CN206930061U - 一种空分系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空分系统，其包括水冷塔、空冷塔、空气过滤器、空气增压机、膨胀机、分子筛纯化器、蒸汽加热器、换热器、精馏塔和过冷器，其还包括第一粗氩塔、第二粗氩塔、增压泵和精氩塔，第二粗氩塔的中部还通过氩气排空管与所述水冷塔的污氮口连通。优点：1、配备第一粗氩塔、第二粗氩塔和第三粗氩塔对精馏塔抽取的氩馏份进行三级精馏，制备99.999％的高纯液氩，增加空分系统副产物的经济效益；2、换热后的液氮及排空的粗氩气通入水冷塔以降低水冷塔反流气体温度，使空冷塔出口温度满足设计要求使分子筛出口二氧化碳含量在报警值以下运行，保证空分系统安全稳定连续运行。

Description

一种空分系统

技术领域：

本实用新型涉及空分技术领域，具体地说涉及一种空分系统。

背景技术：

随着科技进步的飞速发展，大多数化工企业均需配备空分系统，现有的空分系统一般包括水冷塔、空冷塔、空气过滤器、空气增压机、膨胀机、分子筛纯化器、蒸汽加热器、换热器、精馏塔和过冷器等设备，其基本原理是通过低压低温分离空气中的氧气和氮气，提供给化工厂的用气设备使用，而液氩仅是作为空分系统的副产品输出。

现有空分系统在运行过程中存在以下问题：1、配套的液氩分离提取单元结构简单，制得的液氩稳定性差，需对其进行检测，检测合格后可收集对外出售产生效益，一旦检测不合格则直接排放，其为低温气体(-185℃)，对空排放会造成冷量的损失；2、夏季气温上升后导致水冷塔的循环水回水温度偏高，在水冷塔污氮口反流气体温度不变的情况下，致使水冷塔出口冷冻水的温度上升，进而导致空冷塔的出口温度持续上升，最高能达到23℃(空冷塔设计出口温度为小于17℃)；空冷塔的出口温度持续偏高时，进塔空气总量减少，那么最终的氧气和氮气产量会相应的减少，且出口温度偏高时空气中的含水量会相对升高，增大分子筛的吸附负荷，影响分子筛的使用寿命，致使分子筛出口二氧化碳含量会增高或达到报警值，严重时导致分子筛穿透，造成板式换热器冻堵，严重影响空分系统的安全稳定连续运行。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种能够保证空冷塔出口温度满足工艺要求的空分系统。

本实用新型由如下技术方案实施：一种空分系统，其包括水冷塔、空冷塔、空气过滤器、空气增压机、膨胀机、分子筛纯化器、蒸汽加热器、换热器、精馏塔和过冷器，其还包括第一粗氩塔、第二粗氩塔、增压泵和精氩塔，在所述第二粗氩塔的塔顶设置有第一冷凝器，在所述精氩塔的塔底设置有蒸发器，在所述精氩塔的塔顶设置有第二冷凝器；在所述精氩塔的上塔中部通过氩馏份抽气管与所述第一粗氩塔连通，所述第一粗氩塔底部通过管路与所述精馏塔的上塔中部连通，所述第一粗氩塔塔顶通过管路与所述第二粗氩塔连通；所述增压泵的进口通过管路与所述第二粗氩塔的塔底连通，所述增压泵的出口通过管路与所述第一粗氩塔中部连通，所述第二粗氩塔的塔顶通过管路与所述精馏塔的上塔中部连通；所述第二粗氩塔的中部通过粗氩抽气管与所述精馏塔的中部连通，所述第二粗氩塔的中部还通过氩气排空管与所述水冷塔的污氮口连通。

进一步的，在所述增压泵的出口与所述第二粗氩塔底部之间连通有第一支管。

进一步的，所述精馏塔的下塔下部连通有液空管，所述精馏塔的下塔顶部连通有液氮管，在所述精馏塔的塔顶连通有污氮管；所述液空管经所述过冷器后分为两路，一路连接于所述精馏塔的上塔中部，另一路连通于所述蒸发器的热介质入口，所述蒸发器的热介质出口通过管路与所述第一冷凝器的冷介质入口连通，所述第一冷凝器的冷介质出口连通域所述精馏塔的上塔中部；所述液氮管经所述过冷器后分为两路，一路连通于所述精馏塔的上塔顶部，第二路连通于液氮储罐，第三路连通于所述第二冷凝器的冷介质入口；所述第二冷凝器的冷介质出口连通有氮气回用管，所述氮气回用管经所述换热器分为两路，一路连通于所述蒸汽加热器，另一路连通于所述水冷塔的进气口；所述污氮管依次经所述过冷器、所述换热器后连通于所述水冷塔的进气口。

本实用新型的优点：1、配备第一粗氩塔、第二粗氩塔和第三粗氩塔对精馏塔抽取的氩馏份进行三级精馏，制备99.999％的高纯液氩，增加空分系统副产物的经济效益；2、二级冷凝器和蒸发器分别以过冷后的液氮和液空为介质与粗氩气和液氩进行换热，可以减少冷冻水的使用量，并且，换热后的液氮及排空的粗氩气通入水冷塔以降低水冷塔反流气体温度，使空冷塔出口温度满足设计要求，一方面，可以使进塔空气总量增加，进而增加氧气和氮气产量，另一方面，可减少空气中的含水量，进而降低分子筛负荷和能耗，延长分子筛的使用寿命，使分子筛出口二氧化碳含量在报警值以下运行，保证空分系统安全稳定连续运行。

附图说明：

图1为本实施例结构示意图。

水冷塔1、空冷塔2、空气过滤器3、空气增压机4、膨胀机5、分子筛纯化器6、蒸汽加热器7、换热器8、精馏塔9、过冷器10、第一粗氩塔11、第二粗氩塔12、增压泵13、精氩塔14、第一冷凝器15、蒸发器16、第二冷凝器17、氩馏份抽气管18、氩气排空管19、粗氩抽气管20、第一支管21、液空管22、液氮管23、污氮管24、液氮储罐25、氮气回用管26。

具体实施方式：

如图1所示，一种空分系统，其包括水冷塔1、空冷塔2、空气过滤器3、空气增压机4、膨胀机5、分子筛纯化器6、蒸汽加热器7、换热器8、精馏塔9和过冷器10，其还包括第一粗氩塔11、第二粗氩塔12、增压泵13和精氩塔14，在第二粗氩塔12的塔顶设置有第一冷凝器15，在精氩塔14的塔底设置有蒸发器16，在精氩塔14的塔顶设置有第二冷凝器17；

在精氩塔14的上塔中部通过氩馏份抽气管18与第一粗氩塔11连通，第一粗氩塔11底部通过管路与精馏塔9的上塔中部连通，第一粗氩塔11塔顶通过管路与第二粗氩塔12连通；增压泵13的进口通过管路与第二粗氩塔12的塔底连通，增压泵13的出口通过管路与第一粗氩塔11中部连通，在增压泵13的出口与第二粗氩塔12底部之间连通有第一支管21；第二粗氩塔12的塔顶通过管路与精馏塔9的上塔中部连通；第二粗氩塔12的中部通过与水冷塔1的污氮口连通，第二粗氩塔12的中部通过粗氩抽气管20与精馏塔9的中部连通；

精馏塔9的下塔下部连通有液空管22，精馏塔9的下塔顶部连通有液氮管23，在精馏塔9的塔顶连通有污氮管24；液空管22经过冷器10后分为两路，一路连接于精馏塔9的上塔中部，另一路连通于蒸发器16的热介质入口，蒸发器16的热介质出口通过管路与第一冷凝器15的冷介质入口连通，第一冷凝器15的冷介质出口连通域精馏塔9的上塔中部；液氮管23经过冷器10后分为两路，一路连通于精馏塔9的上塔顶部，第二路连通于液氮储罐25，第三路连通于第二冷凝器17的冷介质入口；第二冷凝器17的冷介质出口连通有氮气回用管26，氮气回用管26经换热器8分为两路，一路连通于蒸汽加热器7，另一路连通于水冷塔1的进气口；污氮管24依次经过冷器10、换热器8后连通于水冷塔1的污氮口。

工作原理：精馏塔9上塔中部的氩馏份气(含8-10％Ar)经氩馏份抽气管18进入第一粗氩塔11进行初步精馏，使氧的含量降低；第一粗氩塔11塔底的液体返回至精馏塔9的上塔参与精馏，第一粗氩塔11顶部引出的粗氩气(O₂含量％＜0.1％)进入第二粗氩塔12的下部，并在第二粗氩塔12中进行进一步的氩、氧分离；

经第二粗氩塔12进一步分离后在塔顶得到蒸发的液空，在塔底得到液态粗氩，在中部得到气态粗氩气；第二粗氩塔12塔顶的蒸发的液空在第一冷凝器15的作用下冷却为液态返回至精馏塔9参与精馏；增压泵13将塔底的液态粗氩泵送至第一粗氩塔11上部作为回流液，并且，为了保持第二粗氩塔12的液位及其正常工作，经增压泵13泵出的部分液态粗氩经第一支管21返回至第二粗氩塔12内；第一冷凝器15中的液空与第二粗氩塔12上部蒸发的液空换热后均返回至精馏塔9参与精馏；

在冬季，第二粗氩塔12中部的粗氩气全部进入精氩塔14进行进一步分离；在夏季，第二粗氩塔12中部排出的粗氩气(O₂含量＜2ppm)分为两路，一路经氩气排空管19接入水冷塔1的污氮气进口管作为冷气，一方面是利用粗氩气的低温特性与高温循环水直接换热，可有效降低循环水的温度；另一方面，利用氩气的不饱和干燥特性，吸收循环水中的水分，带走部分热量，进一步降低循环水温度，以保证水冷塔1及冷却塔2的出口温度；另一路经粗氩抽气管20上的控制阀，使第二粗氩塔12内的粗氩气进入精氩塔14进行进一步的氩氧分离，经精氩塔14进行氩氧分离后，最终在精氩塔14底部得到纯液氩(99.999％的液氩)，一部分纯液氩进入液氩储罐，一部分纯液氩与蒸发器16内的液空换热蒸发后作为上升气参与精馏；

蒸发器16以过冷后的液空作为热源，第二冷却器以过冷后的液氮作为冷源；具体的，精馏塔9输出的进入液空管22后经过冷器10过冷后进入蒸发器16内，蒸发器16内的液空与精氩塔14塔底的纯液氩进行换热，被加热的纯液压蒸发为气氩作为上升气参与精馏，而被冷却的液空则进入第一冷凝器15作为冷源；与此同时，精馏塔9输出的液氮进入液氮管23经过冷器10过冷后进入第二冷却器17，第二冷却器17内的液氮与上升的气氩换热，使精氩塔14内的上升气氩冷凝成液体作为精氩塔14的回流液，吸热后的液氮进入氮气回用管26后依次经过冷器10和换热器8降温后分为两路，一路进入蒸汽加热器7提高污氮气温度，对吸附后的分子筛进行再生，另一路进入水冷塔1用作冷气。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种空分系统，其包括水冷塔、空冷塔、空气过滤器、空气增压机、膨胀机、分子筛纯化器、蒸汽加热器、换热器、精馏塔和过冷器，其特征在于，其还包括第一粗氩塔、第二粗氩塔、增压泵和精氩塔，在所述第二粗氩塔的塔顶设置有第一冷凝器，在所述精氩塔的塔底设置有蒸发器，在所述精氩塔的塔顶设置有第二冷凝器；在所述精氩塔的上塔中部通过氩馏份抽气管与所述第一粗氩塔连通，所述第一粗氩塔底部通过管路与所述精馏塔的上塔中部连通，所述第一粗氩塔塔顶通过管路与所述第二粗氩塔连通；所述增压泵的进口通过管路与所述第二粗氩塔的塔底连通，所述增压泵的出口通过管路与所述第一粗氩塔中部连通，所述第二粗氩塔的塔顶通过管路与所述精馏塔的上塔中部连通；所述第二粗氩塔的中部通过粗氩抽气管与所述精馏塔的中部连通，所述第二粗氩塔的中部还通过氩气排空管与所述水冷塔的污氮口连通。

2.根据权利要求1所述的一种空分系统，其特征在于，在所述增压泵的出口与所述第二粗氩塔底部之间连通有第一支管。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种空分系统，其特征在于，所述精馏塔的下塔下部连通有液空管，所述精馏塔的下塔顶部连通有液氮管，在所述精馏塔的塔顶连通有污氮管；所述液空管经所述过冷器后分为两路，一路连接于所述精馏塔的上塔中部，另一路连通于所述蒸发器的热介质入口，所述蒸发器的热介质出口通过管路与所述第一冷凝器的冷介质入口连通，所述第一冷凝器的冷介质出口连通域所述精馏塔的上塔中部；所述液氮管经所述过冷器后分为两路，一路连通于所述精馏塔的上塔顶部，第二路连通于液氮储罐，第三路连通于所述第二冷凝器的冷介质入口；所述第二冷凝器的冷介质出口连通有氮气回用管，所述氮气回用管经所述换热器分为两路，一路连通于所述蒸汽加热器，另一路连通于所述水冷塔的进气口；所述污氮管依次经所述过冷器、所述换热器后连通于所述水冷塔的进气口。