CN109883139B - 一种基于富氧空分的高效提氩工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于富氧空分的高效提氩系统及其操作方法，包括富氧气体提纯系统和粗氩气提纯系统，本发明通过以下改进制取富氧气体成品，在富氧气体提纯系统的基础上增设粗氩塔及精氩塔，构成粗氩气提纯系统，通过3个步骤制取高纯液氩成品。本发明在现有技术上增设混合塔的新工艺方案，避免了产品纯度变化对低压上塔精馏工况的影响，满足全精馏无氢制氩提取高纯氩产品的要求，工艺简便易行，而且相比原有方案单位能耗降低，并突破了原流程生产低纯度氧产品时氩提取率极低的瓶颈。
Description
技术领域
本发明涉及气体分离技术领域，更加具体地说，是涉及一种基于富氧空分的高效提氩工艺。
背景技术
低温精馏分离空气制取氧氮的方法广泛应用于大型空分系统的实际生产，通常采用高压下塔配合低压上塔的热耦合双塔工艺流程来制取氧氮双高产品，即在高压下塔中通过精馏分离制取低沸点的高纯氮气，同时在低压下塔中通过精馏分离制取高沸点的高纯氧气产品。
现有的提氩工艺的主流程设计基于氧氮双高产品的生产目的，无法满足大型IGCC等新型能源项目对于大量富氧气体的需求，并且由于全精馏无氢制氩工艺对于氩馏分中的氮含量要求苛刻，也无法在原装置基础上通过调节设备运行参数来到达制取高纯氩产品的目的。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术的缺点和不足，提供一种基于富氧空分的高效提氩工艺，本发明在高效的全精馏无氢制氩技术的基础上，为满足新兴富氧产品市场需求，设计完善了一套新型工艺流程，在满足大量富氧产品需求的同时，能够高效获得可观的高纯氩产品，实现一定的经济收益。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种基于富氧空分的高效提氩工艺，包括富氧气体提纯系统和粗氩气提纯系统。
所述富氧气体提纯系统包括：压缩机、空气冷却净化系统、鼓风机、换热器、高压下塔、过冷器、混合塔、低压上塔、增压机、膨胀机及混合塔冷凝蒸发器，所述空气冷却净化系统对原料空气进行冷却、净化，在高压下塔与低压上塔之间设置一个冷凝蒸发器A；
所述粗氩气提纯回收系统包括：富氧气体提纯系统、粗氩塔及精氩塔，所述混合塔冷凝蒸发器连接在混合塔内部，在粗氩塔的上方设置一个冷凝蒸发器B，在精氩塔的上方设置一个冷凝蒸发器C，在精氩塔的下方设置一个冷凝蒸发器D。
所述富氧气体提纯系统操作步骤如下：
步骤1：原料空气经压缩机多级压缩后，送入空气预冷系统冷却，冷却后的原料空气再送入净化系统除去绝大部分的二氧化碳、水蒸气及部分碳氢化合物；
步骤2：净化后的空气分为预处理后的空气A及预处理后的空气B两部分，其中预处理后的空气A再经鼓风机增压，经换热器冷却到露点温度后送入高压下塔参与精馏；
步骤3：预处理后的空气B又分成预处理后的空气B1及预处理后的空气B2 两部分，其中预处理后的空气B1从换热器中部抽出，经增压机增压后，再由膨胀机膨胀至上塔压力后送入低压上塔，其中增压机回收了膨胀机的膨胀功；预处理后的空气B2则经换热器冷却到露点温度后送入混合塔冷凝蒸发器的冷凝侧，冷凝为液体后再节流送入低压上塔；
步骤4：原料空气经高压下塔初步分离后，在高压下塔顶部得到液氮、底部得到富氧液空，液氮及富氧液空经过冷器过冷后，低压上塔底部的液氧和高压下塔顶部的气氮在冷凝蒸发器A中实现热交换，为低压上塔提供上升气，为高压下塔提供回流液液氮分为液氮A及液氮B两部分，其中液氮B及富氧液空流送入低压上塔；
步骤5：高压下塔得到的液氮A送入混合塔的顶部，低压上塔底部产生的高纯度液氧(99.6％)送入混合塔的底部，最终在混合塔的顶部得到低纯度富氧气体(90-98％)、底部得到部分液体氧产品，富氧气体经换热器复热后得到成品富氧气体产品。
所述粗氩气提纯系统操作步骤如下：
步骤1：由低压上塔的中下部抽取一股氩含量较高且氮含量较低的气体氩馏分，送入粗氩塔的底部，在粗氩塔中进行氧氩分离，在粗氩塔的顶部得到粗液氩、底部得到低纯液氧，低纯液氧回流至低压上塔；
步骤2：高压下塔中得到的部分富氧液空送入冷凝蒸发器B的蒸发侧作为粗氩塔的冷源，蒸发为富氧空气后再送入低压上塔继续精馏，在粗氩塔顶部得到的粗液氩送入精氩塔的中部，进一步实现氮氩分离；
步骤3：来自高压下塔顶部的部分压力氮气在冷凝蒸发器D中与精氩塔底部的液氩换热，蒸发后的液氩为精馏提供上升气体，冷凝后的液氮节流后送入冷凝蒸发器C的蒸发侧作为精氩塔的冷源，最终在精氩塔的底部得到成品高纯液氩产品。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、本发明在现有技术上增设混合塔，所需产品由混合塔中引出，确保氩馏分抽口位置原料状态满足全精馏无氢制氩提取高纯氩产品的要求，解决了大量高效生产富氧产品和全精馏无氢制氩提取高纯氩产品的技术难题。
2、本发明在原有成熟流程布置基础上，添加一套混合塔及附属设备，投资成本低，工艺简便易行，相比原有方案单位能耗降低，突破了原流程生产低纯度氧产品时氩提取率极低的瓶颈。
附图说明
图1为本发明的一种基于富氧空分的高效提氩工艺的结构示意图。
图2为本发明的流程示意图。
图中：1、压缩机；2、空气冷却净化系统；3、鼓风机；4、换热器；5、高压下塔；6、过冷器；7、混合塔；8、低压上塔；9、增压机；10、膨胀机；11、混合塔冷凝蒸发器；12、粗氩塔；13、精氩塔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
如图1所示，一种基于富氧空分的高效提氩工艺，包括富氧气体提纯系统和粗氩气提纯系统。
所述富氧气体提纯系统包括：压缩机1、空气冷却净化系统2、鼓风机3、换热器4、高压下塔5、过冷器6、混合塔7、低压上塔8、增压机9、膨胀机10 及混合塔冷凝蒸发器11，所述空气冷却净化系统2对原料空气进行冷却、净化，在高压下塔5与低压上塔8之间设置一个冷凝蒸发器A。
所述粗氩气提纯回收系统包括：富氧气体提纯系统、粗氩塔12及精氩塔13，所述混合塔冷凝蒸发器11连接在混合塔7内部，在粗氩塔12的上方设置一个冷凝蒸发器B，在精氩塔13的上方设置一个冷凝蒸发器C，在精氩塔13的下方设置一个冷凝蒸发器D。
如图2所示，所述富氧气体提纯系统操作步骤如下：
步骤1：原料空气经压缩机1多级压缩后，送入空气预冷系统冷却2，冷却后的原料空气再送入净化系统除去绝大部分的二氧化碳、水蒸气及部分碳氢化合物；
步骤2：净化后的空气分为预处理后的空气A及预处理后的空气B两部分，其中预处理后的空气A再经鼓风机3增压，经换热器4冷却到露点温度后送入高压下塔5参与精馏；
步骤3：预处理后的空气B又分成预处理后的空气B1及预处理后的空气B2 两部分，其中预处理后的空气B1从换热器4中部抽出，经增压机9增压后，再由膨胀机10膨胀至上塔压力后送入低压上塔8，其中增压机9回收了膨胀机10 的膨胀功；预处理后的空气B2则经换热器4冷却到露点温度后送入混合塔冷凝蒸发器11的冷凝侧，冷凝为液体后再节流送入低压上塔8；
步骤4：原料空气经高压下塔5初步分离后，在高压下塔5顶部得到液氮、底部得到富氧液空，液氮及富氧液空经过冷器6过冷后，低压上塔8底部的液氧和高压下塔5顶部的气氮在冷凝蒸发器A中实现热交换，为低压上塔8提供上升气，为高压下塔5提供回流液液氮分为液氮A及液氮B两部分，其中液氮B及富氧液空流送入低压上塔8；
步骤5：高压下塔5得到的液氮A送入混合塔7的顶部，低压上塔8底部产生的高纯度液氧(99.6％)送入混合塔7的底部，最终在混合塔7的顶部得到低纯度富氧气体(90-98％)、底部得到部分液体氧产品，富氧气体经换热器4复热后得到成品富氧气体产品。
如图2所示，所述粗氩气提纯系统操作步骤如下：
步骤1：由低压上塔8的中下部抽取一股氩含量较高且氮含量较低的气体氩馏分，送入粗氩塔12的底部，在粗氩塔12中进行氧氩分离，在粗氩塔12的顶部得到粗液氩、底部得到低纯液氧，低纯液氧回流至低压上塔8；
步骤2：高压下塔5中得到的部分富氧液空送入冷凝蒸发器B的蒸发侧作为粗氩塔5的冷源，蒸发为富氧空气后再送入低压上塔8继续精馏，在粗氩塔12 顶部得到的粗液氩送入精氩塔13的中部，进一步实现氮氩分离；
步骤3：来自高压下塔5顶部的部分压力氮气在冷凝蒸发器D中与精氩塔13 底部的液氩换热，蒸发后的液氩为精馏提供上升气体，冷凝后的液氮节流后送入冷凝蒸发器C的蒸发侧作为精氩塔13的冷源，最终在精氩塔13的底部得到成品高纯液氩产品。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种基于富氧空分的高效提氩系统的操作方法，
其中的基于富氧空分的高效提氩系统包括富氧气体提纯系统和粗氩气提纯系统；
所述富氧气体提纯系统包括：压缩机(1)、空气冷却净化系统(2)、鼓风机(3)、换热器(4)、高压下塔(5)、过冷器(6)、混合塔(7)、低压上塔(8)、增压机(9)、膨胀机(10)及混合塔冷凝蒸发器(11)，所述空气冷却净化系统(2)对原料空气进行冷却、净化，在高压下塔(5)与低压上塔(8)之间设置一个冷凝蒸发器A；
所述粗氩气提纯回收系统包括：富氧气体提纯系统、粗氩塔(12)及精氩塔(13)，所述混合塔冷凝蒸发器(11)连接在混合塔(7)内部，在粗氩塔(12)的上方设置一个冷凝蒸发器B，在精氩塔(13)的上方设置一个冷凝蒸发器C，在精氩塔(13)的下方设置一个冷凝蒸发器D；
其特征在于：所述操作方法分为富氧气体提纯系统操作方法和粗氩气提纯系统操作方法；所述富氧气体提纯系统操作方法按照如下步骤进行：
步骤1：原料空气经压缩机(1)多级压缩后，送入空气冷却净化系统(2)，冷却后的原料空气再送入净化系统除去绝大部分的二氧化碳、水蒸气及部分碳氢化合物；
步骤2：净化后的空气分为预处理后的空气A及预处理后的空气B两部分，其中预处理后的空气A再经鼓风机(3)增压，经换热器(4)冷却到露点温度后送入高压下塔(5)参与精馏；
步骤3：预处理后的空气B又分成预处理后的空气B1及预处理后的空气B2两部分，其中预处理后的空气B1从换热器(4)中部抽出，经增压机(9)增压后，再由膨胀机(10)膨胀至上塔压力后送入低压上塔(8)，其中增压机(9)回收了膨胀机(10)的膨胀功；预处理后的空气B2则经换热器(4)冷却到露点温度后送入混合塔冷凝蒸发器(11)的冷凝侧，冷凝为液体后再节流送入低压上塔(8)；
步骤4：原料空气经高压下塔(5)初步分离后，在高压下塔(5)顶部得到液氮、底部得到富氧液空，液氮及富氧液空经过冷器(6)过冷后，低压上塔(8)底部的液氧和高压下塔(5)顶部的气氮在冷凝蒸发器A中实现热交换，为低压上塔(8)提供上升气，为高压下塔(5)提供回流液液氮分为液氮A及液氮B两部分，其中液氮B及富氧液空流送入低压上塔(8)；
步骤5：高压下塔(5)得到的液氮A送入混合塔(7)的顶部，低压上塔(8)底部产生的高纯度的99.6％液氧送入混合塔(7)的底部，最终在混合塔(7)的顶部得到低纯度的90-98％富氧气体、底部得到部分液体氧产品，富氧气体经换热器(4)复热后得到成品富氧气体产品；
所述粗氩气提纯系统操作步骤如下：
步骤1：由低压上塔(8)的中下部抽取一股氩含量较高且氮含量较低的气体氩馏分，送入粗氩塔(12)的底部，在粗氩塔(12)中进行氧氩分离，在粗氩塔(12)的顶部得到粗液氩、底部得到低纯液氧，低纯液氧回流至低压上塔(8)；
步骤2：高压下塔(5)中得到的部分富氧液空送入冷凝蒸发器B的蒸发侧作为粗氩塔(12)的冷源，蒸发为富氧空气后再送入低压上塔(8)继续精馏，在粗氩塔(12)顶部得到的粗液氩送入精氩塔(13)的中部，进一步实现氮氩分离；
步骤3：来自高压下塔(5)顶部的部分压力氮气在冷凝蒸发器D中与精氩塔(13)底部的液氩换热，蒸发后的液氩为精馏提供上升气体，冷凝后的液氮节流后送入冷凝蒸发器C的蒸发侧作为精氩塔(13)的冷源，最终在精氩塔(13)的底部得到成品高纯液氩产品。
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