求4所述的一种空气分离制取压力氧气的装置，其特征在于：所述下塔还设置有污液氮出口，该污液氮出口连接过冷器污液氮入口，过冷器污液氮出口连接上塔入口。