CN102032755A - 空气分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种空气分离装置，包括：空气压缩机；预冷机组；纯化器；主换热器；精馏塔，所述精馏塔包括相互连通的下塔，上塔和氧塔，下塔设有空气入口，上塔设有氮气出口，氧塔设有氧气出口，所述下塔设有富氧液空出口，其与上塔上设置的富氧液空入口相连通；所述下塔和上塔之间设有冷凝蒸发器，所述上塔上设置富氧液空出口、氧塔上对应相连通的设置的富氧液空入口，所述上塔上设置有氧气出口、氧塔上对应相连的设置有氧气入口；所述冷凝蒸发器设有至少一个液氮出口，下塔中部、氧塔、上塔上分别和所述液氧出口对应相连的设置有液氮入口。本发明通过设置相互独立的下塔、上塔和氧塔，直接从分馏塔得到所需压力的氮气、氧气，降低能耗。

Description

空气分离装置
技术领域
本发明涉及一种空气分离装置，尤其涉及一种适用于玻璃生产行业的空气分离装置。
背景技术
空气分离装置是利用空气中氧氮沸点不同的原理，采用低温精馏的方法生产氧氮产品的装置。
氮气的应用领域越来越广泛，包含在化学工业、石油工业、电子工业、食品工业、金属冶炼及加工工业等领域，是需求急速增长的一种工业气体。氮气主要应用于以下行业：电子封装/化学加工/照明/热处理/食品封装/食品冷冻/金属制造/玻璃生产/石油精炼/橡胶粉碎/生物制药。
氧气是一种助燃剂，在工业领域应用广泛。在玻璃生产线上，绝大部分浮法玻璃熔窑采用重油加热后用压缩空气雾化送入窑内燃烧熔化原料，用空分设备制取的氮气作锡槽保护气。为保证重油燃烧充分需加入大量助燃风，但普通空气中78％为氮气，不能参与燃烧，只能作烟气排放，还带走部分热量，降低了热效率。而空分设备在生产氮气的同时，也获得副产品氧气或富氧。氧气是一种助燃剂，可以利用氧气这一特性，将空分设备制取的副产品送入熔窑内助燃，节能降耗。利用氧气助燃一方面可提高火焰温度、加快燃料燃烧速度，节约燃料；另一方面还可减少烟气排放量，提高燃料热利用率，节约能源，保护环境。
以往为浮法线配备的空分设备其氧气或富氧压力只有0.03MPa(表压，下同)，加上管道压力损失，送入熔窑氧气压力只有0.02MPa。喷氧量不好调节，喷氧枪不容易控制，若伸入太深，因窑内温度高，有烧枪的危险；收回多又会损伤池壁。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种可直接提供用户使用所需的氧气和氮气的空气分离装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种空气分离装置，包括：将外部空气进行压缩的空气压缩机；对空气压缩机输出的空气进行冷却的预冷机组；净化预冷机组输出的空气的纯化器；供空气分离装置中的空气进行热交换的主换热器；将空气成分分离的精馏塔，其特征在于：所述精馏塔包括相互连通的下塔，上塔和氧塔，下塔设有供空气进入的空气入口，上塔设有供分离后的氮气输出的氮气出口，氧塔设有供分离后的氧气输出的氧气出口，所述下塔将空气冷却分离为富氧液空和氮气，所述下塔设有富氧液空出口，其与上塔上设置的富氧液空入口相连通；所述下塔和上塔之间设有冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器用于将下塔顶部的氮气冷却为液氮，上塔底部的液氧蒸发；所述上塔上设置富氧液空出口、氧塔上对应相连通的设置的富氧液空入口，所述上塔上设置有氧气出口、氧塔上对应相连的设置有氧气入口；所述冷凝蒸发器设有至少一个液氮出口，下塔中部、氧塔、上塔上分别和所述液氧出口对应相连的设置有液氮入口。
进一步地，还包括过冷器，所述氧气出口连接的输出管和氮气出口连接的输出管依次经过过冷器和主换热器后，分别接入氧气贮罐和氮气贮罐。
进一步地，还包括液氮贮槽和液氧贮槽，所述液氮出口通过管路连接到液氮贮槽，液氮贮槽通过管路连接到氮气贮罐；所述氧塔底部设有液氧出口，液氧出口通过管路连接到液氧贮槽，液氧贮槽通过管路连接到氧气贮罐。
进一步地，具有两个所述液氮出口，其中一个液氮出口通过管路连接到下塔中部的液氮入口，另一个液氮出口通过管路连接到氧塔上的液氮入口、上塔上的液氮入口和液氮贮槽上的液氮入口。
进一步地，所述液氮贮槽和氮气贮罐之间设有汽化器和压力调节阀，所述液氧贮槽和氧气贮罐之间设有汽化器和压力调节阀。
进一步地，所述另一个液氮出口连接的管路和所述富氧空气出口连接的管路经过所述过冷器。
进一步地，还包括膨胀机，所述氧塔上设有废气出口，所述废气出口通过管路连接所述膨胀机。
进一步地，还包括连接氮气贮罐、用于输出压力大于等于0.25MPa的氮气的氮气输出端。
进一步的，还包括连接氧气贮罐、用于输出压力大于等于0.10MPa、纯度大于90％的氧气的氧气输出端。
本发明的有益效果主要体现在：
(1)通过设置相互独立的下塔、上塔和氧塔，采用三塔返流工艺，直接从分馏塔得到所需压力的氮气、氧气，节省了氮气、氧气增压设备，还可同时出产液氧、液氮，提取率大幅提高，高达89％，物料、能量得到充分利用，节能环保。
(2)本发明根据玻璃线对氮气、氧气压力、纯度的要求，提供一种提供可同时生产供玻璃生产线锡槽作保护气的≥0.25MPa的高纯氮气、供助燃的压力为≥0.10MPa，氧气含量达到90％以上左右的富氧气的空气分离装置，提高了生产效率，降低了生产成本。
(3)本发明利用从氧塔顶部抽出的废气送入膨胀机进行制冷，结构合理、流程配置简单。
(4)本发明的动设备少，设备维护运行成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的空气分离装置的具体实施例的结构示意图。
其中：
1    空气过滤器      35    回流液氮入口
3    空气压缩机      37    液氮出口
5    预冷机组        39    富氧液空出口
7    纯化器          41    液氮出口
9    主换热器        43    回流液氮入口
11   下塔            45    氧气出口
13   上塔            47    富氧液空入口
15   氧塔            49    液氮入口
17   过冷器          51    氮气出口
19   液氮贮槽        53    液氧出口
21   液氧贮槽        55    回流液氮出口
23   氮气贮罐        57    液氮入口
25   氧气贮罐        59    氧气出口
27   膨胀机          61    富氧液空入口
31   空气入口        63    氧气入口
33   富氧液空出口    65    液氮入口
67   废气出口
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的具体实施例。
如图1，空气分离装置主要包括过滤器1、空气压缩机3，预冷机组5、纯化器7，分馏塔系统和储存输出系统。空气分离装置还包括基于PLC的远程监控系统。
外部空气经过自洁式过滤器1进行初步过滤去除杂质后，进入离心式空气压缩机3压缩到0.8MPa(G)，然后进入预冷机组5冷却到10摄氏度左右，再经水分离器分离掉水分，进入纯化器7。空气在纯化器中去除H2O、CO2、C2H2及其他碳氢化合物，出纯化器的空气其露点低于-60摄氏度，CO2含量小于1ppm。
出纯化器的空气分为两路，其主要部分进入分馏塔系统，经分离后成为氮气和液氮，以及氧气和液氧输出到储存输出系统。
分馏塔系统主要包括主换热器9，下塔11，上塔13，氧塔15，下塔11和上塔13之间的冷凝蒸发器，过冷器17，膨胀机27，以及连接上述各个部件和分馏塔系统的外部系统的管道。
进入分馏塔系统的空气首先经管道流过主换热器9，在主换热器9中和被返流的产品氧气、氮气和污氮等低温气体进行热交换，冷却到接近露点。这些冷却到接近露点的空气从管道流到下塔11下部的空气入口31，从空气入口31进入下塔11。在下塔11中，空气和下塔11中的回流液进行热质交换，被进一步冷却。由于氧气和氮气的液化点不同，空气分离为富氧液空和氮气，氮气上升到下塔的上部，富氧液空沉积到下塔的下部。
下塔11的下部设有富氧液空出口33，其通过管道连接到上塔13的中部的富氧液空入口47。富氧液空经由该通路进入上塔13，沉积到上塔13的下部。上塔13和下塔11之间具有冷凝蒸发器，下塔11顶部的氮气进入冷凝蒸发器冷凝成液氮，而上塔13底部的富氧液空蒸发得到氧气，也成为上塔13精馏的热源。冷凝蒸发器上设有至少一个液氮出口，在本实施方案中，优选的为两个液氮出口，分别为液氮出口41和液氮出口37。液氮出口41上连接有管道，管道分支为两个分支管道，一个分支管道连通下塔11上部的回流液氮入口43，液氮经由该通路回到下塔11形成前述的回流液进行热质交换；另一个分支管道连接到氧塔15的液氮入口57，冷凝后从氧塔的液氮出口35，经过管道和下塔的回流液氮入口35进入下塔11形成前述的回流液。液氮出口37连接有管道，该管道经过过冷器17进行热交换，管道出过冷器17后形成三个支路管道，一个支路管道通往储存输出系统的液氮贮槽19，部分液氮直接经由该支路通路储存起来；另一个支路管道连接上塔13上部的液氮入口49，部分液氮经由该支路通路进入上塔13，在上塔13中精馏；第三个支路管道连接氧塔15上部的液氮入口65，部分液氮经由该支路通路进入氧塔15。
上塔13的下方还设有富氧液空出口39，富氧液空出口39通过管道连接氧塔15中部的富氧液空入口61。上塔13的中部还设置有氧气出口45，氧气出口45通过管道连接氧塔中上部的氧气入口63。富氧液空和氧气在氧塔15中精馏后，产品氧气由氧塔15中部的氧气出口59离开氧塔15，经由管道进入储存输出系统的氧气贮罐25。上塔13的顶部还设有氮气出口51，在上塔13中精馏得到的产品氮气从氮气出口51离开上塔13，经由管道进入储存输出系统的氮气贮罐23。前述输送产品氧气和产品氮气的管道均依次通过过冷器17和主换热器9。
氧塔15底部设有液氧出口53，液氧出口53连接到储存输出系统的液氧贮槽21。氧塔15下部设有回流液氮出口55，其通过管道连接下塔11上部的回流液氮入口35。氧塔15顶部还设有废气出口67，废气出口67通过管道连通到膨胀机27，废气管道经过主换热器9，废气在主换热器9中复热到膨胀前温度，进入空气轴承透平膨胀机27中膨胀，制取冷量，以平衡空气分离装置的冷损耗。氧塔15和上塔11的下部还分别设有不凝气出口。在分馏塔中抽取的污氮也经主换热器换热后离开分流塔系统，作为分子筛纯化器的再生气和冷吹气。
储存输出系统包括液氮备用和压力调节系统和液氧备用和压力调节系统。液氮备用和压力调节系统由两台50m3/8bar(g)低温液氮贮槽19、两台2400m3/8bar(g)空浴式汽化器和二台5m3/5bar(g)氮气储罐23和压力调节阀等设备组成。液氮备用和压力调节系统的主要功能是稳定供气管网的压力和在制氮系统停机时可以将备用液氮气化送入管网，保证系统可以连续、可靠地供应氮气。液氧备用和压力调节系统由两台20m3/8bar(g)低温液氧贮槽21、两台1200m3/8bar(g)汽化器和二台5m3/5bar(g)氧气储罐25和压力调节阀等设备组成。液氧备用和压力调节系统的主要功能是稳定供气管网的压力和在制氮系统停机时可以将备用液氮气化送入管网，保证系统可以连续、可靠地供应氧气。
作为配套组成部分，本发明所述空气分离装置还包括：连接氮气贮罐、用于输出压力大于等于0.25MPa的氮气的氮气输出端；以及，连接氧气贮罐、用于输出压力大于等于0.10MPa、纯度大于90％的氧气的氧气输出端。
当然，本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种空气分离装置，包括：将外部空气进行压缩的空气压缩机；对空气压缩机输出的空气进行冷却的预冷机组；净化预冷机组输出的空气的纯化器；供空气分离装置中的空气进行热交换的主换热器；将空气成分分离的精馏塔，其特征在于：所述精馏塔包括相互连通的下塔，上塔和氧塔，下塔设有供空气进入的空气入口，上塔设有供分离后的氮气输出的氮气出口，氧塔设有供分离后的氧气输出的氧气出口，所述下塔将空气冷却分离为富氧液空和氮气，所述下塔设有富氧液空出口，其与上塔上设置的富氧液空入口相连通；所述下塔和上塔之间设有冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器用于将下塔顶部的氮气冷却为液氮，上塔底部的液氧蒸发；所述上塔上设置富氧液空出口、氧塔上对应相连通的设置的富氧液空入口，所述上塔上设置有氧气出口、氧塔上对应相连的设置有氧气入口；所述冷凝蒸发器设有至少一个液氮出口，下塔中部、氧塔、上塔上分别和所述液氧出口对应相连的设置有液氮入口。
2.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于：还包括过冷器，所述氧气出口连接的输出管和氮气出口连接的输出管依次经过过冷器和主换热器后，分别接入氧气贮罐和氮气贮罐。
3.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：还包括液氮贮槽和液氧贮槽，所述液氮出口通过管路连接到液氮贮槽，液氮贮槽通过管路连接到氮气贮罐；所述氧塔底部设有液氧出口，液氧出口通过管路连接到液氧贮槽，液氧贮槽通过管路连接到氧气贮罐。
4.根据权利要求3所述的空气分离装置，其特征在于：具有两个所述液氮出口，其中一个液氮出口通过管路连接到下塔中部的液氮入口，另一个液氮出口通过管路连接到氧塔上的液氮入口、上塔上的液氮入口和液氮贮槽上的液氮入口。
5.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于：所述液氮贮槽和氮气贮罐之间设有汽化器和压力调节阀，所述液氧贮槽和氧气贮罐之间设有汽化器和压力调节阀。
6.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于：所述另一个液氮出口连接的管路和所述富氧空气出口连接的管路经过所述过冷器。
7.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于，还包括膨胀机，所述氧塔上设有废气出口，所述废气出口通过管路连接所述膨胀机。
8.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于，还包括连接氮气贮罐、用于输出压力大于等于0.25MPa的氮气的氮气输出端。
9.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于，还包括连接氧气贮罐、用于输出压力大于等于0.10MPa、纯度大于90％的氧气的氧气输出端。
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