CN106219495B - 一种小型psa和小型深冷空分的组合装置 - Google Patents

Abstract

一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置，它主要包括PSA制氮系统和空分制氧系统，所述的空分制氧系统包括通过空分连接管连接空冷塔并经过空冷塔连接分子筛纯化器；所述的分子筛纯化器后面接出两路，一路连接于透平膨胀机的增压端，另一路直接连接板式换热器，并在该板式换热器的接出口直接连接精馏塔的下塔；在下塔分别设置有富氧液空接出管和纯液氮接出管，所述富氧液空接出管和纯液氮接出管经过一过冷器后直接连接于精馏塔上塔；在上塔的底部设置有液氧接出管，该液氧接出管连通液氧贮槽；所述的PSA制氮系统，它包括汽水分离器、冷冻式干燥器、精密过滤器及空气缓冲罐依次连接，所述汽水分离器通过前面的PSA连接管连接于空压机的压力空气接出管，并在空气缓冲罐后面连接于装填吸附剂的变压吸附装置，有所述变压吸附装置直接或间接接出压力氮气产品输送管。

Description

一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置

技术领域

本发明涉及的是一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置，适用于氧气氮气总需求小，但高纯度的客户，属于空分技术领域。

背景技术

氧气氮气作为最广泛使用的工业气体，在钢铁、化肥、石化、化纤、乙烯、芳烃、炼油、电工、电子、注氮采油、煤气化、煤化工、冶炼、电子等等行业都有广泛的需求，是现代工业体系中不可或缺的重要组成部分，为了给经济不发达地区产业升级和加速当地工业化发展，需要一种投资省、现场情况要求低、安全稳定、产量调节范围大的小型制氧制氮设备，为用户提供合格稳定的氮气和氧气产品，其设备具备足够的备用余量以满足复杂的现场条件。

在现场条件复杂，产品结构中氮气产量较大，氧较少的情况下，如果只用PSA方式，虽然制取氮气产品比较方便，但所能达到的氧纯度较低，无法满足高纯氧的要求。如果只用空分设备，则产品调节范围较小，高纯氮气的产量不能高于氧气产量的2-3倍，氮气产量受氧产量的限制；在氮气产量大，高纯氧产量少的或其他产品结构复杂的情况下，单独采用以上两种流程都不能完全满足需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能在相同产品参数下降低整套设备的投资成本，即可以大量产出压力氮气，又可以产出高纯压力氧气，其占地少，且调节能力强，设备移动方便，产品能力高，在交通或配套设施不足区域具有很大优势的小型PSA和小型深冷空分的组合装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置，它主要包括PSA制氮系统和空分制氧系统，一空压机后分别通过PSA连接管和空分连接管连接于PSA制氮系统和空分制氧系统，其中所述的空分制氧系统包括通过空分连接管连接空冷塔并经过空冷塔连接分子筛纯化器；所述的分子筛纯化器后面接出两路，一路连接于透平膨胀机的增压端，并由增压端出口连接于板式换热器，并在该板式换热器的中部设置抽出口连接于透平膨胀机的膨胀端，在该膨胀端的出口连接于板式换热器，并在板式换热器的出口连接于分子筛纯化器和PSA制氮系统中的再生管路；另一路直接连接板式换热器，并在该板式换热器的接出口直接连接精馏塔的下塔；在下塔分别设置有富氧液空接出管和纯液氮接出管，所述富氧液空接出管和纯液氮接出管经过一过冷器后直接连接于精馏塔上塔；在上塔的底部设置有液氧接出管，该液氧接出管连通液氧贮槽；

所述上塔顶部设置有污氮气引出管，该污氮气引出管经过冷器和板式换热器后连接于分子筛纯化器的加热器；

所述下塔的顶部设置有压力氮气抽出口，该压力氮气抽出口管接于板式换热器，并在板式换热器接出管之后相接于PSA氮气产品的补充进气管；

所述的PSA制氮系统，它包括汽水分离器、冷冻式干燥器、精密过滤器及空气缓冲罐依次连接，所述汽水分离器通过前面的PSA连接管连接于空压机的压力空气接出管，并在空气缓冲罐后面连接于装填吸附剂的变压吸附装置，有所述变压吸附装置直接或间接接出压力氮气产品输送管，与所述补充进气管并接。

作为优选：所述的空分精馏塔和板式换热器安装在冷箱中；所述的液氧储槽包括两台并接并可切换的液氧真空储槽，且其中至少一台液氧真空储槽自带有增压器，在两台液氧真空储槽之后用低温管道相接有一空温式汽化器，在该空温式汽化器上设置有纯氧接出管，并通过该纯氧接出管并接于从精馏塔上塔中直接接出的产品纯氧接出管，并与氧气用户管网连接；

所述变压吸附装置之后还分别依次相接有氮气缓冲罐、粉尘精滤器以及后氮气缓冲罐，并在该后氮气缓冲罐上设置有与补充进气管并接的压力氮气产品输送管。

本发明有效的利用了PSA和空分的优势，避免了两者的缺点；同时两种不同的设备可以利用各自的优势和产品作为互补，实现了1+1>2 的效果，最终扩展了整个系统的产品结构和调节范围，节约了设备总体投资，占地面积和运行成本。

本发明的产量调节范围大，而且相对于单个设备，本发明的能耗显著降低；在工业水平较低，现场条件复杂的情况下可以长时间稳定运行，保证下游的用气安全；对于开拓新兴市场，服务“一带一路”战略有明显的优势；它具有结构组成合理，占地少，设备省，设备移动方便，产品能力高，在交通或配套设施不足的区域具有很大优势等特点。

附图说明

图1是本发明的结构组成流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置，它主要包括PSA制氮系统和空分制氧系统，一空压机1后分别通过PSA连接管2和空分连接管3连接于PSA制氮系统和空分制氧系统，其中所述的空分制氧系统包括通过空分连接管3连接空冷塔4并经过空冷塔4连接分子筛纯化器5；所述的分子筛纯化器5后面接出两路，一路连接于透平膨胀机的增压端6，并由增压端6出口连接于板式换热器7，并在该板式换热器7的中部设置抽出口连接于透平膨胀机的膨胀端8，在该膨胀端8的出口连接于板式换热器7，并在板式换热器7的出口连接于分子筛纯化器5和PSA制氮系统中的再生管路9；另一路直接连接板式换热器7，并在该板式换热器7的接出口直接连接精馏塔10的下塔；在下塔分别设置有富氧液空接出管和纯液氮接出管，所述富氧液空接出管和纯液氮接出管经过一过冷器后直接连接于精馏塔10的上塔；在上塔的底部设置有液氧接出管11，该液氧接出管11连通液氧贮槽12；

所述上塔顶部设置有污氮气引出管13，该污氮气引出管13经过冷器和板式换热器7后连接于分子筛纯化器5的加热器；

所述下塔的顶部设置有压力氮气抽出口，该压力氮气抽出口管接于板式换热器7，并在板式换热器7接出管之后相接于PSA氮气产品的补充进气管15；

所述的PSA制氮系统，它包括汽水分离器16、冷冻式干燥器17、精密过滤器18及空气缓冲罐19依次连接，所述汽水分离器16通过前面的PSA连接管2连接于空压机1的压力空气接出管，并在空气缓冲罐19后面连接于装填吸附剂的变压吸附装置20，有所述变压吸附装置20直接或间接接出压力氮气产品输送管21，与所述补充进气管15并接。

本发明所述的空分精馏塔10和板式换热器7被布置安装在冷箱中；所述的液氧储槽12包括两台并接并可切换的液氧真空储槽构成，且其中至少一台液氧真空储槽自带有增压器，在两台液氧真空储槽之后用低温管道相接有一空温式汽化器22，在该空温式汽化器22上设置有纯氧接出管，并通过该纯氧接出管并接于从精馏塔10的上塔中直接接出的产品纯氧接出管23，并与氧气用户管网24连接；

所述变压吸附装置20之后还分别依次相接有氮气缓冲罐25、粉尘精滤器26以及后氮气缓冲罐27，并在该后氮气缓冲罐27上设置有与补充进气管15并接的压力氮气产品输送管21。

本发明的工作流程是：原料空气自空压机吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质；过滤后的空气进入空压机，经压缩机压缩后分为两股；一股进入空冷塔冷却后，进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、乙炔和水分被吸附；分子筛纯化器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。

经过分子筛纯化器净化后的空气分为两股：一股去膨胀机增压机继续增压；剩下的空气直接进入板式换热器，被返流气体冷却至饱和温度，出板式换热器冷端直接进入下塔进行精馏。由膨胀及增压后的空气被冷却后进入换热器换热后从中部抽出送入增压透平膨胀机的膨胀端，膨胀后作为冷流体送回换热器复热后送出后作为分子筛和PSA的再生气。

空气经下塔初步精馏后，获得富氧液空、纯液氮，并经过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，作为液氧产品送入液氧贮槽。

所述的液氧储槽包括并接并可切换的两台，其中一台储槽中的液氧储槽经过自增压器的自增压，压力升高到下游所需后，经过空温式气化器气化后作为产品送出。空分来的液氧送入第二台储槽。当第一台储槽中的液氧用光时，切换到第二台储槽输出氧气，液氧送入第一台储槽。两个储槽连续切换保证下游气体稳定。

上塔顶部引出污氮气经过冷器、板式换热器复热出冷箱后进入分子筛系统的加热器，作为空分分子筛再生气体和PSA再生气。

下塔顶部抽出一定量的压力氮气，经板式换热器复热后出冷箱，作为PSA氮气产品的补充送出。

从空压机出来的另一股空气送入PSA制氮系统：先送入冷干机除去部分水后再进入精密过滤器，使空气的常压露点低于-20摄氏度，过缓冲气罐后进入装填吸附剂的变压吸附装置，得到产品压力氮气。

PSA的再生气用空分提供的低压氮气和反流空气；PSA的压力氮气和空分产出的压力氮气回合后作为产品送出。

Claims (2)

1.一种小型PSA和小型深冷空分的组合装置，它主要包括PSA制氮系统和空分制氧系统，一空压机后分别通过PSA连接管和空分连接管连接于PSA制氮系统和空分制氧系统，其中所述的空分制氧系统包括通过空分连接管连接空冷塔并经过空冷塔连接分子筛纯化器；其特征在于所述的分子筛纯化器后面接出两路，一路连接于透平膨胀机的增压端，并由增压端出口连接于板式换热器，并在该板式换热器的中部设置抽出口连接于透平膨胀机的膨胀端，在该膨胀端的出口连接于板式换热器，并在板式换热器的出口连接于分子筛纯化器和PSA制氮系统中的再生管路；另一路直接连接板式换热器，并在该板式换热器的接出口直接连接精馏塔的下塔；在下塔分别设置有富氧液空接出管和纯液氮接出管，所述富氧液空接出管和纯液氮接出管经过一过冷器后直接连接于精馏塔上塔；在上塔的底部设置有液氧接出管，该液氧接出管连通液氧贮槽；

所述上塔顶部设置有污氮气引出管，该污氮气引出管经过冷器和板式换热器后连接于分子筛纯化器的加热器；

所述下塔的顶部设置有压力氮气抽出口，该压力氮气抽出口管接于板式换热器，并在板式换热器接出管之后相接于PSA氮气产品的补充进气管；

所述的PSA制氮系统，它包括汽水分离器、冷冻式干燥器、精密过滤器及空气缓冲罐依次连接，所述汽水分离器通过前面的PSA连接管连接于空压机的压力空气接出管，并在空气缓冲罐后面连接于装填吸附剂的变压吸附装置，由所述变压吸附装置直接或间接接出压力氮气产品输送管，与所述补充进气管并接。

2.根据权利要求1所述的小型PSA和小型深冷空分的组合装置，其特征在于所述的空分精馏塔和板式换热器安装在冷箱中；所述的液氧储槽包括两台并接并可切换的液氧真空储槽，且其中至少一台液氧真空储槽自带有增压器，在两台液氧真空储槽之后用低温管道相接有一空温式汽化器，在该空温式汽化器上设置有纯氧接出管，并通过该纯氧接出管并接于从精馏塔上塔中直接接出的产品纯氧接出管，并与氧气用户管网连接；

所述变压吸附装置之后还分别依次相接有氮气缓冲罐、粉尘精滤器以及后氮气缓冲罐，并在该后氮气缓冲罐上设置有与补充进气管并接的压力氮气产品输送管。