一种空分工艺方法
技术领域
本发明属于空气分离领域,具体涉及一种高氧气提取率的空分工艺方法。
背景技术
空气中的主要成分为氧和氮,它们以分子状态存在于空气中。空分工艺则是利用低温精馏法将空气冷凝成液体,然后按各组分蒸发温度的不同将空气混合物中的各组分分离,从而获得高纯氧气和高纯氮气以及一些稀有气体的过程。
现有工业上空气分离主要有吸附法、膜分离法和低温法三种,其中吸附法是利用分子筛对不同分子的选择吸附性能来使空气中各组分分离,吸附法工艺流程简单,操作方便,运行成本低,但不易获得高纯度氧气和氮气产品。膜分离法是利用膜渗透技术,利用氧、氮通过膜的速率的不同,实现氧、氮两种组分的粗分离,这种方法的空分装置一般简单,但仅适用于中小型化工艺生产中。低温法,又称深冷法,利用空气中各组分沸点的不同,通过压缩、膨胀和降温等工艺将空气液化,然后利用沸点差将液态空气中氧和氮精馏分离。低温法与精馏的组合是目前应用最广泛的方法。但是现有空分方法生产得到的氧气纯度一般为99.5%左右,氧气纯度有待进一步提高。
发明内容
本发明目的是为了解决现有空分工艺方法生产的氧气纯度不高的问题,而提供一种空分工艺方法。
本发明空分工艺方法按以下步骤进行:
一、原料空气自吸入口吸入,经空气过滤器除去空气中的灰尘和机械杂质,过滤后的空气进入空压机压缩,压缩后的空气自下而上穿过空气预冷系统中的空气冷却塔,在空气冷却塔中冷却的同时进行洗涤,得到洗涤后的空气;
二、洗涤后的空气进入分子筛纯化装置,吸附除去空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分,一部分纯化空气直接进入冷箱内的低压板式换热器,冷却至露点的空气进入精馏塔的下塔底部,在下塔塔板上反复冷凝和蒸发,另一部分纯化空气流入增压压缩机增压,经增压机第一段增压后的空气分成二路,一路空气经过冷却器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压,然后被冷却器冷却至常温后流入高压板式换热器,再从高压板式换热器中抽出进入膨胀机膨胀制冷,膨胀制冷后的空气送入精馏塔的上塔,二路空气在增压机的第二段继续增压并经过冷器冷却至常温后进入高压板式换热器,从高压板式换热器底部抽出经节流流入精馏塔的下塔;
三、空气在精馏塔的下塔中初步精馏,获得液空和污液氮,液空经过冷器过冷后节流进入精馏塔的上塔,在上塔中进行精馏,在上塔底部得到液氧,抽取部分液氧送入液氧贮存系统,另一部分液氧经液氧泵后流入高压板式换热器复热,出冷箱后进入氧气管网,下塔顶部获得的纯液氮送入液氮贮存系统,在下塔顶部抽取压力氮气,压力氮气再经低压板式换热器复热,复热后出冷箱进入氮气管网;
四、从精馏塔的上塔中部抽取氩馏份送入粗氩塔,氩馏份在粗氩塔中精馏后得到粗氩气,粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱,与污氮气一起进入水冷塔,从精馏塔的上塔顶部抽取的纯氮气经过冷器后进入低压板式换热器复热送入水冷塔和用户管网,从精馏塔的上塔抽取的污氮气经过冷器后进入低压板式换热器和高压板式换热器复热,一部分复热后的污氮气进入分子筛纯化器作为再生气体,其余复热后的污氮气流入水冷塔。
本发明空分工艺系统包括空气过滤装置、空气压缩装置、空气预冷装置、分子筛纯化装置、分馏塔、液氧贮存气化装置、液氮贮存气化装置和氮气贮存气化装置。本发明空分工艺中采用透平膨胀机提高单位制冷量,有效降低工艺能耗。同时通过增效粗氩塔对精馏塔提纯后的氧气再进行提纯,有效降低氧气中氩气等成分的含量,最终使此空分工艺产出的氧气纯度达到99.8%左右。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式空分工艺方法按以下步骤进行:
一、原料空气自吸入口吸入,经空气过滤器除去空气中的灰尘和机械杂质,过滤后的空气进入空压机压缩,压缩后的空气自下而上穿过空气预冷系统中的空气冷却塔,在空气冷却塔中冷却的同时进行洗涤,得到洗涤后的空气;
二、洗涤后的空气进入分子筛纯化装置,吸附除去空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分,一部分纯化空气直接进入冷箱内的低压板式换热器,冷却至露点的空气进入精馏塔的下塔底部,在下塔塔板上反复冷凝和蒸发,另一部分纯化空气流入增压压缩机增压,经增压机第一段增压后的空气分成二路,一路空气经过冷却器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压,然后被冷却器冷却至常温后流入高压板式换热器,再从高压板式换热器中抽出进入膨胀机膨胀制冷,膨胀制冷后的空气送入精馏塔的上塔,二路空气在增压机的第二段继续增压并经过冷器冷却至常温后进入高压板式换热器,从高压板式换热器底部抽出经节流流入精馏塔的下塔;
三、空气在精馏塔的下塔中初步精馏,获得液空和污液氮,液空经过冷器过冷后节流进入精馏塔的上塔,在上塔中进行精馏,在上塔底部得到液氧,抽取部分液氧送入液氧贮存系统,另一部分液氧经液氧泵后流入高压板式换热器复热,出冷箱后进入氧气管网,下塔顶部获得的纯液氮送入液氮贮存系统,在下塔顶部抽取压力氮气,压力氮气再经低压板式换热器复热,复热后出冷箱进入氮气管网;
四、从精馏塔的上塔中部抽取氩馏份送入粗氩塔,氩馏份在粗氩塔中精馏后得到粗氩气,粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱,与污氮气一起进入水冷塔,从精馏塔的上塔顶部抽取的纯氮气经过冷器后进入低压板式换热器复热送入水冷塔和用户管网,从精馏塔的上塔抽取的污氮气经过冷器后进入低压板式换热器和高压板式换热器复热,一部分复热后的污氮气进入分子筛纯化器作为再生气体,其余复热后的污氮气流入水冷塔。
本实施方式空分工艺采用分子筛吸附净化、空气增压、空气增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔,上塔采用规整填料、带有增效氩塔,产品氧采用液氧泵内压缩的工艺流程。制冷后的空气在下塔初步精馏为气氮、污液氮和液空,减压降温后送至上塔作为上塔的回流液,在上塔中进一步精馏,在上塔顶部得到纯氮气,下部得到液氧。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的空压机为离心式空压机。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二所述的分子筛纯化装置由两台卧式双层床结构的吸附器组成。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
本实施方式当一台吸附器运行时,另一台则由来自冷箱中的污氮气进行再生,再生气的加热通过蒸汽加热器完成。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二经增压机第一段增压后的空气再分出一路空气用于仪表空气。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一所述的空气冷却塔通过水冷塔中的冰冻水对压缩后的空气冷却。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一所述的空气冷却塔为空喷式空冷器,并在空冷器中设置有除沫器。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
本实施方式当冷却水水源为循环水时,水质差,泥质/微生物多,使空气冷却塔降温效果不理想,经常不能满足冷却温度需要停车处理,使用空喷式空冷器并在空冷器中部一直到最上段设置除沫器,除沫器中上部设置清水洗涤上行空气,进一步净化带上来的污染物。
实施例:本实施例空分工艺方法按以下步骤进行:
一、原料空气自吸入口吸入,经空气过滤器除去空气中的灰尘和机械杂质,过滤后的空气进入空压机压缩,压缩后的空气自下而上穿过空气预冷系统中的空气冷却塔,在空气冷却塔中经水冷塔中的冰冻水冷却的同时进行洗涤,得到洗涤后的空气;
二、洗涤后的空气进入分子筛纯化装置,吸附除去空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分,一部分纯化空气直接进入冷箱内的低压板式换热器,冷却至露点的空气进入精馏塔的下塔底部,在下塔塔板上反复冷凝和蒸发,另一部分纯化空气流入增压压缩机增压,经增压机第一段增压后的空气分成二路,一路空气经过冷却器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压,然后被冷却器冷却至常温后流入高压板式换热器,再从高压板式换热器中抽出进入膨胀机膨胀制冷,膨胀制冷后的空气送入精馏塔的上塔,二路空气在增压机的第二段继续增压并经过冷器冷却至常温后进入高压板式换热器,从高压板式换热器底部抽出经节流流入精馏塔的下塔;
三、空气在精馏塔的下塔中初步精馏,获得液空和污液氮,液空经过冷器过冷后节流进入精馏塔的上塔,在上塔中进行精馏,在上塔底部得到液氧,抽取部分液氧送入液氧贮存系统,另一部分液氧经液氧泵后流入高压板式换热器复热,出冷箱后进入氧气管网,下塔顶部获得的纯液氮送入液氮贮存系统,在下塔顶部抽取压力氮气,压力氮气再经低压板式换热器复热,复热后出冷箱,一部分流量为12000Nm3/h的低压氮气进入低压氮气(0.4MPa(G))管网,另一部分流量为2000Nm3/h的低压氮气经压缩机加压至压力为0.7MPa(G),再进入0.7MPa(G)氮气管网;
四、从精馏塔的上塔中部抽取氩馏份送入粗氩塔,氩馏份在粗氩塔中精馏后得到粗氩气,粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱,与污氮气一起进入水冷塔,从精馏塔的上塔顶部抽取的纯氮气经过冷器后进入低压板式换热器复热送入水冷塔和用户管网,从精馏塔的上塔抽取的污氮气经过冷器后进入低压板式换热器和高压板式换热器复热,一部分复热后的污氮气进入分子筛纯化器作为再生气体,其余复热后的污氮气流入水冷塔。
本实施例步骤一所述的空气预冷系统由空气冷却塔和水冷塔组成,从空压机压缩机来的热空气从空气冷却塔的底部流入,与冷却水和冷冻水进行逆流接触传热,冷却空气,其中冷冻水由水冷塔供应。该空分工艺通过增效粗氩塔对精馏塔提纯后的氧气再进行提纯,有效降低氧气中氩气等成分的含量,最终使此空分工艺产出的氧气纯度达到99.8%。