CN106969597A - 一种富氧空分工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是利用空气压缩机在压缩过程中产生的热量通过溴化锂制冷降低压缩机入口空气的温度达到节能降耗的目的，其次经压缩的空气经过膜分离后得到氮气和富氧气；氮气做为高压氮气产品和富氧分离提供冷量或通过与空气压缩机同轴的可调节透平机回收动能得到低压氮气和富氧分离提供冷量。富氧气通过与分离出的液氧和氮气吸收冷量，然后再与膨胀气体吸收冷量经气液分离器分离，得到液氧和不凝气体。液氧通过液氧泵加压输送与富氧气回收冷量，不凝气体通过富氧压缩膨胀机的压缩端抽吸加压与富氧气回收冷量。富氧空分技术按照空气的气体组分合理分离气体成分，减少动力消耗，充分回收能量，实现空气分离新技术，使空分向低成本发展。

Description

一种富氧空分工艺
技术领域
本发明涉及一种富氧空分工艺。
背景技术
空气分离装置主要是分离空气中的氧气、氮气。目前，具体的空气分离方法主要有低温深冷技术分离、膜分离法和变压吸附法。膜分离法和变压吸附法操作过程简单，工程成本低，但是无法保证分离气体的纯度；低温深冷技术分离技术能够分离高纯度的氧气和氮气，但是工艺流程复杂，生产成本高；现阶段空气分离企业主要采用低温深冷技术分离技术进行空气分离工作。
发明内容
本发明就是为了解决提供一种富氧空分工艺，能保证分离气体的纯度，且工艺相对简单，能耗较低，生产成本低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明一种富氧空分工艺的技术解决方案为：
包括以下步骤：
第一步，除去原料空气的绝大部分灰尘以及其他机械杂质；
第二步，将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力达到0.65MPa~1.2MPa之间；在空气分段压缩过程中，空气由于压缩温度升高到110℃~130℃，高温气体提供溴化锂溶液热量，空气温度降低的50℃~60℃，降低温度的空气与循环水换热后温度降低到25℃~30℃，再次进入溴化锂蒸发段降温，温度降低到-5℃~5℃；在降温过程中，空气中的部分水及其灰尘凝结液利用分离器排出系统；
第三步，将第二步最后得到的空气送入到膜分离装置，分离的空气分为二个部分，氮气和富氧气；
第四步，将第三步得到的氮气一部分先经主换热器8回收返流氮气体冷量，氮气换热降至-110℃~-160℃，降温后的氮气进入压缩膨胀机膨胀温度降至-185℃~-190℃后进入换热器6与富氧气换热后温度升高到-110℃~-160℃形成返流氮气进入到换热器8后温度升高到20℃~40℃，压力0.012MPa送全厂使用；在此同时，来自膜分离后的低压富氧气体，由于压缩增压机膨胀机带动的压缩机的抽吸作用，富氧气体在膜分离出口形成负压，富氧气先进入到换热器5a与返流氧和氮气换热后温度降低到-79℃~-90℃，当阻力增加到一定值后关闭A、C进口，同时打开B、A1、B1、D阀门关闭B1富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5a全部凝结气全部溶出后关闭B入口，同时待换热器5b阻力增加一定值当阻力增加到一定值后关闭A1、C1进口，同时打开B1、A、B、D1阀门关闭B富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5b全部凝结气全部溶出后关闭B1入口, 换热器5a和换热器5b相互切换；富氧气再次与返流氧和不凝气体换热后降温到-110℃~-160℃，降温的气体再次与膨胀后的氮气降温到-185℃~-190℃，再这氧气变成液体，经过气液体分离器分离后，经液氧泵送换热器7和换热器5a或者5b，回收能量；不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,送换热器7回收能量温度降到-110℃~-160℃和换热器5a或者5b温度降到20℃~40℃后并入仪表空气做仪表空气使用。
所述第二步将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力在1.0MPa。
所述第二步中空气由于压缩温度升高到110℃~130℃，高温气体提供溴化锂溶液热量，空气温度降低的50℃~60℃，降低温度的空气与循环水换热后温度降低到25℃~30℃，再次进入溴化锂制冷，温度降低到-5℃~5℃，在降温过程中，空气中的部分水及其灰尘凝结液排出。
所述第四步中氮气换热降至-115℃，降温后的氮气进入膨胀机膨胀后进入换热器6。
所述第四步中将CO2等通过压缩机外送使用，根据CO2纯度需求可以纯化和精馏得到。
所述第四步中不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,可继续深冷、精馏得到惰性气体产品。
本发明可以达到的技术效果是：本发明利用现代分离技术，可根据全厂氧气、氮气的使用压力合理调整气体产品的压力和产量，并同时利用氮气膨胀深冷技术，且回收空气压缩机压缩气体产生的热量通过溴化理制冷得到低温气体降低入口温度，达到节约能耗；同时根据全厂使用氮气的压力，可以回收气体的动能和热能。富氧气通过回收能量，使水、CO2变成固态回收，氧氧变成液态通过气液分离器分离后保证分离气体的纯度、工艺相对简单且生产成本较低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明一种富氧空分工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的阐述。
参阅图1。
实施方式一一种富氧空分工艺,包括以下步骤：
第一步，除去原料空气的绝大部分灰尘以及其他机械杂质；
第二步，将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力达到0.65MPa~1.2MPa之间；在空气分段压缩过程中，空气由于压缩温度升高到110℃~130℃，高温气体提供溴化锂溶液热量，空气温度降低的50℃~60℃，降低温度的空气与循环水换热后温度降低到25℃~30℃，再次进入溴化锂蒸发段降温，温度降低到-5℃~5℃；在降温过程中，空气中的部分水及其灰尘凝结液利用分离器排出系统；
第三步，将第二步最后得到的空气送入到膜分离装置，分离的空气分为二个部分，氮气和富氧气；
第四步，将第三步得到的氮气一部分先经主换热器8回收返流氮气体冷量，氮气换热降至-110℃~-160℃，降温后的氮气进入压缩膨胀机膨胀温度降至-185℃~-190℃后进入换热器6与富氧气换热后温度升高到-110℃~-160℃形成返流氮气进入到换热器8后温度升高到20℃~40℃，压力0.012MPa送全厂使用；在此同时，来自膜分离后的低压富氧气体，由于压缩增压机膨胀机带动的压缩机的抽吸作用，富氧气体在膜分离出口形成负压，富氧气先进入到换热器5a与返流氧和氮气换热后温度降低到-79℃~-90℃，当阻力增加到一定值后关闭A、C进口，同时打开B、A1、B1、D阀门关闭B1富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5a全部凝结气全部溶出后关闭B入口，同时待换热器5b阻力增加一定值当阻力增加到一定值后关闭A1、C1进口，同时打开B1、A、B、D1阀门关闭B富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5b全部凝结气全部溶出后关闭B1入口, 换热器5a和换热器5b相互切换；富氧气再次与返流氧和不凝气体换热后降温到-110℃~-160℃，降温的气体再次与膨胀后的氮气降温到-185℃~-190℃，再这氧气变成液体，经过气液体分离器分离后，经液氧泵送换热器7和换热器5a或者5b，回收能量；不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,送换热器7回收能量温度降到-110℃~-160℃和换热器5a或者5b温度降到20℃~40℃后并入仪表空气做仪表空气使用。
实施方式二，基于实施方式一，作为优选，所述第二步将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力在1.0MPa，效果收率和纯度较高, 空气压力在0.65MPa制氧的成本较低。
实施方式三，基于实施方式一，作为优选，所述第四步中氮气换热降至-115℃，降温后的氮气进入膨胀机膨胀后进入换热器6。
实施方式四，基于实施方式三，作为优选，所述第四步中将CO2等通过压缩机外送使用，根据CO2纯度需求可以纯化和精馏得到。
实施方式五，基于实施方式四，作为优选，作为优选，所述第四步中不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,可继续深冷、精馏得到惰性气体产品。
本工艺有以下优点：
1、回收空气压缩机压缩气体产生的热能，利用溴化锂制冷使气体温度下降，每段气体入口温度的降低使压缩机能耗明显下降。
2、根据氮气的用途，可以在膜分离得到不同压力等级的氮气，压力可以根据用户需要通过与空气压缩机同轴的透平机调整1.0MPa~0 MPa。
3、使用氮气膨胀，相比空气膨胀可以得到温度更低的冷量，且回收动能供给富氧气的压缩。
4、使用氮气膨胀，不需要提前处理CO2、H2O，只需要通过温度来控制产品，想比较深冷工艺设备简单。
5、相比深冷工艺需要全部气体都需要进行深冷，这样能耗设备增加较多，本发明使用富氧气深冷，分离的气体体积较小。
6、相比深冷工艺空气先是加压膨胀制冷后精馏，压力降低后得到产品再加压送出，能耗较高，本发明通过空气压缩机加压先分离出占空气的主要成分的氮气且压力基本不损失，达到节能的目的。
7、CO2、水的分离采用间歇式，通过切换实现分离且全部冷量都回收到系统中，减少能量的损耗。
8、采用压缩膨胀机不仅得到需要的冷量，同时也回收动能。
9、本发明使用的压缩膨胀机只压缩不凝气体，在压缩前分离出液氧，减少压缩气体，达到节能的目的，不凝气体中含有氧、氮等气体，压缩后可以补充到工艺空气，避免气体放空的浪费。
10、本发明使用液氧加压泵，相比深冷工艺采用的氧透平节能更多。
11、全厂需要的低压氮可以通过回收膨胀的氮气，还有同轴空气压缩机的透平机回收热量和动能的氮气得到。
12、相比较膜分离，富氧气做为废气放空，本发明变废为宝做成氧气等产品，从节能和新产品新的创意。
13、氮气吸收低位热能的冷凝液回收热量并提高回收动能，实现低位热能的利用；
14、利用富氧气空分技术，可以减少空分的进气处理量，减少能耗、设备投资及使空分规模化、巨型化、低能耗开辟新的路径。
本工艺有充分利用各产品的动能，产生的各气体成本均有明显的降低；某先进的3万m3/h空分, 4.0MPa(G) ，空气压缩机入口压力由~0.079 Mpa，出口压力0.55 MPa空压缩机轴功率约12700KW/h，增压机轴功率约5300KW/h，使用本工艺空气压缩机入口压力由~0.079 Mpa，出口压力0.67 MPa ~1.2MPa空压缩机轴功率约20000KW/h左右，使用分段降低空气压缩机入口可以节约约4392 KW/h;若全厂使用约1.0MPa，80000m3/h氮气需要使用氮气透平机功率约10000KW/h左右（相比深冷工艺），膨胀的氮气回收的低压氮气若使用干燥（干燥硫酸铵）可以节约用电182 KW/h，节约1.0MPa的蒸汽76800t/a，按照电费0.5元/ KW/h，1.0MPa的蒸汽100元/吨，每年可以节约电费1728万元/a，节约蒸汽768万元/a，合计可以节约2496万元；不凝气体补充到仪表空气中压力约0.001~0.1MPa,约30000m3/h，可以节约825 KW/h。折合成氧气电耗30000 m3/h耗电2681 KW/h，按照电费0.5元/ KW/h,每立方氧气成本约为0.05元（氮气按照加压成本核算），效果十分显著。若工厂氮气使用不需要那么多量，可以采用回收动能空气压缩机入口压力由~0.079 Mpa，出口压力0.67 MPa ~1.2MPa空压缩机轴功率约20000KW/h左右，使用分段降低空气压缩机入口可以节约约4392 KW/h;若全厂使用约1.0MPa，80000m3/h氮气通过与低温热能加热到120℃，回收全部动能可以回收6666KW/h，膨胀的氮气回收的低压氮气若使用干燥（干燥硫酸铵）可以节约用电182 KW/h，节约1.0MPa的蒸汽76800t/a，按照电费0.5元/ KW/h，1.0MPa的蒸汽100元/吨，每年可以节约电费1728万元/a，节约蒸汽768万元/a，合计可以节约2496万元；不凝气体补充到仪表空气中压力约0.001~0.1MPa,约30000m3/h，可以节约825 KW/h。折合成氧气电耗30000 m3/h耗电6015 KW/h，按照电费0.5元/ KW/h,每立方氧气成本约为0.1元，节能效果也是可观（不包括80000m3/h回收动能后做其它使用）。
本发明是利用空气压缩机在压缩过程中产生的热量通过溴化锂制冷降低压缩机入口空气的温度达到节能降耗的目的，其次经压缩的空气经过膜分离后得到氮气和富氧气；氮气做为高压氮气产品和富氧分离提供冷量(压缩膨胀机)或通过与空气压缩机同轴的可调节透平机回收动能得到低压氮气和富氧分离提供冷量(压缩膨胀机)。富氧气通过与分离出的液氧和不凝气体换热，然后再与膨胀气体换热经气液分离器分离，得到液氧和不凝气体。液氧通过液氧泵加压输送与富氧气回收热能，不凝气体通过富氧压缩膨胀机的压缩端抽吸加压与富氧气回收热能。利用富氧空分技术按照空气的气体组分合理分离气体成分，减少动力消耗，充分回收能量。利用富氧气空分技术，可以减少空分的进气处理量，减少能耗、设备投资及使空分规模化、巨型化、低能耗开辟新的路径以及利用氮气膨胀制冷，减少能耗输出。

Claims (5)

1.一种富氧空分工艺,其特征在于，包括以下步骤：
第一步，除去原料空气的绝大部分灰尘以及其他机械杂质；
第二步，将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力达到0.65MPa~1.2MPa之间；在空气分段压缩过程中，空气由于压缩温度升高到110℃~130℃，高温气体提供溴化锂溶液热量，空气温度降低的50℃~60℃，降低温度的空气与循环水换热后温度降低到25℃~30℃，再次进入溴化锂蒸发段降温，温度降低到-5℃~5℃；在降温过程中，空气中的部分水及其灰尘凝结液利用分离器排出系统；
第三步，将第二步最后得到的空气温度30℃~40℃送入到膜分离装置，分离的空气分为二个部分，氮气和富氧气；
第四步，将第三步得到的氮气一部分先经主换热器8回收返流氮气体冷量，氮气换热降至-110℃~-160℃，降温后的氮气进入压缩膨胀机膨胀温度降至-185℃~-190℃后进入换热器6与富氧气换热,温度升高到-110℃~-160℃形成返流氮气进入到换热器8后温度升高到20℃~40℃，压力0.012MPa送全厂使用；在此同时，来自膜分离后的低压富氧气，由于压缩膨胀机带动的压缩机的抽吸作用，富氧气体在膜分离出口形成负压，富氧气先进入到换热器5a与返流氧和氮气换热后温度降低到-79℃~-90℃，当阻力增加到一定值后关闭A、C进口，同时打开B、A1、B1、D阀门关闭B1富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5a全部凝结气全部溶出后关闭B入口，同时待换热器5b阻力增加一定值当阻力增加到一定值后关闭A1、C1进口，同时打开B1、A、B、D1阀门关闭B富氧气进入到换热器5b，CO2等通过压缩机外送使用，待换热器5b全部凝结气全部溶出后关闭B1入口, 换热器5a和换热器5b相互切换；富氧气再次与返流氧和不凝气体换热后降温到-110℃~-160℃，降温的气体再次与膨胀后的氮气降温到-185℃~-190℃，再这氧气变成液体，经过气液体分离器分离后，经液氧泵送换热器7和换热器5a或者5b，回收能量；不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,送换热器7回收能量温度降到-110℃~-160℃和换热器5a或者5b温度降到20℃~40℃后并入仪表空气做仪表空气使用。
2.根据权利要求1所述的一种富氧空分工艺,其特征在于：所述第二步将去除后的原料空气送入空气压缩机进行压缩，使空气压力在1.0MPa。
3.根据权利要求1所述的一种富氧空分工艺,其特征在于：所述第四步中氮气换热降至-115℃，降温后的氮气进入膨胀机膨胀后进入换热器6。
4.根据权利要求3所述的一种富氧空分工艺,其特征在于：所述第四步中将CO2等通过压缩机外送使用，根据CO2纯度需求可以纯化和精馏得到。
5.根据权利要求4所述的一种富氧空分工艺,其特征在于：所述第四步中不凝气体进入压缩膨胀机的压缩加压,可继续深冷、精馏得到惰性气体产品。
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