CN1169333A - 全低压空气分离新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全低压空气分离新工艺,特别适用于冶金行业炼铁、电炉炼钢、转炉炼钢所需氧气的制取。其工艺流程为:原料空气经空气过滤器去掉机械杂质后,经鼓风机将空气送入空气预冷系统,再经分子筛纯化器以清除水、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物,之后,进入变压吸附装置,将氮吸附、使氧通过,获得纯度为90%以上的氧气,其中一股富氧经氧压机进入贮氧系统,另一股富氧经氧压机进入主换热器,最后进入低温精馏塔,获得纯度为99.5%以上的氧气,同时得到99.99%的氮气。本发明的优点是节省投资,土建占地少,用氧灵活,具有推广价值。
Description
本发明涉及一种全低压空气分离新工艺，主要适用于冶金行业炼铁、电炉炼钢、转炉炼钢所需氧气的制取。
目前，全低压空气分离流程有以下几种：第一，低温精馏法(也称深冷法，简称ASU法)，它又包括切换式换热器冻结空分流程和常温分子筛净化流程两种。切换式换热器冻结空分流程为：原料空气经空气过滤器除去机械杂质进入空压机，被压缩到一定压力再进入空气予冷系统，降温后进入切换式换热器(蓄冷器)进行清除水和二氧化碳，同时进行热交换，最后进入空气分离塔进行精馏，按沸点不同分离出氧、氮等气体再经加压供用户使用；常温分子筛净化流程为：原料空气经空气过滤器除去机械杂质后进入空压机加压，再进入空气予冷系统，之后进入分子筛纯化器以清除水、二氧化碳、乙炔和大部分碳氢化合物，然后经板式换热器进入空气分离塔，(其中，从板式换热器出来的另一部分空气经膨胀系统进入空气分离塔)，按沸点不同进行分离得到产品氧、氮，经加压供用户使用。第二，变压吸附法(简称VPSA法)，其工艺流程为：原料空气经空气过滤器去掉机械杂质，之后，经鼓风机、冷却器和分离器进入变压吸附装置，分离器的作用是去掉部分水、油分。变压吸附装置内装复合型分子筛吸附剂以满足对水分、二氧化碳、乙炔和大部分碳氢化合物、氮气被吸附，让氧气通过，可以使氧气的纯度达60-95％。第三，变压吸附、低温精馏组合式制氧机(简称PSA+ASU法)，其工艺流程为：原料空气经袋式过滤器进入空压机，之后，经冷却系统冷却后进入分子筛选化系统，以吸附水、二氧化碳、乙炔和大部分碳氢化合物，然后进入变压吸附装置，以得到纯度为80％的富氧。从变压吸附装置出来的富氧经主换热器进入空气分离塔，制得纯度为99.5％以上的氧气。上述现有技术的缺点为投资规模大，土建占地多。
本发明的目的是针对上述现有技术中的缺点，而提供一种节省投资，土建占地少，能满足冶金行业不同工艺设备要求，灵活的分离空气的工艺流程。
本发明的目的是这样实现的，其工艺流程如下：
一、首先由变压吸附法从空气中制得纯度为90％以上的氧气：
原料空气首先经空气过滤器(1)去掉机械杂质后，然后经鼓风机(2)将空气送入空气予冷系统(3)，鼓风机出口的压力为70-80KPa。空气予冷系统(3)由常规水系统冷却加上冷水机组组成，使空气温度降低到8-10℃，经予冷后的空气进入分子筛纯化器(4)，以清除水、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。分子筛选纯化器(4)由两个单独的吸附塔和切换阀组组成，一个吸附水、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物，另一个被再生加热器(5)加热再生，两个吸附塔由切换阀组切换使用，由分子筛纯化器(4)出来的空气再进入变压吸附装置(6)，被专用的分子筛吸附剂将氮吸附，使氧通过，获得纯度为90％以上的氧气，其中一股富氧经氧压机(9)加到3.0MPa进入贮氧系统(10)，平衡贮存直接供炼铁富氧和电炉炼钢用。另一股富氧经氧压机(8)加压至0.5-0.6MPa后去低温精馏系统。变压吸附装置(6)由三个吸附塔和切换阀组组成，一塔吸附、一塔待用、一塔解吸，塔内装专用分子筛吸附剂来吸附氮，使氧通过，获得纯度为90％以上的氧气，氮气作为废气经真空解吸装置(7)排放掉。
二、再将上述制得的富氧由低温精馏法进一步提纯制得纯度为99.5％以上的氧气，同时得到纯度为99.99％的氮气：
将来自氧压机(8)的富氧送入主换热器(11)，被来自低温精馏塔(13)(14)气体冷却到-172℃左右，最后进入空气分离塔即低温精馏塔，制得纯度为99.5％以上的氧气，同时得到99.99％的氮气。低温精馏塔由上塔(14)，下塔(13)和节流阀系统(15)组成。真空解吸装置(7)排出废气的一部分经压缩机(6)和空气予冷系统(3)后，再经主换热器(11)去膨胀系统(12)，然后进入上塔(14)中部，以补充冷量和回流液的不足。
在分子筛纯化器(4)的空气出口和氧压机(8)的入口之间安装阀门(17)。阀门(17)的作用是便于用氧灵括。在变压吸附装置出现故障时，可由鼓风机、氧压机组成供原料系统经阀门(17)直接供低温精馏法生产。
本发明的优点如下：第一，节省投资。建立一套“3200m3/h型”(实际产氧量为9000m3/h)同样规模的空气分离装置，按低温精馏法(深冷法)需要投入资金约8000万左右。按本发明投建需投资金4800万左右。占低温精馏法投资60％。若利用原有1500m3/h空气分离装置改造成”3200m3/h型”只需投入改造费4400万左右，占原低温精馏法投资的55％。第二，占地少。利用本发明与建同样规模的低温精馏法空气分离装置可省去土建占地60％。第三，用氧灵活。原采用低温精馏法空气装置，一旦出现故障必须停机检修，储备氧气用完后转炉只能停产，电炉、高炉因停氧而影响产量，检修时间越长，生产损失越大。采用本发明后，低温精馏法空分装置出现故障后，变压吸附装置可以继续提供富氧，电炉炼钢，高炉富氧照常进行不影响产量，转炉增加吹炼时间减少产量而不停产。在日常运行中，电炉、高炉、转炉根据工况可以调整用氧量。在变压吸附装置出现故障时，可以由鼓风机、氧压机组成供原料系统供低温精馏法生产，同样可达到减产不停产。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的工艺流程示意图。
实施例1：以新建3200m3/h型空气分离装置为例。工艺说明如下(参见图1)：
将原料空气经空气过滤(1)除去机械杂质进入鼓风机(2)，总加工空气量为80000m3/h，出口压力为70～80KPa，从鼓风机(2)出来的原料空气进入空气预冷系统(3)，将空气温度降到8-10℃后再进入分子筛纯化器(4)，分子筛再生由分子筛再生加热器(5)来完成，清除水、二氧化碳、乙炔及大部碳氢化合物。由分子筛纯化器(4)出来露点低于-70℃的干燥空气温度为12-14℃进入变压吸附装置(6)，此装置由三个吸附塔、管道、切换阀组成，空气在吸附塔被吸附剂将氮吸附，氧通过得到纯度为90％以上的富氧气体9000m3/h另外其余气体由真空解吸系统(7)做为废气排出塔外；三塔工作状态中一塔吸附、一塔解吸、一塔待用切换使用完成空气富集过程。由变压吸附装置(6)出来的富氧气体分为两股，一股约5000m3/h经氧气压缩机(9)加压到3.0MPa后进入贮氧系统(10)供炼铁富氧用和电炉炼钢用。另一股约4000m3/h，经氧压机(8)压缩出口压力为0.5～0.6MPa主换热器(11)被返流气体冷却到-172℃左右进入下塔(13)。从真空解吸装置(7)排出一部分废气(主要是氮气)约4500m3/h，经加压系统(16)做为膨胀气体也称拉赫曼气去增压膨胀系统(12)由增压机增压再经冷却后进入主换热器与返流气体换热被冷却-95℃从主换热器中部抽出去膨胀机膨胀后进入上塔(14)中部参加精馏、补充上塔冷量，在下塔顶部获得99.99％氮气进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，一部分液氮回下塔作为回流液，另一部分液氮经节流系统(15)节流后入上塔顶部作为回流液。在下塔底部获得富氧液体经节流系统(15)节流入上塔中部参加精馏，在上塔顶部获得99.99％纯度氮，经主换热复热后出冷箱经氮压机后供用户使用。上塔底部的液氧在主冷中被下塔的氮气加热而蒸发获得纯度为99.5％的氧，经主换热复热后出冷箱与从上塔底部抽出液氧汽化后同时出冷箱。经氧压机加压后供用户使用。
整个工艺过程，鼓风机加工空气量约占变压吸附后产氧量的10倍，空气精馏设计按1500m3/h低温精馏法常规设计进行。供空气分馏塔精馏用富氧压力确定按1500m3/h低温精馏法常规设计完成。
“3200m3/h型”号空气分离设备主要技术规范：
加工空气量：80000m3/h(0℃.760mmHg)
产品产量及纯度：氧气：5000m3/h(90％O2)
(3200+10％)m3/h(99.5％O2)
氮气：(3200±5％)m3/h(99.99％N2)
启动时间：90％O21小时
99.99％N2，99.5％O2 32～48小时
连续运转时间：一年
制氩系统按常规设计进行。
实施例2：收原1500m3/h空分设备为”3200m3/h型”空气分离设备：
原为切换式冻结流程的去掉空压机。新增设备：
1、鼓风机组总空气加工量为80000m3/h。
2、冷水机组型号按常规设计计算确定。
3、分子筛纯化系统，处理空气量为80000m3/h。
4、变压吸附制氧装置，产氧量9000m3/h，纯度90％O2。
5、氧压机组，按设计要求选定。
其流程按实施按“3200m3/h型”确定，膨胀机由于利用原1500m3/h空气分离设备，因此从变压吸附装置的真空系统排出废气中引入膨胀机量按原1500m3/h空气分离设备的设计量选定。工艺流程低温精馏部按原流程进行。主要技术规范：
加工空气量：80000m3/h
产品产量和纯度：
氧气：5000m3/h(90％O2)，3200m3/h(99.5％O2)
氮气：3200m3/h(99.99N2)
制氩系统按常规设计进行。
实施例3：将原为蓄冷器冻结流程(1500m3/h)改为“3200m3/h型”空气分离设备：
去掉蓄冷器，二氧化碳吸附器，空气压缩机。所增加设备同实施例2，另加一套板式换热器，其工艺流程低温精馏部分按原流程，局部按新流程改动，板式换热器按3200型流程设计进行。
主要技术规范：
加工空气量：80000m3/h
产品产量纯度：氧5000m3/h(90％O2)
3200m3/h(99.5％O2)
氮3200m3/h(99.99％N2)
制氩系统按常规设计进行。
Claims (8)
1、一种全低压空气分离新工艺，其特征在于其工艺流程如下：
一、首先由变压吸附法从空气中制得纯度为90％以上的氧气；
原料空气首先经空气过滤器(1)去掉机械杂质后，然后经鼓风机(2)将空气送入空气预冷系统(3)经预冷后的空气进入分子筛纯化器(4)以清除水、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物，由分子筛纯化器(4)出来的空气再进入变压吸附装置(6)被专用的分子筛吸附剂将氮吸附，使氧通过，获得纯度为90％以上的氧气，其中一股富氧经氧压机(9)进入贮氧系统(10)另一的富氧经氧压机(8)去低温精馏系统；
二、再将上述制得的富氧由低温精馏法进一步提纯制得纯度为99.5％以上的氧气，同时得到纯度为99.99％的氮气：
将来自氧压机(8)的富氧送入主换热器(11)，最后进入空气分离塔即低温精馏塔，制得纯度为99.5％以上的氧气，同时得到99.99％的氮气。
2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于鼓风机出口的压力为70-80kpa。
3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于空气预冷系统(3)由常规水系统冷却加上冷水机组组成，使空气温度降到8-10℃。
4、根据权利要求3所述的工艺，其特征在于分子筛纯化器(4)由两个单独的吸附塔和切换阀组组成，一个吸附水、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物，另一个被再生加热器(5)加热再生，两个吸附塔由切换阀组切换使用，由分子筛纯化器(4)出来的空气的露点在-70℃以下。
5、根据权利要求4所述的工艺，其特征在于变压吸附装置(6)由三个吸附塔和切换阀组组成，一塔吸附、一塔待用、一塔解吸，塔内装专用分子筛吸附剂来吸附氮，使氧通过，获得纯度为90％以上的氧气，氮气作为废气经真空解吸装置(7)排放掉。
6、根据权利要求5所述一工艺，其特征在于低温精馏塔由上塔(14)，下塔(13)和节流阀系统(15)组成。
7、根据权利要求6所述的工艺，其特征在于真空解吸装置(7)排出废气的一部分经压缩机(16)和空气预冷系统(3)后，再经主换热器(11)去膨胀系统(12)，然后进入上塔(14)中部，以补充冷量和回流液的不足。
8、根据权利要求7所述的工艺，其特征在于在分子筛纯化器(4)的空气出口和氧压机(8)的入口之间安装阀门(17)。
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| CN 96108163 CN1169333A (zh) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 全低压空气分离新工艺 |
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