CN109323534A - 一种通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法及装置，所述的方法采用新的流程组织形式，利用板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省了制氧装置的能耗；增压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种新型节能的通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法及装置，更具体的说是一种通过低温精馏法、中压膨胀提纯空气大规模制取内压缩氧气方法及其装置。
背景技术
近些年来随着钢铁冶金、煤化工、石油天然气等行业的迅速发展，与之配套的空分设备也不断的向着大型化发展。在规模不断扩大保障设备安全性能的同时，我们不得不考虑能耗对于设备运行的长远影响。无论煤化工企业，还是钢铁企业，国内存在的亏损项目不在少数。究其根本在于产品的成本不具有市场竞争力，而成本的最根本来源就在于最终能源的消耗。空分设备作为配套设备的耗能大户，在成本中占据举足轻重的作用。空分设备的能耗也直接关系到了最终产品的实际成本。要不断提高市场竞争力，就需要不断降低产品的成本，这也使得空分设备的节能变得越来越重要。而空分流程在一套空分设备的最终运行能耗上起了至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种采用流程的合理选择使得板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省制氧装置的能耗；并且高压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机制造难度及制造成本的通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法及装置。
本发明的目的是这样实现的：一种通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法，所述的方法包括以下步骤：
a) 原料空气首先进入空气吸入过滤器，在空气吸入过滤器中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入原料空气压缩机，经过多级压缩后进入空冷塔；空气从空气冷却塔的下部进入，从顶部出来；空气冷却塔的给水分为两段，冷却塔的下段使用常温循环水，而冷却塔的上段则使用经氮—水冷却塔冷却后的低温水，使空气冷却塔出口空气温度降低；空气冷却塔顶部设有丝网除雾器，以除去空气中的机械水滴；空气自下而上穿过空气冷却塔，空气在冷却的同时，又得到清洗；
b）经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附；分子筛纯化器为两只切换使用；
c）净化后的加工空气分为三股：一小部分被抽出作为空分自用仪表空气；一部分去空气增压机继续增压；剩下的大部分空气直接进入主换热器，被返流气体冷却至饱和温度，出主换热器冷端直接进入下塔进行精馏；
d）一股相当于膨胀量的空气从空气增压机一段抽出，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀，膨胀后空气进入下塔；另一部分空气经增压机增压并经后过冷器冷却至常温后，送入膨胀机增压端继续增压，然后进入主换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热；这部分高压空气从主换热器底部抽出经节流进入下塔；
e）空气经下塔初步精馏后，获得液空、纯液氮和污液氮，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，经液氧泵压缩后进入主换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网；另抽取部分液氧过冷后作为液氧产品送入液氧贮槽；
f）从下塔顶部抽出液氮，经过冷器过冷后作为产品进入贮槽；
g）从辅塔顶部抽取常压氮气，经过冷器、主换热器复热出冷箱经氮气压缩机压缩后进入氮气管网；
h）从上塔上部引出污氮气经过冷器、主换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的加热器，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔；
i）从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，粗氩塔在结构上分为两段，第二段氩塔底部抽取的液体经液体泵送入第一段顶部作为回流液，经粗氩塔精馏得到粗氩气送入纯氩塔中部，经纯氩塔精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。
作为优选：氧气采用液氧泵加压进入主换热器，复热后出冷箱作为产品；
增压机一段抽出量，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀；从增压机末端抽出量经冷却器冷却后，送入膨胀机增压端继续增压，用来与高压液氧换热；
利用了板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省了制氧装置的能耗；
增压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。
一种用于所述通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法的装置，所述的装置包括：一用于获得压缩空气原料气净化、冷却系统，该系统包括1台空气过滤器、1套空气预冷系统，至少含空冷塔、水冷塔、离心水泵、1套空气纯化系统，至少含分子筛吸附器、加热器；一用于获得压缩空气的原料气压缩系统，该系统包括1台透平压缩机；一用于获得压缩空气的增压空气压缩系统，该系统包括1台空气增压机；一用于整个低温精馏装置冷量制取的膨胀制冷系统，该系统包括1台增压透平膨胀机；一用于获得氧气及液体产品的低温精馏系统，该系统包括1套板式换热器，至少含高低压板式换热器、过冷器，1台低压精馏塔，1台压力精馏塔，1台衔接低压塔及压力塔的主冷凝蒸发器，1套提氩系统，至少含粗氩塔I、粗氩塔II、纯氩塔、粗氩冷凝器、纯氩蒸发器、纯氩冷凝器与2台一用一备的低温液氧泵；一用于实现整个装置运行的自动控制系统，包括1套DCS系统，1套阀门，1套测量仪表和1套组分在线分析仪表。
本发明具有以下特点：
1）本发明的流程形式的合理组织，利用板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省了制氧装置的能耗。
2）本发明的高压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：一种通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法，所述的方法包括以下步骤：
a) 原料空气首先进入空气吸入过滤器，在空气吸入过滤器中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入原料空气压缩机，经过多级压缩后进入空冷塔；空气从空气冷却塔的下部进入，从顶部出来；空气冷却塔的给水分为两段，冷却塔的下段使用常温循环水，而冷却塔的上段则使用经氮—水冷却塔冷却后的低温水，使空气冷却塔出口空气温度降低；空气冷却塔顶部设有丝网除雾器，以除去空气中的机械水滴；空气自下而上穿过空气冷却塔，空气在冷却的同时，又得到清洗；
b）经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附；分子筛纯化器为两只切换使用；
c）净化后的加工空气分为三股：一小部分被抽出作为空分自用仪表空气；一部分去空气增压机继续增压；剩下的大部分空气直接进入主换热器，被返流气体冷却至饱和温度，出主换热器冷端直接进入下塔进行精馏；
d）一股相当于膨胀量的空气从空气增压机一段抽出，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀，膨胀后空气进入下塔；另一部分空气经增压机增压并经后过冷器冷却至常温后，送入膨胀机增压端继续增压，然后进入主换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热；这部分高压空气从主换热器底部抽出经节流进入下塔；
e）空气经下塔初步精馏后，获得液空、纯液氮和污液氮，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，经液氧泵压缩后进入主换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网；另抽取部分液氧过冷后作为液氧产品送入液氧贮槽；
f）从下塔顶部抽出液氮，经过冷器过冷后作为产品进入贮槽；
g）从辅塔顶部抽取常压氮气，经过冷器、主换热器复热出冷箱经氮气压缩机压缩后进入氮气管网；
h）从上塔上部引出污氮气经过冷器、主换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的加热器，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔；
i）从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，粗氩塔在结构上分为两段，第二段氩塔底部抽取的液体经液体泵送入第一段顶部作为回流液，经粗氩塔精馏得到粗氩气送入纯氩塔中部，经纯氩塔精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。
作为优选的实施例：氧气采用液氧泵加压进入主换热器，复热后出冷箱作为产品；
增压机一段抽出量，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀；从增压机末端抽出量经冷却器冷却后，送入膨胀机增压端继续增压，用来与高压液氧换热；
利用了板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省了制氧装置的能耗；
增压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。
一种用于所述通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法的装置，所述的装置包括：一用于获得压缩空气原料气净化、冷却系统，该系统包括1台空气过滤器、1套空气预冷系统，至少含空冷塔、水冷塔、离心水泵、1套空气纯化系统，至少含分子筛吸附器、加热器；一用于获得压缩空气的原料气压缩系统，该系统包括1台透平压缩机；一用于获得压缩空气的增压空气压缩系统，该系统包括1台空气增压机；一用于整个低温精馏装置冷量制取的膨胀制冷系统，该系统包括1台增压透平膨胀机；一用于获得氧气及液体产品的低温精馏系统，该系统包括1套板式换热器，至少含高低压板式换热器、过冷器，1台低压精馏塔，1台压力精馏塔，1台衔接低压塔及压力塔的主冷凝蒸发器，1套提氩系统，至少含粗氩塔I、粗氩塔II、纯氩塔、粗氩冷凝器、纯氩蒸发器、纯氩冷凝器与2台一用一备的低温液氧泵；一用于实现整个装置运行的自动控制系统，包括1套DCS系统，1套阀门，1套测量仪表和1套组分在线分析仪表。
实施例：图1所示，原料空气首先进入空气吸入过滤器1，在空气吸入过滤器1中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入原料空气压缩机2，经过多级压缩至约0.556MPa（绝对压力，下同）的压力后进入空冷塔3。空气经空气冷却塔3冷却至约17℃。空气自下而上穿过空气冷却塔3，空气在冷却的同时，又得到清洗。
经空冷塔3冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器4，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。
净化后的加工空气分，一部分去空气增压机5继续增压；剩下的大部分空气直接进入主换热器8，被返流气体冷却至饱和温度，出主换热器8冷端直接进入下塔11进行精馏。
去空气增压机5的空气：一股从空气增压机5一段抽出，经冷却器冷却后，进入主换热器8和返流气进行换热，并从主换热器8中部抽出进入膨胀机7膨胀，膨胀后空气进入下塔11；另一股空气经增压机5增压并经后过冷器冷却至常温后，送入膨胀机增压端6继续增压，经冷却器冷却后进入主换热器8，与高压液氧及返流污氮气体换热。这部分高压空气从主换热器8底部抽出经节流进入下塔11。
空气经下塔11初步精馏后，获得液空、纯液氮和污液氮，并经过冷器13过冷后节流进入上塔9。经上塔9进一步精馏后，在上塔9底部获得液氧，经液氧泵12压缩后进入主换热器8，复热后出冷箱，进入氧气管网。另抽取部分液氧过冷后作为液氧产品送入液氧贮槽。
从下塔11顶部抽出液氮，经过冷器过冷后作为产品进入贮槽。
从上塔9顶部抽取常压氮气，经过冷器13、主换热器8复热出冷箱去氮气压缩机19压缩后进入氮气管网。
从上塔9上部引出污氮气经过冷器13、主换热器8复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统4，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔20。
从上塔9中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔（14、16），粗氩塔（14、16）在结构上分为两段，第二段氩塔16底部抽取的液体经液体泵送入第一段14顶部作为回流液，经粗氩塔（14、16）精馏得到粗氩气送入纯氩塔17中部，经纯氩塔17精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。
本发明提供一种新型节能的可以实施的适合于大规模产量（氧气产量大于30000Nm3/h）的通过低温精馏提纯空气获取高压氧气的方法，该方法克服了常规低温精馏法制取高压氧气流程中能耗较高的不足，有效增大的板式换热器的冷量回收，充分利用了板式换热器的回收能力，大幅降低了增压机的流量，从而显著降低单位产品氧气的能耗指标。
Claims (3)
1.一种通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
a) 原料空气首先进入空气吸入过滤器，在空气吸入过滤器中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入原料空气压缩机，经过多级压缩后进入空冷塔；空气从空气冷却塔的下部进入，从顶部出来；空气冷却塔的给水分为两段，冷却塔的下段使用常温循环水，而冷却塔的上段则使用经氮—水冷却塔冷却后的低温水，使空气冷却塔出口空气温度降低；空气冷却塔顶部设有丝网除雾器，以除去空气中的机械水滴；空气自下而上穿过空气冷却塔，空气在冷却的同时，又得到清洗；
b）经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附；分子筛纯化器为两只切换使用；
c）净化后的加工空气分为三股：一小部分被抽出作为空分自用仪表空气；一部分去空气增压机继续增压；剩下的大部分空气直接进入主换热器，被返流气体冷却至饱和温度，出主换热器冷端直接进入下塔进行精馏；
d）一股相当于膨胀量的空气从空气增压机一段抽出，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀，膨胀后空气进入下塔；另一部分空气经增压机增压并经后过冷器冷却至常温后，送入膨胀机增压端继续增压，然后进入主换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热；这部分高压空气从主换热器底部抽出经节流进入下塔；
e）空气经下塔初步精馏后，获得液空、纯液氮和污液氮，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，经液氧泵压缩后进入主换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网；另抽取部分液氧过冷后作为液氧产品送入液氧贮槽；
f）从下塔顶部抽出液氮，经过冷器过冷后作为产品进入贮槽；
g）从辅塔顶部抽取常压氮气，经过冷器、主换热器复热出冷箱经氮气压缩机压缩后进入氮气管网；
h）从上塔上部引出污氮气经过冷器、主换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的加热器，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔；
i）从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，粗氩塔在结构上分为两段，第二段氩塔底部抽取的液体经液体泵送入第一段顶部作为回流液，经粗氩塔精馏得到粗氩气送入纯氩塔中部，经纯氩塔精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。
2.根据权利要求1所述的通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法，其特征在于：氧气采用液氧泵加压进入主换热器，复热后出冷箱作为产品；
增压机一段抽出量，经冷却器冷却后，进入主换热器和返流气进行换热，并从主换热器中部抽出进入膨胀机膨胀；从增压机末端抽出量经冷却器冷却后，送入膨胀机增压端继续增压，用来与高压液氧换热；
利用了板式换热器尽可能的回收冷量，从而节省了制氧装置的能耗；
增压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。
3.一种用于权利要求1或2所述通过低温精馏法提纯空气制取高压氧气方法的装置，其特征在于所述的装置包括：一用于获得压缩空气原料气净化、冷却系统，该系统包括1台空气过滤器、1套空气预冷系统，至少含空冷塔、水冷塔、离心水泵、1套空气纯化系统，至少含分子筛吸附器、加热器；一用于获得压缩空气的原料气压缩系统，该系统包括1台透平压缩机；一用于获得压缩空气的增压空气压缩系统，该系统包括1台空气增压机；一用于整个低温精馏装置冷量制取的膨胀制冷系统，该系统包括1台增压透平膨胀机；一用于获得氧气及液体产品的低温精馏系统，该系统包括1套板式换热器，至少含高低压板式换热器、过冷器，1台低压精馏塔，1台压力精馏塔，1台衔接低压塔及压力塔的主冷凝蒸发器，1套提氩系统，至少含粗氩塔I、粗氩塔II、纯氩塔、粗氩冷凝器、纯氩蒸发器、纯氩冷凝器与2台一用一备的低温液氧泵；一用于实现整个装置运行的自动控制系统，包括1套DCS系统，1套阀门，1套测量仪表和1套组分在线分析仪表。
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