CN109163506A - 带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置 - Google Patents

带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，包括空气过滤和压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、分子筛吸附器、氧氮精馏系统和辅塔系统。空气压缩系统为本装置提供原料空气，经过预冷和纯化系统处理后部分空气进入增压机，提供两个不同压力的原料空气分别进入氧氮精馏塔系统和辅塔系统，可充分利用辅塔系统的节能潜力，大幅降低制氧装置的能耗。在主冷凝蒸发器底部抽取液氧，利用高度差或液氧泵送入纯氧塔，纯氧塔底部热源进入低压精馏塔分流出的空气提供。通过纯氧塔的精馏，在纯氧塔底部获得纯度氧含量≥99.6％的低压氧气复热后送出冷箱，在纯氧蒸发器底部获得纯度≥99.6％的液氧作为产品送出冷箱。

Description

带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置
技术领域
本发明涉及空气分离技术领域，具体涉及带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置。
背景技术
在有色冶炼、煤化工、发电等行业中，常常需要用到大量的低纯氧气或高纯氮气，或者两者同时需要。在过去的工业应用中，低纯氧气的主要获得手段是变压吸附，但是采用变压吸附工艺的制氧装置，其氧气产品纯度通常低于93％，无法获得液体产品作为后备系统贮备使用，也无法同时生产氮气产品。
随着我国经济的高速发展，特别是近十余年来冶金、化肥、玻纤、发电等行业的持续稳定发展，对氧气产品的需求也大大提高，其氧气产品单套制造设备由过去的几千标方(纯氧量)发展到现在的两万、四万乃至八万、十万等级规模，常规变压吸附装置已无法满足装置对氧气产量的要求，因此通过深冷法获得足够的产品氧气的成套装置是现阶段满足工业生产需求的最主要方式。
常规深冷法制取氧气，其纯度通常在99.2％以上，但是在很多情况下，装置最终用氧需求不需要达到此纯度，用户往往需要混入一定量的空气来形成低纯氧气来参与冶炼、煤气化的过程。在常规纯氧空分装置中，因受到低压塔中下部产品纯度的要求以及主冷凝蒸发器不可避免的温差影响，其压力塔的操作压力已被限定，再加上空气从空压机出口至压力塔入口的沿程阻力，空压机的排气压力也被限制，即空分装置的能耗已然确定，而在常规空分装置中，压缩机能耗占到空分装置总能耗的90％以上。同时，在氧气与空气的混合过程中，还存在混合不均与导致局部氧气浓度过高而引起的燃烧或爆炸风险。
作为耗能大户的有色冶炼、煤化工、发电等行业，随着其产能的不断扩大，其耗能规模也越来越大，而作为装置中必不可少的空分装置，其能耗在整个装置中也占有相当大的比重。随着国家对环保、节能减排方面的重视度越来越高，针对深冷法制取氧气的空分装置而言，也需要找到一种降低投资，节省能耗的方法和工艺。
中国所公开的制取低纯氧的方法中，有的没有完全发掘精馏塔的节能潜力，如CN104833174A及CN105066587A，采用上塔底部制低纯氧，用空气作为热源，增加纯氧塔制取高纯氧，还需要额外增加增压机等设备；有的不能产生高纯液氧，作为后备液氧应急，如CN105115244A。
发明内容
本发明针对冶金、化肥、发电等行业中对低纯氧气的产品需求，克服现有技术存在的不足，提供一种带辅助精馏塔生产低纯氧产品的装置，大幅降低空分装置的整体能耗，达到节能减排的目的。该装置不仅充分利用辅助精馏塔的节能潜力，在生产低纯氧的同时也能生产高纯氧气和液氧，进入液体贮槽作为后备用。在节能的同时，为装置的安全和稳定性考虑。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，包括空气过滤和压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、氧氮精馏系统和辅塔系统。
1.1.空气分离基本原理和过程
空气分离的基本原理，是利用空气中各组份沸点的不同，将空气液化后通过精馏的方式将各组份分离开来。低纯度氧气是通过上塔(C2)底部抽出氧气通过主换热器(E1)复热后所得。氮气通过上塔(C2)顶部抽出通过过冷器(E2)和主换热器(E1)复热后所得。高纯度液氧是通过纯氧塔(C4)底部抽出所得。
空分装置的工作包括下列过程：
1.2.1.空气的过滤和压缩系统
空气过滤和压缩系统主要由一台自洁式空气过滤器(AF)，一台包含原料空气压缩机(AC1)和空气增压机(AC2)的压缩机组，该压缩机组采用一体机结构型式，使用一台电机或汽轮机进行驱动。
空气经自洁式空气过滤器(AF)过滤，清除掉其中的灰尘及机械杂质后，送往原料空气压缩机(AC1)压缩至～0.365MPa.A，随后进入空气预冷系统。
由纯化系统后抽取的部分净化空气进入空气增压机(AC2)的入口，在空气增压机(AC2)中继续增压至约～0.495MPa.A并经后冷却器冷却后分两股，一股直接送入冷箱的主换热器(E1)，另一股空气作为装置自身的仪表空气和加温解冻气源以及自洁式过滤器反吹气源。
1.2.2.空气预冷系统
空气预冷系统由一台空气冷却塔(AT)、一台水冷却塔(WT1)、两台冷却水泵(WP)(一用一备)、两台冷冻水泵(WP)(一用一备)、一组冷水机组(RU)以及六台过滤器组成。
由原料空气压缩机(AC1)来的高温空气进入直接接触式空气冷却塔(AT)AT1101底部，自下而上穿过填料层，经冷却水洗涤和冷冻水冷却至10℃出冷却塔顶部，从而去除了空气中粉尘、酸性气体如SO2、SO3及NH3等有害物质，同时降低进纯化系统的空气温度。空气冷却塔(AT)AT1101塔顶设有不锈钢丝网除雾器，以防止将雾状水汽带离空气冷却塔(AT)。
空气冷却塔(AT)设有一个冷却水进料口，一个冷冻水进料口。来自冷却水系统并经冷却水泵(WP)加压的冷却水自中部冷却水进料口进入空气冷却塔(AT)，冷却水进料温度为32℃。冷冻水在水冷塔内经污氮气冷却至12.5℃，经冷冻水泵(WP)加压后进入冷水机组(RU)冷却到8℃左右，冷冻水自空气冷却塔(AT)上部的冷冻水进料口进入空气冷却塔(AT)。在夏季工况或者其他不确定工况的条件下，根据空气冷却塔(AT)出口空气温度，冷水机组(RU)自动调负荷，保证空气出塔温度。冷却水(包含空气冷凝水)从空气冷却塔(AT)底部排出，返回冷却水系统。
冷却水从水冷却塔(WT1)顶部导入，经填料层被来自冷箱的污氮气冷却。由于污氮气中不含水，冷却水在水冷塔中与污氮气接触过程中，除了直接被污氮气冷却之外，由于水分蒸发入污氮气中带走大量热量，使冷却水温度进一步降低。
1.2.3.空气纯化系统
空气纯化系统主要由两台分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、两台电加热器(EH)、一台放空消音器(SL)组成。
空气出空冷塔之后，其中剩余的杂质如H2O、CO2、N2O以及有害的微量碳氢化合物，在通过分子筛吸附器(MS1A，MS1B)时被吸附去除。吸附器(MS1A，MS1B)一台工作，另一台再生。在再生阶段，来自冷箱的再生污氮气，经由再生电加热器(EH)加热后送往分子筛吸附器(MS1A，MS1B)。
再生周期主要包括以下四个步骤：卸压、加温、冷吹、充压。为了保证吸附器(MS1A，MS1B)的切换平稳，在控制程序中还加入了准备加温，准备充压，准备卸压，准备切换，切换等五个步骤。
纯化空气分配
净化后的干燥空气出分子筛吸附器(MS1A，MS1B)，分成三股流。
第一股纯化空气是直接送入主换热器(E1)冷却至接近露点温度后进辅塔(C3)。
第二股空气进入空气增压机(AC2)进一步压缩至0.495MPa.A，进主换热器(E1)冷却至露点附近，一部分送至纯氧蒸发器作为热源，其余全部进入下塔(C1)参与下塔(C1)精馏。
第三股空气进入透平膨胀机增压端(ET1-B)，增压后的空气进入主换热器(E1)冷却到一定温度后进入膨胀机膨胀端(ET1-T)，膨胀后的空气进上塔(C2)参与精馏。
1.2.4.冷量的制取
由于绝热冷损、主换热器(E1)复热不足损失等的不可避免，以及部分液体产品的抽取，都需要空分装置提供大量的冷量。装置的所有冷量，均由阀门的节流以及增压透平膨胀机膨胀端(ET1-T)的等熵膨胀来提供，大部分冷量来自膨胀机。本套空分膨胀机增压端(ET1-B)后不设置空气增压机(AC2)后冷却器，原因是从分子筛出来的空气温度较低，并且增压比不大，增压端出口空气温度较低，为40℃。
纯化空气分一部分进入膨胀机增压端(ET1-B)，吸收膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷输出的功，使空气压力增加，加压后的空气进入主换热器(E1)冷却至一定温度后，从主换热器(E1)中部抽出进入到膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀做功，并对系统提供大量的冷量。制冷原理为等熵膨胀。
1.2.5.主换热器系统
纯化空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏；空气增压机(AC2)增压级出的增压空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的反流介质冷却至饱和温度，随后节流降压进入下塔(C1)参与精馏；膨胀机增压端(ET1-B)出的增压空气被反流介质冷却至一定温度后去膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷，膨胀后气体去上塔(C2)参与精馏。
在主换热器(E1)的换热过程中，冷的返流污氮气、氮气和氧气被复热至常温送出冷箱。
1.2.6.氧氮精馏
氧氮精馏系统主要由一台下塔(C1)、一台主冷凝蒸发器(K1)、一台上塔(C2)、一台过冷器(E2)、一台纯氧塔(C4)及一台纯氧塔(C4)蒸发器(K3)组成。
加工空气通过在下塔(C1)中的精馏，在下塔(C1)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，下塔(C1)顶部氮气全部进入主冷凝蒸发器(K1)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液。
在下塔(C1)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，富氧液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏，液空闪蒸气返回上塔(C2)参与上塔(C2)精馏。
经过在上塔(C2)的精馏过程后，在上塔(C2)底部得到液氧，下部获得产品氧气，中上部抽取污氮气，顶部得到氮气。底部液氧在主冷凝蒸发器(K1)中与下塔(C1)顶部氮气换热，液氧被汽化后部分作为上塔(C2)上升气参与上塔(C2)精馏，其余氧气作为产品在由主冷顶部抽出，部分液氧进入到纯氧塔(C4)中进行精馏。在C4塔底部设置蒸发器(K3)，热源由从主换热器(E1)出来的中压空气提供。在C4塔底部得到99.6％纯度的液氧，送入液氧贮槽。
上塔(C2)中上部抽取污氮气，顶部得到氮气，经过冷器(E2)和主换热器(E1)复热后送出冷箱。污氮气除一部分气作为纯化系统的再生用气外，其余全部送入水冷却塔(WT1)以回收冷量。氮气作为产品气送给用户。
1.2.7.辅塔系统
辅塔系统主要由一台辅塔(C3)、一台辅塔冷凝器(K2)组成。
本装置为适应85％氧纯度的特殊要求，以及工艺流程组织形式的要求，设置了一个辅塔系统。低压空气从主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏。在辅塔(C3)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，辅塔(C3)顶部氮气全部进入辅塔冷凝器(K2)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液。
在辅塔(C3)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，大部分的富氧液空被蒸发成液空蒸气回到上塔(C2)，作为上升气参与精馏，部分富氧液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过所需氧气产品组分，调节压力精馏塔所需压力，充分发挥其潜能，降低空气压缩机排气压力，节约能耗。
2、通过增加辅助精馏塔，利用富氧液空作为冷源，充分利用了辅助精馏塔的潜能，大大降低了空压机的排气压力，节约能源。
3、在生产低纯氧的同时能够同时生产高纯氮气及高纯液氮产品。
4、可生产液氧产品作为后备系统使用，保障装置平稳运行。
5、可通过增加纯氧塔生产高纯氧气及高纯液氧产品；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体结构功能框图。
图中所示：空气过滤器(AF)，原料空气压缩机(AC1)，空气冷却塔(AT)，水冷却塔(WT1)，水泵(WP)，吸附器(MS1A，MS1B)，放空消音器(SL)，空气增压机(AC2)(AC2)，冷水机组(RU)，电加热器(EH)，膨胀机增压端(ET1-B)，膨胀机膨胀端(ET1-T)，主换热器(E1)，过冷器(E2)，主冷凝蒸发器(K1)，下塔(C1)，上塔(C2)，辅塔(C3)，纯氧塔(C4)，辅塔冷凝器(K2)，蒸发器(K3)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本发明提供带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置的具体实施例，包括空气过滤和压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、氧氮精馏系统和辅塔系统。
1.1.空气分离基本原理和过程
空气分离的基本原理，是利用空气中各组份沸点的不同，将空气液化后通过精馏的方式将各组份分离开来。低纯度氧气是通过上塔(C2)底部抽出氧气通过主换热器(E1)复热后所得。氮气通过上塔(C2)顶部抽出通过过冷器(E2)和主换热器(E1)复热后所得。高纯度液氧是通过纯氧塔(C4)底部抽出所得。
空分装置的工作包括下列过程：
1.2.1.空气的过滤和压缩系统
空气过滤和压缩系统主要由一台自洁式空气过滤器(AF)，一台包含原料空气压缩机(AC1)和空气增压机(AC2)的压缩机组，该压缩机组采用一体机结构型式，使用一台电机或汽轮机进行驱动。
空气经自洁式空气过滤器(AF)过滤，清除掉其中的灰尘及机械杂质后，送往原料空气压缩机(AC1)压缩至～0.365MPa.A，随后进入空气预冷系统。
由纯化系统后抽取的部分净化空气进入空气增压机(AC2)的入口，在空气增压机(AC2)中继续增压至约～0.495MPa.A并经后冷却器冷却后分两股，一股直接送入冷箱的主换热器(E1)，另一股空气作为装置自身的仪表空气和加温解冻气源以及自洁式过滤器反吹气源。
1.2.2.空气预冷系统
空气预冷系统由一台空气冷却塔(AT)、一台水冷却塔(WT1)、两台冷却水泵(WP)(一用一备)、两台冷冻水泵(WP)(一用一备)、一组冷水机组(RU)以及六台过滤器组成。
由原料空气压缩机(AC1)来的高温空气进入直接接触式空气冷却塔(AT)AT1101底部，自下而上穿过填料层，经冷却水洗涤和冷冻水冷却至10℃出冷却塔顶部，从而去除了空气中粉尘、酸性气体如SO2、SO3及NH3等有害物质，同时降低进纯化系统的空气温度。空气冷却塔(AT)AT1101塔顶设有不锈钢丝网除雾器，以防止将雾状水汽带离空气冷却塔(AT)。
空气冷却塔(AT)设有一个冷却水进料口，一个冷冻水进料口。来自冷却水系统并经冷却水泵(WP)加压的冷却水自中部冷却水进料口进入空气冷却塔(AT)，冷却水进料温度为32℃。冷冻水在水冷塔内经污氮气冷却至12.5℃，经冷冻水泵(WP)加压后进入冷水机组(RU)冷却到8℃左右，冷冻水自空气冷却塔(AT)上部的冷冻水进料口进入空气冷却塔(AT)。在夏季工况或者其他不确定工况的条件下，根据空气冷却塔(AT)出口空气温度，冷水机组(RU)自动调负荷，保证空气出塔温度。冷却水(包含空气冷凝水)从空气冷却塔(AT)底部排出，返回冷却水系统。
冷却水从水冷却塔(WT1)顶部导入，经填料层被来自冷箱的污氮气冷却。由于污氮气中不含水，冷却水在水冷塔中与污氮气接触过程中，除了直接被污氮气冷却之外，由于水分蒸发入污氮气中带走大量热量，使冷却水温度进一步降低。
1.2.3.空气纯化系统
空气纯化系统主要由两台分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、两台电加热器(EH)、一台放空消音器(SL)组成。
空气出空冷塔之后，其中剩余的杂质如H2O、CO2、N2O以及有害的微量碳氢化合物，在通过分子筛吸附器(MS1A，MS1B)时被吸附去除。吸附器(MS1A，MS1B)一台工作，另一台再生。在再生阶段，来自冷箱的再生污氮气，经由再生电加热器(EH)加热后送往分子筛吸附器(MS1A，MS1B)。
再生周期主要包括以下四个步骤：卸压、加温、冷吹、充压。为了保证吸附器(MS1A，MS1B)的切换平稳，在控制程序中还加入了准备加温，准备充压，准备卸压，准备切换，切换等五个步骤。
纯化空气分配
净化后的干燥空气出分子筛吸附器(MS1A，MS1B)，分成三股流。
第一股纯化空气是直接送入主换热器(E1)冷却至接近露点温度后进辅塔(C3)。
第二股空气进入空气增压机(AC2)进一步压缩至0.495MPa.A，进主换热器(E1)冷却至露点附近，一部分送至纯氧蒸发器作为热源，其余全部进入下塔(C1)参与下塔(C1)精馏。
第三股空气进入透平膨胀机增压端(ET1-B)，增压后的空气进入主换热器(E1)冷却到一定温度后进入膨胀机膨胀端(ET1-T)，膨胀后的空气进上塔(C2)参与精馏。
1.2.4.冷量的制取
由于绝热冷损、主换热器(E1)复热不足损失等的不可避免，以及部分液体产品的抽取，都需要空分装置提供大量的冷量。装置的所有冷量，均由阀门的节流以及增压透平膨胀机膨胀端(ET1-T)的等熵膨胀来提供，大部分冷量来自膨胀机。本套空分膨胀机增压端(ET1-B)后不设置空气增压机(AC2)后冷却器，原因是从分子筛出来的空气温度较低，并且增压比不大，增压端出口空气温度较低，为40℃。
纯化空气分一部分进入膨胀机增压端(ET1-B)，吸收膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷输出的功，使空气压力增加，加压后的空气进入主换热器(E1)冷却至一定温度后，从主换热器(E1)中部抽出进入到膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀做功，并对系统提供大量的冷量。制冷原理为等熵膨胀。
1.2.5.主换热器系统
纯化空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏；空气增压机(AC2)增压级出的增压空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的反流介质冷却至饱和温度，随后节流降压进入下塔(C1)参与精馏；膨胀机增压端(ET1-B)出的增压空气被反流介质冷却至一定温度后去膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷，膨胀后气体去上塔(C2)参与精馏。
在主换热器(E1)的换热过程中，冷的返流污氮气、氮气和氧气被复热至常温送出冷箱。
1.2.6.氧氮精馏
氧氮精馏系统主要由一台下塔(C1)、一台主冷凝蒸发器(K1)、一台上塔(C2)、一台过冷器(E2)、一台纯氧塔(C4)及一台纯氧塔(C4)蒸发器(K3)组成。
加工空气通过在下塔(C1)中的精馏，在下塔(C1)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，下塔(C1)顶部氮气全部进入主冷凝蒸发器(K1)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液。
在下塔(C1)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，富氧液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏，液空闪蒸气返回上塔(C2)参与上塔(C2)精馏。
经过在上塔(C2)的精馏过程后，在上塔(C2)底部得到液氧，下部获得产品氧气，中上部抽取污氮气，顶部得到氮气。底部液氧在主冷凝蒸发器(K1)中与下塔(C1)顶部氮气换热，液氧被汽化后部分作为上塔(C2)上升气参与上塔(C2)精馏，其余氧气作为产品在由主冷顶部抽出，部分液氧进入到纯氧塔(C4)中进行精馏。在纯氧塔C4塔底部设置蒸发器(K3)，热源由从主换热器(E1)出来的中压空气提供。在纯氧塔C4塔底部得到99.6％纯度的液氧，送入液氧贮槽。
上塔(C2)中上部抽取污氮气，顶部得到氮气，经过冷器(E2)E2和主换热器(E1)复热后送出冷箱。污氮气除一部分气作为纯化系统的再生用气外，其余全部送入水冷却塔(WT1)以回收冷量。氮气作为产品气送给用户。
1.2.7.辅塔系统
辅塔系统主要由一台辅塔(C3)、一台辅塔冷凝器(K2)组成。
本装置为适应85％氧纯度的特殊要求，以及工艺流程组织形式的要求，设置了一个辅塔系统。低压空气从主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏。在辅塔(C3)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，辅塔(C3)顶部氮气全部进入辅塔冷凝器(K2)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液。
在辅塔(C3)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，大部分的富氧液空被蒸发成液空蒸气回到上塔(C2)，作为上升气参与精馏，部分富氧液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过所需氧气产品组分，调节压力精馏塔所需压力，充分发挥其潜能，降低空
气压缩机排气压力，节约能耗。
2、通过增加辅助精馏塔，利用富氧液空作为冷源，充分利用了辅助精馏塔的潜
能，大大降低了空压机的排气压力，节约能源。
3、在生产低纯氧的同时能够同时生产高纯氮气及高纯液氮产品。
4、可生产液氧产品作为后备系统使用，保障装置平稳运行。
5、可通过增加纯氧塔生产高纯氧气及高纯液氧产品；
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用
新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，包括空气过滤和压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、氧氮精馏系统和辅塔系统，其中：
空气过滤和压缩系统是由一台自洁式空气过滤器(AF)、一台包含原料空气压缩机(AC1)和空气增压机(AC2)的压缩机组，该压缩机组采用一体机结构型式，使用一台电机或汽轮机进行驱动；
空气预冷系统是由一台空气冷却塔(AT)、一台水冷却塔(WT1)、两台冷却水泵(WP)、两台冷冻水泵(WP)、一组冷水机组(RU)以及六台过滤器组成；
空气纯化系统是由两台分子筛吸附器(MS1A，MS1B)、两台电加热器(EH)、一台放空消音器(SL)组成；
氧氮精馏系统是由一台下塔(C1)、一台主冷凝蒸发器(K1)、一台上塔(C2)、一台过冷器(E2)、一台纯氧塔(C4)及一台纯氧塔(C4)蒸发器(K3)组成；
辅塔系统是由一台辅塔(C3)、一台辅塔冷凝器(K2)组成。
2.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，空气经自洁式空气过滤器(AF)过滤，清除掉其中的灰尘及机械杂质后，送往原料空气压缩机(AC1)压缩至0.365MPa.A，随后进入空气预冷系统；
由纯化系统后抽取的部分净化空气进入空气增压机(AC2)的入口，在空气增压机(AC2)中继续增压至约0.495MPa.A并经后冷却器冷却后分两股，一股直接送入冷箱的主换热器(E1)，另一股空气作为装置自身的仪表空气和加温解冻气源以及自洁式过滤器反吹气源。
3.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，由原料空气压缩机(AC1)来的高温空气进入直接接触式空气冷却塔(AT)底部，自下而上穿过填料层，经冷却水洗涤和冷冻水冷却至10℃出冷却塔顶部，从而去除了空气中粉尘、酸性气体如SO2、SO3及NH3有害物质，同时降低进纯化系统的空气温度；空气冷却塔(AT)塔顶设有不锈钢丝网除雾器，以防止将雾状水汽带离空气冷却塔(AT)；
空气冷却塔(AT)设有一个冷却水进料口，一个冷冻水进料口；来自冷却水系统并经冷却水泵(WP)加压的冷却水自中部冷却水进料口进入空气冷却塔(AT)，冷却水进料温度为32℃；冷冻水在水冷塔内经污氮气冷却至12.5℃，经冷冻水泵(WP)加压后进入冷水机组(RU)冷却到8℃左右，冷冻水自空气冷却塔(AT)上部的冷冻水进料口进入空气冷却塔(AT)；在夏季工况或者其他不确定工况的条件下，根据空气冷却塔(AT)出口空气温度，冷水机组(RU)自动调负荷，保证空气出塔温度；冷却水从空气冷却塔(AT)底部排出，返回冷却水系统；
冷却水从水冷却塔(WT1)顶部导入，经填料层被来自冷箱的污氮气冷却；由于污氮气中不含水，冷却水在水冷塔中与污氮气接触过程中，除了直接被污氮气冷却之外，由于水分蒸发入污氮气中带走大量热量，使冷却水温度进一步降低。
4.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，空气出空冷塔之后，其中剩余的杂质如H2O、CO2、N2O以及有害的微量碳氢化合物，在通过分子筛吸附器(MS1A，MS1B)时被吸附去除；吸附器(MS1A，MS1B)一台工作，另一台再生；在再生阶段，来自冷箱的再生污氮气，经由再生电加热器(EH)加热后送往分子筛吸附器(MS1A，MS1B)；
再生周期主要包括以下四个步骤：卸压、加温、冷吹、充压；为了保证吸附器(MS1A，MS1B)的切换平稳，在控制程序中还加入了准备加温，准备充压，准备卸压，准备切换，切换这五个步骤。
5.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，净化后的干燥空气出分子筛吸附器(MS1A，MS1B)，分成三股流；
第一股纯化空气是直接送入主换热器(E1)E1冷却至接近露点温度后进辅塔(C3)；
第二股空气进入空气增压机(AC2)进一步压缩至0.495MPa.A，进主换热器(E1)冷却至露点附近，一部分送至纯氧蒸发器作为热源，其余全部进入下塔(C1)参与下塔(C1)精馏；
第三股空气进入透平膨胀机增压端(ET1-B)，增压后的空气进入主换热器(E1)E1冷却到一定温度后进入膨胀机膨胀端(ET1-T)，膨胀后的空气进上塔(C2)参与精馏。
6.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，由于绝热冷损、主换热器(E1)复热不足损失等的不可避免，以及部分液体产品的抽取，都需要空分装置提供大量的冷量；装置的所有冷量，均由阀门的节流以及增压透平膨胀机膨胀端(ET1-T)的等熵膨胀来提供，大部分冷量来自膨胀机；本套空分膨胀机增压端(ET1-B)后不设置空气增压机(AC2)后冷却器，原因是从分子筛出来的空气温度较低，并且增压比不大，增压端出口空气温度较低，为40℃；
纯化空气分一部分进入膨胀机增压端(ET1-B)，吸收膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷输出的功，使空气压力增加，加压后的空气进入主换热器(E1)冷却至一定温度后，从主换热器(E1)中部抽出进入到膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀做功，并对系统提供大量的冷量；制冷原理为等熵膨胀。
7.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，纯化空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏；空气增压机(AC2)增压级出的增压空气在主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的反流介质冷却至饱和温度，随后节流降压进入下塔(C1)参与精馏；膨胀机增压端(ET1-B)出的增压空气被反流介质冷却至一定温度后去膨胀机膨胀端(ET1-T)膨胀制冷，膨胀后气体去上塔(C2)参与精馏；
在主换热器(E1)的换热过程中，冷的返流污氮气、氮气和氧气被复热至常温送出冷箱。
8.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，加工空气通过在下塔(C1)中的精馏，在下塔(C1)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，下塔(C1)顶部氮气全部进入主冷凝蒸发器(K1)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液；
在下塔(C1)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，富裕液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏，液空闪蒸汽返回上塔(C2)参与上塔(C2)精馏；
经过在上塔(C2)的精馏过程后，在上塔(C2)底部得到液氧，下部获得产品氧气，中上部抽取污氮气，顶部得到氮气；底部液氧在主冷凝蒸发器(K1)中与下塔(C1)顶部氮气换热，液氧被汽化后部分作为上塔(C2)上升气参与上塔(C2)精馏，其余氧气作为产品在由主冷顶部抽出，部分液氧进入到纯氧塔(C4)中进行精馏；在纯氧塔(C4)塔底部设置蒸发器(K3)，热源由从主换热器(E1)出来的中压空气提供；在纯氧塔(C4)塔底部得到99.6％纯度的液氧，送入液氧贮槽；
上塔(C2)中上部抽取污氮气，顶部得到氮气，经过冷器(E2)和主换热器(E1)复热后送出冷箱；污氮气除一部分气作为纯化系统的再生用气外，其余全部送入水冷却塔(WT1)以回收冷量；氮气作为产品气送给用户。
9.根据权利要求1中所述的带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置，其特征在于，低压空气从主换热器(E1)中被从精馏塔系统来的低温低压污氮气、氮气和氧气冷却至接近液化温度，随后进入辅塔(C3)参与精馏；在辅塔(C3)顶得到纯氮气，底部得到富氧液空，辅塔(C3)顶部氮气全部进入辅塔冷凝器(K2)中被冷凝，冷凝下来的液氮绝大部分作为下塔(C1)的回流液回流至下塔(C1)顶部，其余全部送入过冷器(E2)过冷，过冷后的液氮全部节流后送入上塔(C2)顶部作为上塔(C2)回流液；
在辅塔(C3)底部获得富氧液空，经过冷器(E2)过冷后全部送入辅塔冷凝器(K2)作为冷源，大部分的富氧液空被蒸发成液空蒸汽回到上塔(C2)，作为上升气参与精馏，部分富氧液空回流至上塔(C2)中部参与上塔(C2)精馏。
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