CN113623942A - 一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法，所述装置适于将进料空气量为X的空气分离装置改装成进料空气量为Y的空气分离装置；进料空气量Y>进料空气量X，且所述空气分离装置至少包含进入空气预冷纯化单元的管道、进入第一空气膨胀机的增压端的管道、进入精馏塔的管道、富氧液体从精馏塔进入第一液氧泵的管道、从精馏塔输出污气氮的管道和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点。

Description

一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法
技术领域
本发明属于空气低温精馏领域，涉及一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法，该方法既能提高改装后空气分离装置的产量而又不用改变现有空气分离装置的基础配置。
背景技术
空气可以在空气分离装置中分离为氧和氮产品，其中通过空气低温精馏获得富氧产品和富氮产品，以及也可能有氩产品。空气低温精馏的核心是利用空气中各组分沸点的差异，在精馏塔中来实现气体混合物的分离，其基本原理是利用膨胀机绝热膨胀制冷和焦耳-汤姆逊节流制冷效应，把一定压力的工艺空气通过膨胀和节流，产生更低的温度，通过换热回收冷量，可将空气中各组分分离开来得到气体和液体产品。低温精馏设备的常规或主制冷源通常由基于涡轮膨胀机的制冷系统供应，该系统可以使部分进料空气流或废物流膨胀，以形成制冷流，然后将该制冷流引入主换热器或低温空气分离设备的精馏塔中。整个系统的冷量大部分由膨胀机绝热膨胀来保证。
CN108474616b提供了一种补充或辅助制冷系统，此类附加补充液体制造功能与原空分装置的主制冷源集成一体，以制备更多的液态产物。此类附加补充液体制造具有高效性和操作灵活性，可以是便携式的，并且优化地撬装的。对同时需要气体和大液体量的空分装置的用户来说，降低装置的能耗和提高提取率，可以有效满足生产需要时降低生产成本，有利于节能减排和生态环境保护。
在实际应用中，根据用户需要有时候需要改造现有空分装置，以提供比现有空分装置更多产量的产品。在以往的空分改造项目中，通常需要改变现有空分装置的大部分组件，其中包括空气压缩机、主换热器、精馏塔，甚至空气膨胀机和管道尺寸，这样的改造幅度较大，期间需要停工停产，而且经济性极差。
有些情况下，用户设计第一阶段空分装置时即可预期第二阶段需要增加的空气处理量，这样的改装一般是可预期的，有鉴于此，如何设计一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
为了实现上述发明目的，本发明公开了一种适于改装的空气分离装置，所述装置至少包含适用于进料空气量为X的一主空气压缩机、一主换热器、第一空气膨胀机及第一液氧泵，该第一空气膨胀机具有增压端和膨胀端，适用于进料空气量为Y的一空气预冷纯化单元及精馏塔，以及连接各组成部件的管道，该精馏塔至少产生一富氧液体和一污气氮，该富氧液体通过第一液氧泵加压并进入主换热器复热，该污气氮进入主换热器复热；进料空气量Y>进料空气量X，且所述连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元的管道、进入第一空气膨胀机的增压端的管道、进入精馏塔的管道、富氧液体从精馏塔进入第一液氧泵的管道、从精馏塔输出污气氮的管道和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点。
更进一步地，还包含附加设备，其至少包含一适用于进料空气量为(Y-X)的附加空气压缩机，一附加空气膨胀机，一附加换热器及附加液氧泵，该附加空气膨胀机具有增压端和膨胀端。
更进一步地，所述精馏塔具有以热交换关系相关联的一塔和二塔。
更进一步地，依次连接附加空气压缩机和附加空气膨胀机的增压端，将附加空气膨胀机的增压端的出口端与第一接入点相连；第二接入点依次连接附加换热器和附加空气膨胀机的膨胀端，然后附加空气膨胀机的膨胀端的出口端与第三接入点相连；第四接入点与附加液氧泵的入口端相连，附加液氧泵的出口端与附加换热器相连；第五接入点与附加换热器的入口端相连。
更进一步地，所述第一/第二/第三/第四/第五接入点可以是构建在该空气分离装置的具帽管道或具帽阀门。
更进一步地，所述装置至少包含适用于进料空气量为X的主空气压缩机、主换热器、第一空气膨胀机及第一液氧泵，该第一空气膨胀机具有增压端和膨胀端；适用于进料空气量为Y的空气预冷纯化单元及精馏塔，该精馏塔具有以热交换关系相关联的一塔和二塔；适用于进料空气量为(Y-X)的附加设备，其至少包含附加空气压缩机，附加空气膨胀机，附加换热器及附加液氧泵，该附加空气膨胀机具有增压端和膨胀端，以及连接各组成部件的管道；所述连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元的管道、进入第一空气膨胀机的增压端的管道、进入一塔的管道、富氧液体从二塔进入第一液氧泵的管道、从二塔输出污气氮的管道和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点；第一接入点设置在进入空气预冷纯化单元的管道上，第二接入点设置在进入第一空气膨胀机的增压端的管道上，第三接入点设置在进入一塔的管道上，第四接入点设置在富氧液体进入第一液氧泵的管道上，第五接入点设置在从二塔输出污气氮的管道上。
本发明还公开了一种将所述适于改装的空气分离装置，从适用于进料空气量为X改装成适用于进料空气量为Y的方法，在主空气压缩机中压缩进料空气量为X的第一空气形成第一压缩空气，依次在附加空气压缩机和附加空气膨胀机的增压端中压缩进料空气量为(Y-X)的第二空气形成第二压缩空气，然后将第二压缩空气与第一压缩空气汇合形成进料空气量为Y的压缩空气，然后经空气预冷纯化单元形成干燥空气；在将所得干燥空气送入一塔之前，先在附加换热器中部分冷却所述干燥空气的第一部分，然后在附加空气膨胀机的膨胀端中膨胀所述第一部分干燥空气形成第一膨胀空气流；在第一空气膨胀机的增压端压缩所述干燥空气的第二部分形成第一增压空气流，并在主换热器内冷却所述第一增压空气流并分为两部分；其中，至少一部分第一增压空气流经主换热器完全冷却，然后经节流膨胀形成第二膨胀空气流送入一塔；至少另一部分第一增压空气流在主换热器中部分冷却，并在第一空气膨胀机的膨胀端中膨胀形成第三膨胀空气流；第一膨胀空气流与第三膨胀空气流汇合形成进塔流股送入一塔；从二塔底部抽取富氧液体经第一液氧泵加压，第一部分富氧液体经主换热器复热后作为第一气氧产品输出，第二部分富氧液体直接作为液氧产品输出；第三部分富氧液体经附加液氧泵加压，然后经附加换热器复热后作为第二气氧产品输出；从二塔抽取污气氮，至少一部分污气氮在主换热器中复热后排空，至少另一部分污气氮在附加换热器中复热后排空。
更进一步地，Y比X至少多10％～100％。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
1.该改造的空分装置采用两台增压透平膨胀机的规格，有利于膨胀机的稳定运行，也充分利用透平膨胀机膨胀功来再次增压进料空气，不但充分发挥其制冷效果，还极好地满足了大液体量空分装置所需的冷量。
2.本发明提供的方案可以在满足客户潜在需求的前提下，尽可能少地改造现有空分装置的大部分组件，以应对增加的空气量，升级空分装置的成本将大大降低，这样可以尽可能地减少对现有空分装置各个部分的运行能力和效果的影响。
3.改造的工作量比较少，只需在现有空分装置中保留这些附加设备的安装接入点，所述安装接入点可以是构建在该空气分离装置的具帽管道或具帽的阀门，并且在改装时使用变径接头来连接不同直径的管道即可。
4.由于附加设备部分与原设备部分相对独立，所以可以仅通过调节附加空气压缩机和/或附加空气膨胀机的增压端的配置以满足客户潜在需要增加处理的空气量和压力，优选地，增加的空气量与原进料空气量的比例为10％-100％。
附图说明
图1是本发明所提供的对比例的结构示意图；
图2是本发明所提供的基于对比例的实施例的结构示意图；
图中：1-精馏塔；2-空气压缩机；3-空气预冷纯化系统；4-主换热器；5-一塔；6-二塔；7-附加设备；8-附加空气压缩机；9-附加空气膨胀机；9a-附加空气膨胀机的增压端；9b-附加空气膨胀机的膨胀端；10-附加换热器；11-第一空气膨胀机；11a-第一空气膨胀机的增压端；11b-第一空气膨胀机的膨胀端；17-第一液氧泵；18-附加液氧泵；19-第一接入点；20-第二接入点；21-第三接入点；22-第四接入点；23-第五接入点；24-进入空气预冷纯化单元的管道；25-进入第一空气膨胀机的增压端的管道；26-进入一塔的管道；27-富氧液体进入第一液氧泵的管道；28-从二塔输出污气氮的管道；
a-第一空气；a’-第一压缩空气；b-第二空气；b’-第二压缩空气；c-干燥空气；c1-第一部分干燥空气；c1’-第一膨胀空气流；c2-第二部分干燥空气；c2’-第一增压空气流；c2’a-至少一部分第一增压空气流；c2’a’-第二膨胀空气流；c2’b-至少另一部分第一增压空气流；c2’b’-第三膨胀空气流；d-富氧液体；d1-第一部分富氧液体；d1’-第一气氧产品；d2-第二部分富氧液体；d3-第三部分富氧液体；d3’-第二气氧产品；e-进塔流股；f-污气氮；f1-至少一部分污气氮；f2-至少另一部分污气氮。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“固定地连接的”或“固定连接”或“非活动地连接的”被理解为指的是在两个或更多结构构件之间的连接不是构造成提供相对运动。一个固定连接的实施例是焊接连结或螺栓连接，以及有些情况下的焊缝和螺栓连接。“活动地连接”或“活动的”或“移动连接”被理解为指的是在两个或多个结构构件之间的连接，其允许在极端的动力载荷下，在构件之间有水平和/或垂直的相对运动。这样的连接通常不允许在静载荷或一般的动力载荷(例如，来自轻度/中等的风力所施加的那样)下运动。
进料空气量Y、X，其流量的常用计量单位通常是标方(Nm3/h)，N代表标准条件，即空气的条件为一个标准大气压，温度为0℃。
术语“富氧液体”指氧的摩尔百分比大于30的液态流体，其可以是从精馏塔二塔底部抽出的摩尔百分比大于99的高纯液氧，也可以是从精馏塔一塔底部抽出的摩尔百分比约为40的低纯液氧。
本发明中的空气预冷单元用来将主空气压缩机排出的高温空气(70-120℃)预冷到适合进入空气纯化系统的温度(一般为10-25℃)。高温空气一般在空冷塔中与普通循环冷却水及冷冻水(一般为5-20℃)接触换热从而达到冷却的目的。冷冻水可以通过将普通循环冷却水与由精馏塔产生的气体产品或副产品，比如污气氮接触换热或通过冷冻机来获得。空气纯化单元是指将空气中的灰尘、水蒸汽、CO2、碳氢化合物等去除的净化装置。主空气压缩机排出的高温空气经空气预冷单元和空气纯化单元以形成干燥空气。
在主换热器中，经过压缩、预冷、纯化的干燥空气和精馏产生的气体和/或液体产品进行非接触换热，并被冷却到接近或等于一塔的精馏温度，一般低于150K。常见的主换热器包括分体式或一体式等方式。本发明中使用整体组合式换热器。在换热器的使用过程中，与温度较低的各流股连接的一端称为冷端，与温度较高的各流股连接的一端称为热端。
涡轮膨胀机利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身冷却而达到制冷的目的。空气膨胀机的膨胀端通过适当的传动装置与增压端连接，但是空气膨胀机的膨胀端也可以连接或可操作地联接至发电机。此类发电机负载的空气膨胀机布置允许空气膨胀机的速度即使在非常高或低的负载下也保持恒定。这种布置在某些应用中是可取的，因为涡轮膨胀机的速度在整个运行范围内将保持大致恒定的理想效率。在此类布置中，发电机负载可以使用高速发电机连接至空气膨胀机。另选地，发电机负载可以利用连接至内部或外部齿轮箱的高速联轴器和从齿轮箱至发电机的低速联轴器连接至空气膨胀机。
本发明的低温精馏是至少部分在温度为150K或低于150K下进行的精馏方法。此处的“塔”意指一蒸馏或分馏塔或区，其中液相和气相逆流接触以有效地分离流体混合物。本发明中的“一塔”的一般操作压力为5～6.5bara，高于“二塔”的一般操作压力1.1～1.5bara。二塔可以垂直地安装在一塔顶部或两个塔并排安装。一塔与二塔之间具有以热交换关系相关联的主冷凝蒸发器，其位于二塔的底部，它可以使一塔顶部产生的纯氮气经与二塔底部产生的富氧液体换热冷凝后在一塔的顶部得到纯液氮，同时将富氧液体部分蒸发。主冷凝蒸发器的种类包括管壳式，降膜式，浸浴式等，本发明中可采用浸浴式冷凝蒸发器。
本发明中“适用于”指的是空气压缩机可以处理的最大空气量为X，较普遍的情况是，空气压缩机可以覆盖比X多5％的裕量。改装成适用于进料空气量为Y的空气分离装置，由于Y比X至少多10％，这一部分不能由空气压缩机的裕量覆盖，所以至少需要增加一台附加空气压缩机以处理(Y-X)的空气量，与原进料空气合并形成空气量为Y的湿空气一起送入空气预冷单元和空气纯化单元以形成干燥空气，如此改装成适用于总进料空气量为Y的空气分离装置。所以，空气压缩机和附加空气压缩机均应尽量按照实际进料空气量进行最优设计，而不应保留过大的余量而长时间低负荷工况运行。
此外，塔的设计规格，包括塔高、直径、填料层数、填料种类等决定了它空气分离的最大能力。对于一定量的进料空气，由塔产生的产品的总量是大致不变的，但气体产品和液体产品之间的比例可以在一定范围内进行调节。对于一套低温精馏设备而言，产品的最高产量和它们之间的比例在设备的设计和施工阶段就已经确定了，而且一般为了节省投入和运行成本，设备的各个组成部分的最大容量、尺寸、选材等，都尽量和设计的最高要求相匹配，而不会留有太多的余量。例如，空气预冷单元和空气纯化单元可以在大约75％的低负荷工况下运行，由于空分装置的阻力变小了，能耗反而会更好；塔的操作弹性可以覆盖增加5％的产量；第一空气膨胀机的设计点在改装之后保持不变，即流量、压力、温度基本没有变化，但是改装后的空分装置可通过增加空气膨胀机的台数来提供更多的冷量；过冷器、主换热器等换热器一般是铝制板翅式换热器，其通道的流量以及换热容量一般在定制的时候保留10％的余量；管道的通量和管道的直径的平方成正比，且一般在市售的型号中进行选择；节流阀的选择也尽量和节流的流量相匹配。
因此，如果预计提供比现有空分装置更多产量的产品，则需要增加进料空气的总量，由处理原来的进料空气量为X，改装成适用于进料空气量为Y的空气分离装置，其中Y比X至少多10％～100％。将面临以下几个问题：如果按处理原来的进料空气量为X设计整套空分装置，之后将没有足够的能力来制造更多产量的产品；但是如果在设计初期就按照预计增加处理的进料空气量Y来设计整套空分装置，那么将在很长一段时间内按照低负荷工况运行，尤其对于在低负荷工况下运行能耗变差的空气压缩机、空气膨胀机和液氧泵，从设备投入和运行成本角度考虑是一种浪费。
考虑到整套空分装置的首要设备投资在转动设备，技术人员想到一种无需改变现有空分装置的大部分组件，包括空气压缩机/空气预冷单元/空气净化单元/主换热器/第一空气膨胀机/精馏塔系统/第一液氧泵/管道系统，而主要购买一组附加设备，以应对增加的空气量，升级空分装置的成本将大大降低。具体地说，空气压缩机/第一空气膨胀机/主换热器/第一液氧泵按进料空气量X设计，不用保留过大的余量，改装前后的设计点运行基本一致；而空气预冷单元/空气净化单元/精馏塔系统/管道系统则按照进料空气量Y进行设计，这意味着这些设备将保有较大的余量以应对增加的空气量(Y-X)，在未改造之前这些设备按照低负荷工况运行。该方法既能提高改装后空气分离装置的产量而又不用改变现有空气分离装置的基础配置，尽可能地减少对现有空分装置各个部分的运行能力和效果的影响。
根据用户需求，改装工作除了购买一台附加空气压缩机，还需购买一组附加空气膨胀机/附加换热器/附加产品液氧泵，在现有空分装置中保留这些附加设备的安装接入点，所述接入点可以是构建在该空气分离装置的具帽管道或具帽阀门。具帽管道或具帽阀门是具有盲法兰盖或者管堵的部件，用于封堵管道口，所起到的功能和封头及管帽是一样的，只不过盲板密封是一种可拆卸的密封装置，而封头的密封是不准备再打开的。盲板应设置在要求隔离的部位，如设备接管口处、切断阀前后或两个法兰之间，推荐使用8字盲板。在需要和所连接的设备进行连接之前，需要在低点排净然后再投入正常生产。
附加空气压缩机的作用与现有空分装置的空气压缩机的作用一致，空气压缩机用以压缩进料空气量为X的空气，附加空气压缩机用以压缩进料空气量为(Y-X)的空气，然后经附加空气压缩机的湿空气进一步在附加空气膨胀机的增压端压缩之后返回到空气预冷单元的入口，与原进料空气合并一起送入空气预冷单元和空气纯化单元以形成干燥空气。附加空气膨胀机和第一空气膨胀机的作用一致，其通过膨胀一部分进料空气为空分装置提供更多的冷量，第二接入点20依次连接附加换热器10和附加空气膨胀机的膨胀端9b，然后附加空气膨胀机的膨胀端9b的出口端与第三接入点21相连。附加液氧泵与第一液氧泵的作用一致，将从精馏塔抽出的富氧液体分别加压至不同的压力，然后泵送至换热器进行复热，或者直接作为液氧产品输出，第四接入点22与附加液氧泵18的入口端相连，附加液氧泵18的出口端与附加换热器10相连。第五接入点23与附加换热器10的入口端相连，其实是在第五接入点将从二塔输出的污气氮分为两部分，至少一部分连接至主换热器，至少另一部分连接至附加换热器。
下面结合附图1-2详细说明本发明的具体实施例。
图1是本发明所提供的对比例的结构示意图，该空气分离装置具有一主空气压缩机2、一空气预冷纯化单元3、一主换热器4和精馏塔1，所述精馏塔1具有以热交换相关联的一塔5和二塔6；还具有第一空气膨胀机11，其具有增压端11a和膨胀端11b。在主空气压缩机2中压缩进料空气量为X的第一空气a形成第一压缩空气a’，然后经空气预冷纯化单元3和第一膨胀机的增压端11a形成干燥后的第二空气a”并且分为两部分，其中，至少一部分第二空气a”1经主换热器4完全冷却，然后经节流膨胀形成膨胀空气流a”1’送入一塔5；至少另一部分第二空气a”2在主换热器4中部分冷却，并在第一空气膨胀机的膨胀端11b中膨胀形成膨胀空气流a”2’送入一塔5，其中膨胀空气流a”2’在膨胀空气流a”1’进一塔位置的若干填料以下的位置。从二塔6底部抽取一富氧液体d，第一部分富氧液体d1经第一液氧泵17加压，然后经主换热器4复热后作为第一气氧产品d1’，第二部分富氧液体d2直接作为液氧产品输出。从二塔6抽取一污气氮f，至少一部分污气氮在主换热器4中复热后排空。连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元3的管道24、进入第一空气膨胀机的增压端11a的管道25、进入一塔5的管道26、富氧液体从二塔6进入第一液氧泵17的管道27、从二塔6输出污气氮的管道28；第一接入点19设置在进入空气预冷纯化单元的管道24上，第二接入点20设置在进入第一空气膨胀机的增压端的管道25上，第三接入点21设置在进入一塔的管道26上，第四接入点22设置在富氧液体进入第一液氧泵的管道27上，第五接入点23设置在从二塔输出污气氮的管道28上。
图2是本发明所提供的基于对比例的实施例的结构示意图。所述装置至少包含适用于进料空气量为X的主空气压缩机2、主换热器4、第一空气膨胀机11及第一液氧泵17，该第一空气膨胀机11具有增压端11a和膨胀端11b；适用于进料空气量为Y的空气预冷纯化单元3及精馏塔1，该精馏塔1具有以热交换关系相关联的一塔5和二塔6；适用于进料空气量为(Y-X)的附加设备7，其至少包含附加空气压缩机8，附加空气膨胀机9，附加换热器10及附加液氧泵18，该附加空气膨胀机9具有增压端9a和膨胀端9b，以及连接各组成部件的管道；所述连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元3的管道24、进入第一空气膨胀机的增压端11a的管道25、进入一塔5的管道26、富氧液体从二塔6进入第一液氧泵17的管道27、从二塔6输出污气氮的管道28和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点(19,20,21,22,23)；第一接入点19设置在进入空气预冷纯化单元的管道24上，第二接入点20设置在进入第一空气膨胀机的增压端的管道25上，第三接入点21设置在进入一塔的管道26上，第四接入点22设置在富氧液体进入第一液氧泵的管道27上，第五接入点23设置在从二塔输出污气氮的管道28上。
在图1对比例的基础上，依次连接附加空气压缩机8和附加空气膨胀机的增压端9a，将附加空气膨胀机的增压端9a的出口端与第一接入点19相连；第二接入点20依次连接附加换热器10和附加空气膨胀机的膨胀端9b，然后附加空气膨胀机的膨胀端9b的出口端与第三接入点21相连；第四接入点22与附加液氧泵18的入口端相连，附加液氧泵18的出口端与附加换热器10相连；第五接入点23与附加换热器10的入口端相连。
在主空气压缩机2中压缩进料空气量为X的第一空气a形成第一压缩空气a’，依次在附加空气压缩机8和附加空气膨胀机的增压端9a中压缩进料空气量为(Y-X)的第二空气b形成第二压缩空气b’，然后将第二压缩空气b’与第一压缩空气a’汇合形成进料空气量为Y的压缩空气，然后经空气预冷纯化单元3形成干燥空气c；在将所得干燥空气c送入一塔5之前，先在附加换热器10中部分冷却所述干燥空气的第一部分c1，然后在附加空气膨胀机的膨胀端9b中膨胀所述第一部分干燥空气c1形成第一膨胀空气流c1’；在第一空气膨胀机的增压端11a压缩所述干燥空气的第二部分c2形成第一增压空气流c2’，并在主换热器4内冷却所述第一增压空气流c2’并分为两部分；其中，至少一部分第一增压空气流c2’a经主换热器4完全冷却，然后经节流膨胀形成第二膨胀空气流c2’a’送入一塔5；至少另一部分第一增压空气流c2’b在主换热器4中部分冷却，并在第一空气膨胀机的膨胀端11b中膨胀形成第三膨胀空气流c2’b’；第一膨胀空气流c1’与第三膨胀空气流c2’b’汇合形成进塔流股e送入一塔5；从二塔6底部抽取富氧液体d经第一液氧泵17加压，第一部分富氧液体d1经主换热器4复热后作为第一气氧产品d1’输出，第二部分富氧液体d2直接作为液氧产品输出；第三部分富氧液体d3经附加液氧泵18加压，然后经附加换热器10复热后作为第二气氧产品d3’输出；从二塔6抽取污气氮f，至少一部分污气氮f1在主换热器4中复热后排空，至少另一部分污气氮f2在附加换热器10中复热后排空。
优选地，本实施例中Y比X大约多35％，即(Y－X)/X＝35％。
除非清楚地指出相反的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种适于改装的空气分离装置，所述装置至少包含适用于进料空气量为X的一主空气压缩机(2)、一主换热器(4)、第一空气膨胀机(11)及第一液氧泵(17)，该第一空气膨胀机(11)具有增压端(11a)和膨胀端(11b)，适用于进料空气量为Y的一空气预冷纯化单元(3)及精馏塔(1)，以及连接各组成部件的管道，该精馏塔(1)至少产生一富氧液体和一污气氮，该富氧液体通过第一液氧泵(17)加压并进入主换热器(4)复热，该污气氮进入主换热器(4)复热；其特征在于，进料空气量Y>进料空气量X，且所述连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元(3)的管道(24)、进入第一空气膨胀机的增压端(11a)的管道(25)、进入精馏塔(1)的管道(26)、富氧液体从精馏塔(1)进入第一液氧泵(17)的管道(27)、从精馏塔(1)输出污气氮的管道(28)和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点(19,20,21,22,23)。
2.如权利要求1所述的适于改装的空气分离装置，其特征在于：还包含附加设备(7)，其至少包含一适用于进料空气量为(Y-X)的附加空气压缩机(8)，一附加空气膨胀机(9)，一附加换热器(10)及附加液氧泵(18)，该附加空气膨胀机(9)具有增压端(9a)和膨胀端(9b)。
3.如权利要求2所述的适于改装的空气分离装置，其特征在于：所述精馏塔具有以热交换关系相关联的一塔(5)和二塔(6)。
4.如权利要求3所述的适于改装的空气分离装置，其特征在于：依次连接附加空气压缩机(8)和附加空气膨胀机的增压端(9a)，将附加空气膨胀机的增压端(9a)的出口端与第一接入点(19)相连；第二接入点(20)依次连接附加换热器(10)和附加空气膨胀机的膨胀端(9b)，然后附加空气膨胀机的膨胀端(9b)的出口端与第三接入点(21)相连；第四接入点(22)与附加液氧泵(18)的入口端相连，附加液氧泵(18)的出口端与附加换热器(10)相连；第五接入点(23)与附加换热器(10)的入口端相连。
5.如权利要求1所述的适于改装的空气分离装置，其特征在于：所述第一/第二/第三/第四/第五接入点(19,20,21,22,23)是构建在该空气分离装置的具帽管道或具帽阀门。
6.如权利要求4所述的适于改装的空气分离装置，其特征在于：所述装置至少包含适用于进料空气量为X的主空气压缩机(2)、主换热器(4)、第一空气膨胀机(11)及第一液氧泵(17)，该第一空气膨胀机(11)具有增压端(11a)和膨胀端(11b)；适用于进料空气量为Y的空气预冷纯化单元(3)及精馏塔(1)，该精馏塔(1)具有以热交换关系相关联的一塔(5)和二塔(6)；适用于进料空气量为(Y-X)的附加设备(7)，其至少包含附加空气压缩机(8)，附加空气膨胀机(9)，附加换热器(10)及附加液氧泵(18)，该附加空气膨胀机(9)具有增压端(9a)和膨胀端(9b)，以及连接各组成部件的管道；所述连接各组成部件的管道至少包含进入空气预冷纯化单元(3)的管道(24)、进入第一空气膨胀机的增压端(11a)的管道(25)、进入一塔(5)的管道(26)、富氧液体从二塔(6)进入第一液氧泵(17)的管道(27)、从二塔(6)输出污气氮的管道(28)和分别设置在所述5条管道上的第一/第二/第三/第四/第五接入点(19,20,21,22,23)；
第一接入点(19)设置在进入空气预冷纯化单元的管道(24)上，第二接入点(20)设置在进入第一空气膨胀机的增压端的管道(25)上，第三接入点(21)设置在进入一塔的管道(26)上，第四接入点(22)设置在富氧液体进入第一液氧泵的管道(27)上，第五接入点(23)设置在从二塔输出污气氮的管道(28)上。
7.一种改装如权利要求6所述的适于改装的空气分离装置的方法，其从适用于进料空气量为X改装成适用于进料空气量为Y，其特征在于，在主空气压缩机(2)中压缩进料空气量为X的第一空气(a)形成第一压缩空气(a’)，依次在附加空气压缩机(8)和附加空气膨胀机的增压端(9a)中压缩进料空气量为(Y-X)的第二空气(b)形成第二压缩空气(b’)，然后将第二压缩空气(b’)与第一压缩空气(a’)汇合形成进料空气量为Y的压缩空气，然后经空气预冷纯化单元(3)形成干燥空气(c)；
在将所得干燥空气(c)送入一塔(5)之前，先在附加换热器(10)中部分冷却所述干燥空气的第一部分(c1)，然后在附加空气膨胀机的膨胀端(9b)中膨胀所述第一部分干燥空气(c1)形成第一膨胀空气流(c1’)；
在第一空气膨胀机的增压端(11a)压缩所述干燥空气的第二部分(c2)形成第一增压空气流(c2’)，并在主换热器(4)内冷却所述第一增压空气流(c2’)并分为两部分；其中，至少一部分第一增压空气流(c2’a)经主换热器(4)完全冷却，然后经节流膨胀形成第二膨胀空气流(c2’a’)送入一塔(5)；至少另一部分第一增压空气流(c2’b)在主换热器(4)中部分冷却，并在第一空气膨胀机的膨胀端(11b)中膨胀形成第三膨胀空气流(c2’b’)；第一膨胀空气流(c1’)与第三膨胀空气流(c2’b’)汇合形成进塔流股(e)送入一塔(5)；
从二塔(6)底部抽取富氧液体(d)经第一液氧泵(17)加压，第一部分富氧液体(d1)经主换热器(4)复热后作为第一气氧产品(d1’)输出，第二部分富氧液体(d2)直接作为液氧产品输出；第三部分富氧液体(d3)经附加液氧泵(18)加压，然后经附加换热器(10)复热后作为第二气氧产品(d3’)输出；
从二塔(6)抽取污气氮(f)，至少一部分污气氮(f1)在主换热器(4)中复热后排空，至少另一部分污气氮(f2)在附加换热器(10)中复热后排空。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：Y比X至少多10％～100％。
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