CN109737690A - 一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内压缩大比例液体空分装置，包括：空气压缩机；增压机；换热器；膨胀机；分馏塔及相应控制阀。本发明提供的内压缩大比例液体空分装置是为需求氧、氮气态产品的客户所发明，本发明装置具有较大的使空气变为液态的能力，可以灵活调节氧、氮组份以气态或液态的形式产出。如果用气点用气量小，大部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，小部分氧气或氮气供给用气点使用，如果用气点用气量大，大部分氧气或氮气供给用气点使用，小部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，避免因客户用气波动导致氧气或氮气大量放空而产生浪费的目的，满足用户的实际需求，提升经济效益。

Description

一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及空气分离装置领域，尤其涉及一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法。

背景技术

随着工业的发展，空气分离装置成为了钢铁、化工、航天、电子、食品等行业必不可少的一部分，并且应用范围越来越广泛。传统空分生产工艺为空气经过自洁式空气过滤器过滤后进入空气压缩机将压缩后进入预冷纯化系统除去水分及二氧化碳后通过增压膨胀机制冷将气体变为液体，在分馏塔内分离出氧、氮、氩。氧、氮以低压气体形式出分馏塔，再通过压缩机将压力提高到用户使用的压力供出，氩以液态形式变为产品。氧、氮大部分以气态形式产出，液氧、液氮产量极少。

传统配套用气客户的空分装置为产量定制型空分，为保证设计效能，空分就根据用气客户最大用量进行设计，空分氧、氮气体产量可调节范围极小。

上述工艺中供气稳定但可调节范围小，钢铁等行业用户用气波动较大，如果用户用量出现波动，将会出现氧气大量放空的浪费现象，导致能源浪费，生产成本增加。

因此，有必要提供一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法，解决了传统工艺中供气稳定但可调节范围小，钢铁等行业用户用气波动较大，如果用户用气量出现波动，将会出现氧气或氮气大量放空的浪费现象，导致能源浪费，生产成本增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种内压缩大比例液体空分装置，包括：

空气压缩机；所述空气压缩机的进气端管道上设置有第一控制阀；

换热器，所述换热器通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述换热器与所述空气压缩机的连通管道上设置有第二控制阀；

增压机，所述增压机通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述增压机与所述空气压缩机的连通管道上设置有第三控制阀；

增压膨胀机，所述增压膨胀机通过管道连通于所述增压机的出气口；所述增压膨胀机的增压端通过管道与所述换热器的进气端连通；

分馏塔，所述分馏塔通过管道分别连通于所述换热器和所述增压膨胀机膨胀端的出气口，所述换热器的出气端通过管道分别与所述增压膨胀机的膨胀端以及所述分馏塔的进气端连通，所述换热器与所述增压膨胀机的膨胀端连通的管道上设置有第四控制阀，所述换热器与所述分馏塔进气端连通的管道上设置有第五控制阀。

优选的，所述分馏塔的出口端分别设置有液氧、液氮和液氩管道，所述分馏塔的出气端通过回流通路与所述换热器的进气端连通，所述换热器的出气端分别设置有常温氮气和常温氧气管道

一种内压缩大比例液体空分装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步：原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质，空气经过滤后在空气压缩机中进行压缩，压缩完成的空气经空气冷却塔预冷，空气经空气冷却塔冷却后，然后进入分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳水化合物及残留的水蒸汽被吸附；

第二歩：吸入的空气净化后分为三路，

第一路；依次经过第一控制阀、空压机、第二控制阀、换热器以及分馏塔，通过第一控制阀和第二控制阀控制空气的分流比例，空气在换热器中换热达到接近空气液化温度进入分馏塔；

第二路；依次经过第一控制阀、空压机、第三控制阀、空压机、增压膨胀机的增压端、换热器、第五控制阀以及分馏塔，通过第一控制阀和第三控制阀控制空气的分流比例，空气进入增压机进行增压，然后经过增压膨胀机的增压端进行增压后进入换热器进行换热，然后通过第五控制阀调节进入分馏塔的空气；

第三路；依次经过第一控制阀、空压机、第三控制阀、空压机、增压膨胀机的增压端、换热器、第四控制阀、增压膨胀机的膨胀端以及分馏塔，通过第一控制阀和第三控制阀控制空气的分流比例，空气进入增压机进行增压，然后经过增压膨胀机的增压端进行增压后进入换热器进行换热，通过第四控制阀调节进入增压膨胀机的膨胀端进行膨胀后进入分馏塔；

流出路；流出路是分馏塔将第一路、第二路和第三路进入的空气分馏后的部分气体通入到换热器内部进行换热后排出；

第三歩：空气在分馏塔中被提取成氧气、氮气、以及液氧、液氮、液氩。

优选的，所述空气压缩机将空气压缩至压力为0.55-0.61MPa。

优选的，所述增压机将空气增压至4.0MPa。

优选的，所述增压膨胀机的增压端将空气增压至5.0MPa。

优选的，所述增压膨胀机膨胀制冷后的空气温度降为-172℃。

优选的，所述第一控制阀用于控制从大气中抽取空气的量，控制范围75％-105％。

优选的，所述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，所述分子筛纯化器的切换周期为240分钟，定时自动切换。

优选的，所述第三控制阀用于控制进入所述增压机空气的量，控制范围75％-105％

与相关技术相比较，本发明提供的内压缩大比例液体空分装置及其使用方法具有如下有益效果：

本发明提供一种内压缩大比例液体空分装置及其使用方法，通过所述换热器通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述换热器与所述空气压缩机的连通管道上设置有第二控制阀；所述增压机通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述增压机与所述空气压缩机的连通管道上设置有第三控制阀；所述增压膨胀机通过管道连通于所述增压机的出气口；所述增压膨胀机的增压端通过管道与所述换热器的进气端连通；所述分馏塔通过管道分别连通于所述换热器和所述增压膨胀机膨胀端的出气口，所述换热器的出气端通过管道分别与所述增压膨胀机的膨胀端以及所述分馏塔的进气端连通，所述换热器与所述增压膨胀机的膨胀端连通的管道上设置有第四控制阀，所述换热器与所述分馏塔进气端连通的管道上设置有第五控制阀，为配套用气客户(仅使用氧、氮气态产品的客户)所发明，是一种可灵活调节氧气、氮气、液氧、液氮产量的空分装置，避免因客户用气波动导致氧气或氮气大量放空而产生浪费的目的，由于该装置产液体能力较大，所以可以调节氧组分以液氧和气氧的比例，由于该装置产液体能力较大，所以可以调节氧、氮组分气态和液态产量比例，如果用气点用气量小，大部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，小部分氧气或氮气供给用气点使用，如果用气点用气量大，大部分氧气或氮气供给用气点使用，小部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，这样即可在用气点用氧量或用氮量减少时不会造成氧气或氮气放空浪费，又可在用气点用氧量或用氮量增大时迅速调节满足用气点需求，可以根据用气点的需求灵活调节氧气或氮气的产量，满足客户需求的同时提升经济效益。

附图说明

图1为本发明提供的内压缩大比例液体空分装置及其使用方法的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1中换热器内部的管道连接示意图。

图中标号：1、空气压缩机，2、换热器，3、第三控制阀，4、增压机，5、增压膨胀机，6、分馏塔。7、第一控制阀，8、第二控制阀，9、第四控制阀，10、第五控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1-2，图1为本发明提供的内压缩大比例液体空分装置及其使用方法的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1中换热器内部的管道连接示意图。一种内压缩大比例液体空分装置，包括：

空气压缩机1；所述空气压缩机1的进气端管道上设置有第一控制阀7，空气经空气压缩机1压缩之后通过管道进入换热器2；

换热器2，所述换热器2通过管道连通于所述空气压缩机1的出气口，所述换热器2与所述空气压缩机1的连通管道上设置有第二控制阀8；

增压机4，所述增压机4通过管道连通于所述空气压缩机1的出气口，所述增压机4与所述空气压缩机1的连通管道上设置有第三控制阀3；

增压膨胀机5，所述增压膨胀机5通过管道连通于所述增压机4的出气口；所述增压膨胀机5的增压端通过管道与所述换热器2的进气端连通；增压膨胀机5，有两端，一端增压端相当于增压机，用于增加压力，压缩空气；另一端膨胀端，使空气膨胀。空气压缩，压力、温度越高；空气膨胀，压力、温度会降低；压力越高，之后的膨胀降温效果越好；以便于获得更大冷量，冷量是一个能量或能量的单位概念，冷量是制冷设备或导热设施在单位时间或一段时间通过制冷所消耗掉目标空间热量的总能量值或通过从目标空间所导出热量的总能量值，空气液化需要获取较多的冷量；

分馏塔6，所述分馏塔6通过管道分别连通于所述换热器2和所述增压膨胀机5膨胀端的出气口，所述换热器2的出气端通过管道分别与所述增压膨胀机5的膨胀端以及所述分馏塔6的进气端连通，所述换热器2与所述增压膨胀机5的膨胀端连通的管道上设置有第四控制阀9，所述换热器2与所述分馏塔6进气端连通的管道上设置有第五控制阀10。

所述分馏塔6的出口端分别设置有液氧、液氮和液氩管道，所述分馏塔6的出气端通过回流通路与所述换热器2的进气端连通，所述换热器2的出气端分别设置有常温氮气和常温氧气管道。

一种内压缩大比例液体空分装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步：原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质，空气经过滤后在空气压缩机中进行压缩，压缩完成的空气经空气冷却塔预冷，空气经空气冷却塔冷却后，然后进入分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳水化合物及残留的水蒸汽被吸附；

第二歩：吸入的空气净化后分为三路，

第一路；依次经过第一控制阀7、空压机1、第二控制阀8、换热器2以及分馏塔6，通过第一控制阀7和第二控制阀8控制空气的分流比例，空气在换热器2中换热达到接近空气液化温度进入分馏塔6；

第二路；依次经过第一控制阀7、空压机1、第三控制阀3、增压机4、增压膨胀机5的增压端、换热器2、第五控制阀10以及分馏塔6，通过第一控制阀7和第三控制阀3控制空气的分流比例，空气进入增压机4进行增压，然后经过增压膨胀机5的增压端进行增压后进入换热器2进行换热，然后通过第五控制阀10调节进入分馏塔6的空气；

第三路；依次经过第一控制阀7、空压机1、第三控制阀3、增压机4、增压膨胀机5的增压端、换热器2、第四控制阀9、增压膨胀机5的膨胀端以及分馏塔6，通过第一控制阀7和第三控制阀3控制空气的分流比例，空气进入增压机4进行增压，然后经过增压膨胀机5的增压端进行增压后进入换热器2进行换热，通过第四控制阀9调节进入增压膨胀机5的膨胀端进行膨胀后进入分馏塔6；

流出路；流出路是分馏塔6将第一路、第二路和第三路进入的空气分馏后的部分气体通入到换热器2内部进行换热后排出。

第二路空气，经过第五控制阀10，会由-170℃，降到-180℃。

第三路空气，-180℃的氧气以及-190℃的氮气经过换热器2换热后变成常温氧气以及氮气从换热器2排出，同时使得空气中的第二路以及第三路空气降温，换热器2内部设置有第二路和第三路的分离点，两个管道上分别设置第四控制阀9以及第五控制阀10，经过第四控制阀9、增压膨胀机5的膨胀端，进入蒸馏塔6时，会由-100℃也会降到-172℃，由于第二路经过第五控制阀10是从-170℃降到-180℃，仅仅变化10℃，第三路，则是由-100℃变为-172℃，变化72℃，因此，第三路空气的体积或者多少，对于临界温度的高低，起到主要决定作用；因此第三控制阀3、第四控制阀9打开的程度，对于空气获取足够的冷量降低到足够低的临界温度，具有很大的影响，第三控制阀3、第四控制阀9打开的程度越高，空气获取的冷量越多，空气越容易转换为液体，可以根据实际情况，调整第三控制阀3、第四控制阀9的大小，比如；

第三控制阀3、第四控制阀9两个都开大；

第三控制阀3、第四控制阀9一大一小；

第三控制阀3、第四控制阀9一小一大；

第三控制阀3、第四控制阀9两个都开小；

从而实现灵活的调整空气转换为气液产品的比例。

第三歩：空气在分馏塔6中被提取成氧气、氮气、以及液氧、液氮、液氩。

所述空气压缩机1将空气压缩至压力为0.55-0.61MPa。

所述增压机4将空气增压至4.0MPa。

所述增压膨胀机5的增压端将空气增压至5.0MPa。

所述增压膨胀机5膨胀制冷后的空气温度降为-172℃。

所述第一控制阀7用于控制吸收空气的量，控制范围75％-105％。

所述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，所述分子筛纯化器的切换周期为240分钟，定时自动切换。

所述第三控制阀3用于控制进入所述增压机4空气的量，控制范围75％-105％。

氧气沸点：-182.9℃，即，氧气的温度要降至-182.9℃以下，氧气才会变成液氧，氮气沸点：-195.8℃，同理，氮气的温度要降至-195.8℃以下，氮气才会变成液氮，氩气沸点：-185℃，氩气的温度要降至-185℃以下，氩气才会变成液氩。

与相关技术相比较，本发明提供的内压缩大比例液体空分装置及其使用方法具有如下有益效果：

所述换热器通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述换热器2与所述空气压缩机1的连通管道上设置有第二控制阀8；所述增压机通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述增压机4与所述空气压缩机1的连通管道上设置有第三控制阀3；所述增压膨胀机5通过管道连通于所述增压机4的出气口；所述增压膨胀机5的增压端通过管道与所述换热器2的进气端连通；所述分馏塔6通过管道分别连通于所述换热器2和所述增压膨胀机5膨胀端的出气口，所述换热器2的出气端通过管道分别与所述增压膨胀机5的膨胀端以及所述分馏塔6的进气端连通，所述换热器2与所述增压膨胀机5的膨胀端连通的管道上设置有第四控制阀9，所述换热器2与所述分馏塔6进气端连通的管道上设置有第五控制阀10，为配套用气客户(仅使用氧、氮气态产品的客户)所发明，是一种可灵活调节氧气、氮气、液氧、液氮产量的空分装置，避免因客户用气波动导致氧气或氮气大量放空而产生浪费的目的，由于该装置产液体能力较大，所以可以调节氧组分以液氧和气氧的比例，如果用气点用气量小，大部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，小部分氧气或氮气供给用气点使用，如果用气点用气量大，大部分氧气或氮气供给用气点使用，小部分氧或氮将以液态形式进入储存系统储存，这样即可在用气点用氧量或用氮量减少时不会造成氧气或氮气放空浪费，又可在用气点用氧量或用氮量增大时迅速调节满足用气点需求，可以根据用气点的需求灵活调节氧气或氮气的产量，防止资源的浪费。

同理氮气和液氮的比例也可通过控制阀进行调节，可以满足对氮气和液氮不同比例的需求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种内压缩大比例液体空分装置，其特征在于，包括：

空气压缩机；所述空气压缩机的进气端管道上设置有第一控制阀；

换热器，所述换热器通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述换热器与所述空气压缩机的连通管道上设置有第二控制阀；

增压机，所述增压机通过管道连通于所述空气压缩机的出气口，所述增压机与所述空气压缩机的连通管道上设置有第三控制阀；

增压膨胀机，所述增压膨胀机通过管道连通于所述增压机的出气口；所述增压膨胀机的增压端通过管道与所述换热器的进气端连通；

分馏塔，所述分馏塔通过管道分别连通于所述换热器和所述增压膨胀机膨胀端的出气口，所述换热器的出气端通过管道分别与所述增压膨胀机的膨胀端以及所述分馏塔的进气端连通，所述换热器与所述增压膨胀机的膨胀端连通的管道上设置有第四控制阀，所述换热器与所述分馏塔进气端连通的管道上设置有第五控制阀。

2.根据权利要求1所述的内压缩大比例液体空分装置，其特征在于，所述分馏塔的出口端分别设置有液氧、液氮和液氩管道，所述分馏塔的出气端通过回流通路与所述换热器的进气端连通，所述换热器的出气端分别设置有常温氮气和常温氧气管道。

3.一种内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质，空气经过滤后在空气压缩机中进行压缩，压缩完成的空气经空气冷却塔预冷，空气经空气冷却塔冷却后，然后进入分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳水化合物及残留的水蒸汽被吸附；

第二歩：吸入的空气净化后分为三路，

第一路；依次经过第一控制阀、空压机、第二控制阀、换热器以及分馏塔，通过第一控制阀和第二控制阀控制空气的分流比例，空气在换热器中换热达到接近空气液化温度进入分馏塔；

第二路；依次经过第一控制阀、空压机、第三控制阀、增压机、增压膨胀机的增压端、换热器、第五控制阀以及分馏塔，通过第一控制阀和第三控制阀控制空气的分流比例，空气进入增压机进行增压，然后经过增压膨胀机的增压端进行增压后进入换热器进行换热，然后通过第五控制阀调节进入分馏塔的空气；

第三路；依次经过第一控制阀、空压机、第三控制阀、增压机、增压膨胀机的增压端、换热器、第四控制阀、增压膨胀机的膨胀端以及分馏塔，通过第一控制阀和第三控制阀控制空气的分流比例，空气进入增压机进行增压，然后经过增压膨胀机的增压端进行增压后进入换热器进行换热，通过第四控制阀调节进入增压膨胀机的膨胀端进行膨胀后进入分馏塔；

流出路；流出路是分馏塔将第一路、第二路和第三路进入的空气分馏后的部分气体通入到换热器内部进行换热后排出；

第三歩：空气在分馏塔中被提取成氧气、氮气、以及液氧、液氮、液氩。

4.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述空气压缩机将空气压缩至压力为0.55-0.61MPa。

5.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述增压机将空气增压至4.0MPa。

6.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述增压膨胀机的增压端将空气增压至5.0MPa。

7.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述增压膨胀机膨胀制冷后的空气温度降为-172℃。

8.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述第一控制阀用于控制从大气中抽取空气的量，控制范围75％-105％。

9.根据权利要求3所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述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，所述分子筛纯化器的切换周期为240分钟，定时自动切换。

10.根据权利要求2所述的内压缩大比例液体空分装置的使用方法，其特征在于，所述第三控制阀用于控制进入所述增压机空气的量，控制范围75％-105％。