CN201909505U - 通过自增压提高氧气压力的空气分离设备 - Google Patents

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Inventor
古本理郎
P·麦利诺
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Air Liquide Hangzhou Co Ltd
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Air Liquide Hangzhou Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种通过自增压提高氧气压力的空气分离设备，该设备包括通过管道顺次连接的空气压缩机、空气净化单元、换热器单元、膨胀机以及双塔系统，该双塔系统包括位于下部的中压塔以及位于上部的低压塔，并且该双塔系统在输入以及输出上与所述换热器单元连接，其特征在于，该空气分离设备还包括辅助蒸发器，该辅助蒸发器连接在双塔系统的输出端与换热器单元之间，并且放置于地平面或尽可能接近地平面。这种空气分离设备可以在不使用氧气压缩机或者液氧泵的情况下获得具有较高压力的气氧产品，因此更安全并且具有更高的可靠性。

Description

通过自增压提高氧气压力的空气分离设备
技术领域
本实用新型用于空气分离设备，且主要针对通过低温精馏法分离空气的空气分离设备。
背景技术
空气分离简称“空分”，是指利用空气中各组分物理性质的不同，采用低温液化、吸附、膜分离等各种方法从空气中分离出氧气和氮气-有时还提取氦气、氩气等稀有气体的过程。用于进行空气分离的设备则称为空气分离设备或者空分设备。最常见的空气分离设备是利用低温精馏原理分离空气的设备。基本的低温精馏空气分离设备通常为双塔系统，该双塔指中压塔和低压塔，其中低压塔一般运行在1.4巴(绝压)左右，在该低压塔的底部通常为液氧产品。
在典型的低温精馏空气分离方法中，首先通过空气压缩机将空气加压到约6巴的绝对压力。然后，将已加压的空气送到纯化器单元，以便去除空气中的杂质，主要是在低温下能凝固的水分和二氧化碳。接着，将已净化的加压空气进给到热交换器，在该热交换器中将大部分空气冷却到接近其露点。此后，这部分空气被引入双塔系统以进行精馏。具体地说，冷却空气被引入中压塔的底部，并且由此向上流动，在流动过程中，该空气与向下流动的较冷液体进行传热传质，从而在中压塔的顶部聚集了氮气，而在中压塔的底部获得剩余的富氧液。向下流动的较冷液体来自中压塔和低压塔之间的冷凝蒸发器。另外，前述热交换器内的另一部分空气在该热交换器的中部被抽出并被送入膨胀机中，以便通过在膨胀机中气体膨胀降温而产生空气分离设备所需的冷量。膨胀后的空气可以直接送到双塔系统的低压塔中以用于精馏。最后，将从低压塔底部提取的液氧以及从中压塔和/或低压塔顶部提取的气氮送到主换热器中，复热后可以成为供给用户的氧气产品以及/或者氮气产品。
通过上述低温精馏法获得的氧气产品通常处于较低的压力，比较接近大气压。因此，为了使该氧气产品具有较高的压力以便满足用户的要求，通常为空气分离设备设置氧气压缩机或者液氧泵，使气态氧气产品或者液氧产生较高的压力。然而，使用氧气压缩机或者液氧泵具有可能出现爆炸或者着火的危险。此外，使用具有较多旋转部件的氧气压缩机或者液氧泵对整套空气分离设备的可靠性也有不利的影响。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述现有技术中的一个或多个问题，以便提供一种更安全并且可靠的空气分离设备。
具体地说，本实用新型提供了一种通过自增压提高氧气压力的空气分离设备，该空气分离设备包括通过管道顺次连接的空气压缩机、空气净化单元、热交换器单元、膨胀机以及双塔系统，该双塔系统包括位于下部的中压塔以及位于上部的低压塔，并且该双塔系统在输入以及输出上与所述热交换器单元连接，其特征在于，该空气分离设备还包括一个辅助蒸发器，该辅助蒸发器连接在双塔系统的输出端与热交换器单元之间，并且接近地平面放置(1到2米高度)。
本实用新型的空气分离设备在较低的位置例如地平面处接收液氧，由此利用该液态氧在下降过程中由于其自身重力产生的静压力差来为最终的气态产品提供较高的压力(可达到约2.5bara)，然后被进入中压塔的空气蒸发。所述氧产品的压力是可通过液氧和空气压力组合调节的(可达到约2.5巴绝对压力)。该空气分离设备有效地避免了氧气压缩机和/或液氧泵的使用，从而避免了使用这些装置可能带来的爆炸或着火的危险，并且还避免了对空气分离设备的可靠性产生不利的影响。因此，本实用新型的空气分离设备更安全并且运行更可靠。
附图说明
下面通过附图详细说明本实用新型的优选实例。在附图中：
图1为根据本实用新型实施的空气分离设备的结构示意图。
具体实施方式
基于空气分离设备中的中压塔通常高达数十米的事实，本实用新型提出在较低的位置接收从所述塔底部生产出来的液氧，该液氧在下降过程中通过其自身重力产生的静压头获得了较高的压力。
下面参照图1详细说明本实用新型的实施方案。
如图所示，在空气分离设备的输入端设置有空气压缩机1。原料空气首先在该空气压缩机1中被加压到约为6巴的绝对压力。
然后，已加压的空气沿着管道11流入空气分离设备的净化单元2中，以便除去该空气中的水分和二氧化碳等杂质。净化后的空气沿着管道21经由换热器单元3的热端进入换热器中。
在换热器单元3中，进入的空气通过热交换被冷却到其露点，并且通常以气态形式通过管道31、32被送到中压塔4的底部。另外，在热交换器单元3的中部设置有管道33，以用于提取一部分空气并将其送至膨胀机7。该部分空气在膨胀机7中膨胀以生产空气分离设备所需的冷量。膨胀后的空气通过管道71直接输送到低压塔5中，以用于精馏分离。
在进入中压塔4以后，仍处于气态的空气将沿着该中压塔4向上流动，并且与向下流动的较冷液体进行传热传质，从而可以在中压塔4的顶部聚集了氮气，向下流动的较冷液体来自位于中、低塔中部的冷凝蒸发器6。在冷凝蒸发器6中，上升的中压氮气蒸发了低压塔底部的液氧而自身被冷凝，形成向下流动的回流液。最后，在低压塔5的底部可以获得液氧。
根据本实用新型，空气分离设备还设置有辅助蒸发器8。如图1中所示出的，该辅助蒸发器8的输入端通过管道51连接到低压塔5的底部，以便接收在该低压塔5底部生成的液氧；该辅助蒸发器8的输出端则通过管道52连接到换热器单元3的冷端，以便将所接收的自增压后的液氧在蒸发之后送到换热器单元3内。复热后作为气氧产品供给到用户。
此外，还可以在中压塔4的顶部获得气氮，该气氮通过管道41同样进入到换热器单元3中，复热后形成供给到用户的气氮产品。
为了充分利用由高度差产生的静压力差，优先将辅助蒸发器8放置于尽可能接近地平面处。这样，当液氧从低压塔5下降到辅助蒸发器8中时，通过由该液氧自身的重力作用产生最大的静压力差，可以在辅助蒸发器8获得较高的气氧压力，例如约2.5巴的绝对压力。在这种情况下必须提高进料空气压力至6巴绝对压力以上以便在辅助蒸发器中把液氧在更高的压力下蒸发。
另外，从图1中看出的，辅助蒸发器8接收了来自换热器单元3的仍处于气态的输入空气。可以理解，与来自低压塔5的液氧相比，该空气具有较高的温度，从而可以蒸发所接收的液氧。此空气压力可根据最终的氧产品压力要求调节。如气氧产品约1.8/2.0/2.2/2.5巴绝对压力所需的压缩机1排出空气压力为约5.5/6.0/6.5/7.0巴绝对压力。

Claims (3)

1.一种通过自增压提高氧气压力的空气分离设备，包括通过管道顺次连接的空气压缩机、空气净化单元、换热器单元、膨胀机以及双塔系统，该双塔系统包括位于下部的中压塔以及位于上部的低压塔，并且该双塔系统在输入以及输出上与所述换热器单元连接，其特征在于，该空气分离设备还包括辅助蒸发器，该辅助蒸发器连接在双塔系统的输出端与换热器单元之间，并且放置于地平面或尽可能接近地平面。
2.根据权利要求1所述的空气分离设备，其特征在于，所述辅助蒸发器与双塔系统中的低压塔底部的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的空气分离设备，其特征在于，所述辅助蒸发器还包括与换热器单元的输出端流体连通的输入端，以用于接收来自该换热器单元的气态空气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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