CN207716722U - 一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、透平膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱。本实用新型以空气为原料，交替使用的分子筛吸附器纯化空气、采用压力氮气返流膨胀、带液氮泵制取低纯度富氧产品、液氮副产品和氮气副产品，低纯度富氧产品纯度为40％O₂‑70％O₂，压力为1.5‑3.0BarA，可直接供窑炉使用。

Description

一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置

技术领域

本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置。

背景技术

随着助燃技术的不断提高和应用，采用富氧作为氧化剂较传统的燃烧过程更节能更环保。实践证明：在富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能地、充分地释放出所有的热量，提高了燃料的燃尽率，减少燃料的热损失，节约了燃料，同时，富氧燃烧环境能有效地提高燃料系统的升温速率而节能，当富氧纯度越高时，燃料燃烧的温度越高，同时氮分子含量降低，从而减少了氮氧化合物的排放。

目前工业富氧制备方法主要是分离空气，应用最广泛的是低温精馏法，其次还有膜分离法。

常规低温精馏法是利用空分装置提取的90％左右高纯度氧气，一是产品纯度相对较高，成本高，实际应用时需要再增加混配系统才能达到富氧比例，增加投资成本；二是在混配过程中，富氧纯度不宜控制，容易发生炉体烧毁等安全事故。而采用膜分离制取富氧能耗指标高、富氧助燃压力低、长期稳定运行的稳定性不足、膜更换成本高。因此，如何制取能直接供窑炉系统燃烧用的合适纯度的富氧成为关键。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置，以解决现有技术的不足。

本实用新型采用以下技术方案：

一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、透平膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱，

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器设置于冷箱外，主换热器、透平膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵设置于冷箱内，精馏塔II设于精馏塔I之上，冷凝蒸发器I设于精馏塔I和精馏塔II之间，冷凝蒸发器II设于精馏塔II之上；

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器再和精馏塔I底部的原料空气进口连接；

精馏塔I顶部的压力氮气出口分别和冷凝蒸发器I、主换热器连接，冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、过冷器、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器和精馏塔II顶部连接，其中，冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀，过冷器和精馏塔II顶部的连接管路上设有节流阀；

精馏塔I底部的液空出口和过冷器连接，过冷器再和精馏塔II中部连接，其中，过冷器和精馏塔II中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接，其连接管路上设有节流阀，精馏塔II顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II连接；

冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵和精馏塔I顶部连接，液氮泵和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀，冷凝蒸发器II的富氧空气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器连接外部管道以提供低纯度富氧产品；

主换热器的压力氮气部分复热出口和透平膨胀机连接，透平膨胀机和主换热器连接，主换热器分别和电加热器、外部副产品氮气管道连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接，外部副产品氮气管道直接提供副产品氮气。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型以空气为原料，交替使用的分子筛吸附器纯化空气、采用压力氮气返流膨胀、带液氮泵制取低纯度富氧产品、液氮副产品和氮气副产品，低纯度富氧产品纯度为40％O₂-70％O₂，压力为1.5-3.0BarA，可直接供窑炉使用。

2、本实用新型采用精馏塔I的压力氮气返流膨胀制取装置所需冷量，膨胀比大，制取冷量足，启动时，可加快装置启动速度，缩短启动时间，降低用户耗电；正常运行时可生产大量的液氮副产品和氮气副产品。

3、本实用新型利用低压精馏塔II将精馏塔I分离出的低纯度的液空再次精馏，从而可以提高富氧产品中氧含量和产量，提高装置提取率，降低能耗。并且利用液氮泵将部分低压液氮增压后引入精馏塔I中可以提高压力氮气的产出，提高精馏塔I底部液空的氧含量，从而可以进一步提高富氧产品中氧含量和产量，装置提取率更高，能耗更低。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本实用新型，但并不用来限定本实用新型的实施范围。

一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置，如图1所示，包括过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、主换热器6、透平膨胀机7、精馏塔I8、精馏塔II10、冷凝蒸发器I9、冷凝蒸发器II11、过冷器12、液氮泵13、冷箱，

过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5设置于冷箱外，主换热器6、透平膨胀机7、精馏塔I8、精馏塔II10、冷凝蒸发器I9、冷凝蒸发器II11、过冷器12、液氮泵13设置于冷箱内，精馏塔II10设于精馏塔I8之上，冷凝蒸发器I9设于精馏塔I8和精馏塔II10之间，冷凝蒸发器II11设于精馏塔II10之上；

过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、主换热器6依次连接，主换热器6再和精馏塔I8底部的原料空气进口连接；

精馏塔I8顶部的压力氮气出口分别和冷凝蒸发器I9、主换热器6连接，冷凝蒸发器I9的液氮出口分别和精馏塔I8顶部、过冷器12、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器12和精馏塔II10顶部连接，其中，冷凝蒸发器I9的液氮出口和精馏塔I8顶部的连接管路上设有角式冷阀，过冷器12和精馏塔II10顶部的连接管路上设有节流阀；

精馏塔I8底部的液空出口和过冷器12连接，过冷器12再和精馏塔II10中部连接，其中，过冷器12和精馏塔II10中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II10底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II11连接，其连接管路上设有节流阀，精馏塔II10顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II11连接；

冷凝蒸发器II11的低压液氮出口分别和精馏塔II10顶部、液氮泵13连接，液氮泵13和精馏塔I8顶部连接，液氮泵13和精馏塔I8顶部的连接管路上设有角式冷阀，冷凝蒸发器II11的富氧空气出口和过冷器12连接，过冷器12和主换热器6连接，主换热器6连接外部管道以提供低纯度富氧产品；

主换热器6的压力氮气部分复热出口和透平膨胀机7连接，透平膨胀机7和主换热器6连接，主换热器6分别和电加热器5、外部副产品氮气管道连接，电加热器5和交替使用的分子筛吸附器4连接，外部副产品氮气管道直接提供副产品氮气。

上述各部件的功能如下：

过滤器1，用于过滤原料空气中的灰尘和机械杂质；

透平空气压缩机2，用于将过滤后的原料空气压缩到设定压力；

空气预冷机组3，用于将过滤、压缩后的原料空气预冷；

交替使用的分子筛吸附器4，用于将过滤、压缩、预冷后的原料空气纯化，去除水分、CO2、C2H2等物质；

电加热器5，用于加热氮气以再生分子筛吸附器4；

主换热器6，用于将过滤、压缩、预冷、纯化后的原料空气冷却；用于将富氧空气复热、压力氮气部分复热、膨胀后氮气复热；

透平膨胀机7，用于将部分复热后的压力氮气膨胀制取冷箱必需冷量；

精馏塔I8，用于将经过滤、压缩、预冷、纯化、冷却后的原料空气低温精馏而分离为液空和压力氮气；

精馏塔II10，用于将液空、液氮精馏为富氧液空和低压氮气；

冷凝蒸发器I9，用于将压力氮气和富氧液空进行换热，压力氮气液化为液氮，富氧液空汽化作为精馏塔II10的上升气；

冷凝蒸发器II11，用于将富氧液空和低压氮气进行换热，低压氮气被冷凝为低压液氮，富氧液空被汽化为富氧空气；

过冷器12，用于将液空、液氮过冷，用于将富氧空气复热；

液氮泵13，用于低压液氮增压。

上述新式带液氮泵低纯度富氧制取装置制取低纯度富氧，包括如下步骤：

步骤一、将原料空气经过滤器1过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机2将空气压缩到设定压力0.5-1.0MPaA；之后经空气预冷机组3预冷至5-8℃后进入交替使用的分子筛吸附器4中纯化，将水分、CO₂、C₂H₂等物质去除；

步骤二、将纯化后的原料空气部分用于仪表空气(图中未标示出)，其余部分进入主换热器6冷却至饱和并带有一定含湿后进入精馏塔I8底部精馏分离为压力氮气和液空；部分压力氮气引入主换热器6，其余部分压力氮气引入冷凝蒸发器I9和富氧液空进行换热，压力氮气液化为液氮，引出部分液氮进入精馏塔I8作为回流液，引出部分液氮经过冷器12过冷后节流进入精馏塔II10作为回流液，另引出其余部分液氮作为副产品；

步骤三、液空经过冷器12过冷、节流阀节流后进入精馏塔II10中部精馏，得到富氧液空和低压氮气；低压氮气引入冷凝蒸发器II11；部分富氧液空被精馏塔I8引出的压力氮气汽化作为精馏塔II10的上升气，其余富氧液空经节流后引入冷凝蒸发器II11，在冷凝蒸发器II11中和引入的低压氮气进行换热，低压氮气被冷凝为低压液氮，部分低压液氮引入精馏塔II10作为回流液，其余低压液氮经液氮泵13增压后引入精馏塔I8中作为回流液，富氧液空被低压氮气汽化为富氧空气，富氧空气经过冷器12及主换热器6复热后作为低纯度富氧产品直接供窑炉系统，低纯度富氧产品纯度为40％O₂-70％O₂，压力为1.5-3.0BarA；

步骤四、从精馏塔I8顶部引出的部分压力氮气经主换热器6部分复热后抽出进入透平膨胀机7膨胀，膨胀后氮气再经主换热器6复热后出冷箱，一部分氮气由电加热器5加热后引入交替使用的分子筛吸附器4作为再生气，其余部分氮气作为副产品氮气。

Claims (1)

1.一种新式带液氮泵低纯度富氧制取装置，其特征在于，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、透平膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱，

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器设置于冷箱外，主换热器、透平膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵设置于冷箱内，精馏塔II设于精馏塔I之上，冷凝蒸发器I设于精馏塔I和精馏塔II之间，冷凝蒸发器II设于精馏塔II之上；

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器再和精馏塔I底部的原料空气进口连接；

精馏塔I顶部的压力氮气出口分别和冷凝蒸发器I、主换热器连接，冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、过冷器、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器和精馏塔II顶部连接，其中，冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀，过冷器和精馏塔II顶部的连接管路上设有节流阀；

精馏塔I底部的液空出口和过冷器连接，过冷器再和精馏塔II中部连接，其中，过冷器和精馏塔II中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接，其连接管路上设有节流阀，精馏塔II顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II连接；

冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵和精馏塔I顶部连接，液氮泵和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀，冷凝蒸发器II的富氧空气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器连接外部管道以提供低纯度富氧产品；

主换热器的压力氮气部分复热出口和透平膨胀机连接，透平膨胀机和主换热器连接，主换热器分别和电加热器、外部副产品氮气管道连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接，外部副产品氮气管道直接提供副产品氮气。