CN109974394A - 一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气分离技术领域，尤其涉及一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法。本发明提供的空气分离系统包括空气分离塔，所述空气分离塔包括下塔和上塔，所述上塔设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，液氮入口的位置高于空气入口；与空气入口相连的空气输送管道；与液氮入口相连的液氮输送管道。空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，逐塔板实现上升空气的冷凝和液氮气化，冷凝的液体流至上塔底部，形成积液。本发明提供的空气分离系统以液氮作为冷源与空气进行气液传热传质，利用液氮促进空气在上塔内快速冷凝液化，从而大幅度缩短开工过程上塔底部积液的时间。

Description

一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法
技术领域
本发明属于空气分离技术领域，尤其涉及一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法。
背景技术
随着工业和科技的发展，各行各业对于氧气、氮气及其液体产品的需求也来越大，特别是钢铁冶炼、煤制产品的开发升级，以及航空航天。大型空气分离装置正在全国布局，其已经在国民经济中占有举足轻重的地位。
空气分离装置就是对空气进行加工，经过一系列的处理将常温空气液化并参与精馏，得到氧气、氮气、液氧、液氮等产品。为了实现空气的液化，必须对空气进行提压并换热，而此过程则是通过将电能转化成机械能并最终转化成压力能。随着产品需求的增加，目前国内最大的空分氧气产量可以达到10万Nm3/h，而其背后则是一套庞大的耗能装备。空分装置的开工阶段需要经过三个阶段，分别为冷却、积液、调纯，三个阶段逐一进行，缺一不可。理论情况下，三个阶段最短耗时为36小时，而要实现此时间的达成必须使设备机组全负荷运行，而对于中大型的空分装置来讲，其耗电量是相当惊人的。
空分装置的开工时间缩短可以通过优化积液过程来实现，例如优化设备和管道冷却流程，即通过对空气换热管道上阀门的关闭改变空气的走向和流量，使得上塔的热态空气尽量降低，以使冷量充足得到更多的液体，实现低温液体的积累，但是此方法达到的效果十分有限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法，本发明提供的系统可大幅缩短空气分离塔开工阶段上塔积液时间。
本发明提供了一种空气分离系统，包括：
空气分离塔，所述空气分离塔包括下塔和上塔，所述上塔设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，所述液氮入口的位置高于所述空气入口；所述下塔设置有下塔入口和塔底液出口，所述塔底液出口与所述液空入口相连；
与所述空气入口相连的空气输送管道；
与所述液氮入口相连的液氮输送管道。
优选的，还包括液氮储罐，所述液氮储罐的出料口与所述液氮输送管道的进料端相连。
优选的，所述液氮输送管道上设置有液氮泵。
优选的，所述上塔为填料塔。
优选的，所述下塔为板式塔。
优选的，所述上塔的塔底设置有冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的进气口与所述下塔的塔顶出气口相连，所述冷凝蒸发器的冷凝液出口与所述下塔的冷凝液回流口相连。
优选的，所述液相出口位于所述上塔的塔底。
优选的，所述气相出口为三个，第一气相出口位于上塔塔顶，第二气相出口位于所述液氮入口和所述空气入口之间，第三气相出口位于所述空气入口和所述液空入口的下方。
本发明提供了一种空气分离系统在开工阶段进行积液的方法，包括以下步骤：
在上述技术方案所述的空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，液氮促进空气在上塔内冷凝液化，形成积液。
优选的，所述液氮的温度＜-190℃。
与现有技术相比，本发明提供了一种空气分离系统及其开工阶段进行积液的方法。本发明提供的空气分离系统包括空气分离塔，所述空气分离塔包括下塔和上塔，所述上塔设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，所述液氮入口的位置高于所述空气入口；所述下塔设置有下塔入口和塔底液出口，所述塔底液出口与所述液空入口相连；与所述空气入口相连的空气输送管道；与所述液氮入口相连的液氮输送管道。空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，逐塔板实现上升空气的冷凝和液氮气化，冷凝的液体流至上塔底部，形成积液。本发明提供的空气分离系统以液氮作为冷源与空气进行气液传热传质，利用液氮促进空气在上塔内快速冷凝液化，从而大幅度缩短开工过程上塔底部积液的时间。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的空气分离系统示意图。
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。
本发明提供了一种空气分离系统，包括：
空气分离塔，所述空气分离塔包括下塔和上塔，所述上塔设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，所述液氮入口的位置高于所述空气入口；所述下塔设置有下塔入口和塔底液出口，所述塔底液出口与所述液空入口相连；
与所述空气入口相连的空气输送管道；
与所述液氮入口相连的液氮输送管道。
参见图1，图1是本发明实施例提供的空气分离系统示意图，图1中，1表示液氮储罐，2表示液氮泵，3表示液氮输送管道，4表示空气分离塔，5表示下塔，6表示冷凝蒸发器，7表示上塔，8表示空气输送管道。
本发明提供的空气分离系统包括空气分离塔4、空气输送管道8和液氮输送管道3，其中，空气分离塔4包括下塔5和上塔7。在本发明中，下塔5为高压塔，其上设置有下塔入口和塔底液出口，用于对空气进行预分离，得到液空和氮气。在本发明提供的一个实施例中，下塔5还设置有塔顶出气口和冷凝液回流口。在本发明提供的一个实施例中，下塔5为板式塔。
在本发明中，上塔7为低压塔，用于对液空进行精馏分离，其上设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，所述液氮入口的位置高于所述空气入口。在本发明提供的一个实施例中，所述液相出口位于上塔7的塔底，作为塔底积液(液氧)向外输送的通道。在本发明提供的一个实施例中，所述气相出口为三个，其中，第一气相出口位于上塔7的塔顶，作为纯氮气向外输送的通道；第二气相出口位于所述液氮入口和所述空气入口之间，作为污氮气向外输送的通道；第三气相出口位于所述空气入口和所述液空入口的下方，作为氧气向外输送的通道。在本发明提供的一个实施例中，上塔7为填料塔。
在本发明提供的一个实施例中，上塔7的塔底设置有冷凝蒸发器6，冷凝蒸发器6的进气口与下塔5的塔顶出气口相连，冷凝蒸发器6的冷凝液出口与下塔5的冷凝液回流口相连。在本发明中，下塔运行时，下塔5分离得到的压力氮通过塔顶出气口进入冷凝蒸发器6，作为热源加热上塔7塔底的液氧，使液氧再次蒸发，而完成换热的氮气在冷凝蒸发器6中冷凝，之后通过冷凝液回流口返回下塔5中。
在本发明中，空气输送管道8的出气端与所述空气入口相连接，用于将空气输送至上塔7。
在本发明中，液氮输送管道3的出料端与所述液氮入口相连接，用于将液氮输送至上塔7。在本发明提供的一个实施例中，液氮输送管道3上还设置有液氮泵2。在本发明提供的一个实施例中，所述空气分离系统还包括液氮储罐1，液氮储罐1的出料口与液氮输送管道3的进料端相连。
本发明提供的空气分离系统开工流程如下：将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，逐塔板实现上升空气的冷凝和液氮气化，冷凝的液体流至上塔底部，形成积液。
本发明提供的空气分离系统以液氮作为冷源与空气进行气液传热传质，利用液氮促进空气在上塔内快速冷凝液化，从而大幅度缩短开工过程上塔底部积液的时间。
本发明还提供了一种空气分离系统在开工阶段进行积液的方法，包括以下步骤：
在上述技术方案所述的空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，液氮促进空气在上塔内冷凝液化，形成积液。
在本发明提供的方法中，在所述空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，其中，所述液氮的温度优选＜-190℃，具体可为-193℃；所述液氮的纯度优选≥99.99％；所述空气中的CO2含量优选≤1ppm；所述空气的露点优选≤-60℃。在本发明中，液氮作为冷源自上而下逐塔板下流，与自下而上逐塔板上升的空气进行气液传热传质，部分空气被冷凝为液体逐塔板下流至上塔底部形成积液，而液氮被复热为污氮气放空。在本发明中，所述污氮气的含氧量优选高于4％；所述积液为液氧，所述液氧的纯度优选≥99.6％。在本发明中，优选在上塔底部满足开始积液条件时再将液氮输送到上塔中，其流量需要根据塔内的压力和空气加工量决定，正常情况下压力优选不高于32KPaG，空气加工量优选随着积液量的升高而增加。
本发明提供的方法以液氮作为冷源，使空气在上塔内快速冷凝液化，从而大幅度缩短开工过程上塔底部积液的时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气分离系统，其特征在于，包括：
空气分离塔，所述空气分离塔包括下塔和上塔，所述上塔设置有液氮入口、空气入口、液空入口、液相出口和若干个气相出口，所述液氮入口的位置高于所述空气入口；所述下塔设置有下塔入口和塔底液出口，所述塔底液出口与所述液空入口相连；
与所述空气入口相连的空气输送管道；
与所述液氮入口相连的液氮输送管道。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括液氮储罐，所述液氮储罐的出料口与所述液氮输送管道的进料端相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液氮输送管道上设置有液氮泵。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上塔为填料塔。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下塔为板式塔。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上塔的塔底设置有冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器的进气口与所述下塔的塔顶出气口相连，所述冷凝蒸发器的冷凝液出口与所述下塔的冷凝液回流口相连。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液相出口位于所述上塔的塔底。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气相出口为三个，第一气相出口位于上塔塔顶，第二气相出口位于所述液氮入口和所述空气入口之间，第三气相出口位于所述空气入口和所述液空入口的下方。
9.一种空气分离系统在开工阶段进行积液的方法，包括以下步骤：
在权利要求1～8任一项所述的空气分离系统开工时，将液氮和空气分别通过相应的输送管道输入到空气分离塔的上塔中，液氮促进空气在上塔内冷凝液化，形成积液。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述液氮的温度＜-190℃。
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