CN1202896C - 空气分离时纯化空气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用空气分离时纯化空气的方法，其特点是先将从空气压缩机来的热空气与污氮气在换热器中进行间接热交换，然后再将交换后的空气送入空冷塔冷却，进入水分离器除掉空气中的水，最后进入分子筛吸附器脱除二氧化碳和水，得到满足空分要求的纯净空气；将与空气热交换后污氮气送入加热器，进行加热后进入分子筛吸附器使分子筛再生，再生后的分子筛用冷污氮气进行降温。本发明充分利用了污氮气的冷量与来自空气压缩机的热空气的热量，提高了污氮进加热器的温度，减少了加热器的能耗；同时，降低了空气进空冷塔的温度，减少了冷冻机的耗电量。

Description

空气分离时纯化空气的方法
技术领域
本发明涉及空气分离时纯化空气的方法。
背景技术
现有的空气分离方法(通过低温液化和精馏的方法分离)一般为：空气经压缩纯化(除尘、除去水分及二氧化碳)后进入主换热器，经主换热器冷却后进入精馏塔，在精馏塔中进行空气分离，得到氮气和/或氧气。为了提高产品纯度，减小精馏塔的体积，一般空分装置中都有污氮气排出，污氮气自精馏塔上部引出并经过冷器以及主换热器加热后放空或再生分子筛。
在低温法分离空气的分子筛纯化空气流程中，空气经除尘、空气压缩机压缩后(一般气温在100℃以上，压力在0.45～0.6Mpa)在空冷塔中被冷却到8～10℃，再进入到分子筛吸附器以除掉空气中的水分及二氧化碳，以得到符合空气分离要求的纯净空气，吸附水分及二氧化碳后的分子筛需要用高温气体再生，其气源多采用装置放空的污氮气，污氮气经加热器加热使污氮气的温度由出装置的4～8℃升至165～175℃，再进入到分子筛吸附器中使分子筛再生，待分子筛吸附器出口的污氮气达95～105℃时停止加温，继续用冷污氮气冷吹至下一个切换周期(参见附图3)。
从上述对现有技术的描述中可看出，进空冷塔的空气温度越低对空冷塔越有利，而进加热器的污氮气温度越高对加热器越有利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气分离时纯化空气的方法，该方法首先使压缩后的热空气与污氮气在换热器中进行热交换，使压缩后的空气被冷却、污氮气被加热，然后再用常规方法纯化空气，其特点是能充分利用污氮气的冷量与热空气的热量，节能降耗。
为达到上述目的，本发明提供了一种空气分离时纯化空气的方法，其特征在于先将从空气压缩机来的热空气与来自精馏塔上部并经过冷器以及主换热器加热后的污氮气在换热器中进行间接热交换，然后将冷却后的空气送入空冷塔进一步冷却，再将空冷塔冷却后的空气送入水分离器以除掉空气中的游离水，最后将经过水分离器除水的空气送入分子筛吸附器以除去空气中的二氧化碳和水，得到符合空气分离要求的纯净空气；将与压缩机来的热空气热交换后的污氮气送入加热器，经加热器加热后送入分子筛吸附器，使分子筛再生后放空；未经过与压缩机来的热空气热交换的污氮气直接送入再生后的分子筛吸附器中，使再生后的分子筛降温后放空。
已有技术公开的各种换热器均可用于本发明，如可选板翅式换热器或管式换热器。从节能和节省空间的角度考虑，本发明优选板翅式换热器。
已有技术公开的各种加热器均可用于本发明，如可选电加热器或蒸汽加热器。
空分装置停车时或大检修后，冷箱内的设备需要加温时，可将纯净空气送入主换热器前先经过换热器与从空气压缩机来的热空气进行换热，将换热后的一部分纯净空气作为分子筛再生的气源来替换污氮气。用加热后的纯净空气对冷箱内的设备加温时，可大大加快加温速度。
本发明充分利用了污氮气的冷量与来自空气压缩机的热空气的热量，提高了污氮气进加热器的温度，减少了加热器的能耗；同时，降低了空气进空冷塔的温度，减少了冷冻机的耗电量。
本发明还可将纯净空气先经过换热器加热后再送入冷箱内对需要加热的设备进行加热，可大大加快加温速度，同时节省能耗或电耗。
本发明的这些和其他目的、特征和优点在参考以下附图及实施例阅读完本说明书后将变得更加明了。
附图说明
图1为本发明的空气净化工艺流程示意图
图2为本发明的空气净化工艺流程示意图
图3为现有技术的空气净化工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，但并不局限本
发明的范围。
在图1中，来自空气压缩机的热空气(一般温度为100℃以上)通过阀14沿管线30进入到换热器101内，热空气被冷却至65～75℃，冷却后的空气经过阀15进入空冷塔102被冷却水冷却至8～10℃，继续沿管线32进入水分离器103，以除掉空气中残存的游离的水，水通过阀16放出，除水后的空气通过管线33、阀17及阀3进入到分子筛吸附器1#中或通过管线33、阀17及阀4进入分子筛吸附器2#中，以除去空气中的二氧化碳和水，除去水和二氧化碳的空气(即纯净空气)通过管线36、管线37，再经阀11及管线38送入空分装置的主换热器中。
来自精馏塔上部并经过冷器以及主换热器加热后的污氮气(温度为4～6℃左右，通过阀9和管线40进入换热器101内被热空气加热到60℃以上，然后通过管线41、阀10、管线42进入加热器104(加热器可为电加热器或蒸汽加热器)，污氮气在其中被加热至165～175℃，继续沿管线43通过阀8进入分子筛吸附器2#或沿管线43通过阀7进入分子筛吸附器1#，使分子筛1#或2#再生后通过阀1、管线46或通过阀2、管线46放空。冷污氮气通过管线40、阀18和阀7进入分子筛1#或通过管线40、阀18和阀8进入分子筛吸附器2#，使再生后的1#或2#分子筛冷却后再通过阀1、管线46或通过阀2、管线46放空放空。此外，在分子筛切换过程中，可通过阀19将暂时不用的污氮气临时放空。
在图2中，来自空气压缩机的热空气通过14阀与污氮气在换热器101内进行间接热交换，热空气被冷却至65～75℃，冷却后的空气通过阀15进入空冷塔102被冷却水冷却至8～9℃，继续沿管线32进入水分离器103，以除掉空气中残存的游离的水分，水通过阀16放出，除水后的空气通过管线33、阀17及阀3进入到分子筛吸附器1#中或通过管线33、阀17及阀4进入分子筛吸附器2#中，以除去空气中的二氧化碳和水，除去水和二氧化碳的空气(即纯净空气)通过管线36、37，再经阀12(阀11关闭)、管线50、管线40送入换热器101中，空气被加热到50～80℃左右，然后再通过管线41、阀13及管线51、38送入空分装置的主换热器中。此时，阀9关闭，用一部分除去水和二氧化碳的空气(即纯净空气)作为分子筛再生的气源。从安全生产出发，一年装置需要停车加温一次，当装置停车时或装置大检修后需要加温设备时，可采用上述流程对压缩净化后的空气进行加热，然后再送入冷箱内加温设备，这样可大大加快加温速度，提高生产效率，节约能耗。
图1和图2中所述的阀14、15、16、17等优选为普通的截止阀；所述的阀1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、18、19优选为自控阀，以节省人力，降低成本。
                    实施例1
以KDON-3200/6500空分装置(即氧气的产出量为3200立方米、氮气的产出量为6500立方米)为例，分别按图1(本发明的方法，用蒸汽加热器加热污氮气)和图3(现有技术的方法，用蒸汽加热器加热污氮气)所示的方法净化空气，由于本发明的方法提高了污氮气进加热器温度，比现有技术的方法减少了蒸汽加热器耗蒸汽量2312吨/年(采用现有技术方法时，蒸汽加热器的耗蒸汽量为7629吨/年；采用本发明的方法时，蒸汽加热器的耗蒸汽量为5317吨/年)，每年节约费用在28.9万元；本发明的方法进空冷塔空气温度降低，比现有技术的方法减少了空冷塔中冷冻机的耗电量576923度/年，每年节约费用30万元左右。
                     实施例2
以KDON-3200/6500空分装置(即氧气的产出量为3200立方米、氮气的产出量为6500立方米)为例，按图2(本发明的方法，用蒸汽加热器加热空气)所示的方法加温冷箱内的设备，可大大加快加温速度，一次可节省电能在3-4万元(与纯净空气不经换热器101而直接去加温冷箱内的设备相比)。

Claims (4)

1、一种空气分离时纯化空气的方法，其特征在于先将从空气压缩机来的热空气与来自精馏塔上部并经过冷器以及主换热器加热后的污氮气在换热器中进行间接热交换，然后将冷却后的空气送入空冷塔进一步冷却，再将空冷塔冷却后的空气送入水分离器以除掉空气中的游离水，最后将经过水分离器除水的空气送入分子筛吸附器以除去空气中的二氧化碳和水，得到符合空气分离要求的纯净空气；将与压缩机来的热空气热交换后的污氮气送入加热器，经加热器加热后送入分子筛吸附器，使分子筛再生后放空；未经过与压缩机来的热空气热交换的污氮气直接送入再生后的分子筛吸附器中，使再生后的分子筛降温后放空。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的换热器为板翅式换热器。
3、如权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于所述的加热器为电加热器或蒸汽加热器。
4、如权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于空气分离装置停车时或大检修后，将纯净空气送入主换热器前先经过换热器与从空气压缩机来的热空气进行换热，将换热后的一部分纯净空气作为分子筛再生的气源来替换污氮气。
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