CN209027187U - 一种峰谷电生产液氧液氮装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种峰谷电生产液氧液氮装置，包括精馏塔下塔、精馏塔上塔、冷凝蒸发器、第一换热器、第二换热器、第一过冷器、第二过冷器、高温膨胀机、低温膨胀机、高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端、氮气循环压缩机、氮气增压机。本实用新型响应国家的用电政策，白天高电价时段氮气输送机、氮气循环压缩机等制取液氮的各部件停止工作，在用电电价高时段降低用电消耗，用液氮储槽中的液氮回注到精馏塔上塔顶部，精馏塔正常工作，生产液氧产品；晚上用电电价低时间段满负荷运转设备，生产液氧的同时还生产液氮产品，并储存到液氮储槽，以备白天回注，当做能源来用。降低企业的生产成本，大大提高社会效益，也创造企业的经济价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种峰谷电生产液氧液氮装置。
背景技术
工业气体是工业发展的“血液”，空分装置就是创造“血液”的机器。空分装置广泛应用于钢铁、化工、有色金属、电子、新材料、光伏、能源、航空航天、废水处理、医疗医药等行业。
目前国内、国际上所有的空分装置都是采用压缩空气/氮气进膨胀机循环制冷，产出氧氮产品，压缩机工作就需要消耗大量的电能，而且要24小时不间断地运转做功，才能保证产出合格的产品。在这种情况下，不管用电高峰和用电低谷都需要平衡稳定的电力供应，消耗电能。空分装置主要生产成本就是电能的消耗，为了降低生产成本，适应国家用电政策，从而开发设计本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种峰谷电生产液氧液氮装置，以解决现有技术的不足。
本实用新型采用以下技术方案：
一种峰谷电生产液氧液氮装置，包括精馏塔下塔、精馏塔上塔、冷凝蒸发器、第一换热器、第二换热器、第一过冷器、第二过冷器、高温膨胀机、低温膨胀机、高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端、氮气循环压缩机、氮气增压机，精馏塔下塔、精馏塔上塔、冷凝蒸发器、第一换热器、第二换热器、第一过冷器、第二过冷器、高温膨胀机、低温膨胀机设于冷箱内，高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端、氮气循环压缩机、氮气增压机设于冷箱外，冷凝蒸发器设于精馏塔下塔、精馏塔上塔之间；
第一换热器和精馏塔下塔的原料空气进口连接，精馏塔下塔顶部的氮气出口和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器的液氮出口分别和精馏塔下塔顶部、第一过冷器连接，第一过冷器和精馏塔上塔顶部连接；精馏塔下塔底部的富氧液空出口和第一过冷器连接，第一过冷器和精馏塔上塔中部连接；
精馏塔上塔底部的液氧出口和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器的液氧出口和第一过冷器连接，第一过冷器和外部液氧储槽连接；精馏塔上塔中上部的污氮气出口和第一过冷器连接，第一过冷器和第一换热器连接，第一换热器和第一放空管道连接；精馏塔上塔顶部的纯氮气体出口和第一过冷器连接，第一过冷器和第一换热器连接，第一换热器第一出口通过外部氮气输送机和氮气循环压缩机连接，第二出口和外部纯氮气体存储装置连接；
氮气循环压缩机分别喝第五放空管道、第二换热器的预冷进口连接，第二换热器的预冷出口分别和第二放空管道、高温膨胀机连接，高温膨胀机和第二换热器的部分复热进口连接，第二换热器的部分复热出口和高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端连接，低温膨胀机增压端分别和第二换热器的部分冷却进口、第二换热器的冷却进口连接，第二换热器的部分冷却出口分别和第四放空管道、低温膨胀机连接，低温膨胀机和第二换热器连接，第二换热器和氮气循环压缩机连接，第二换热器的冷却出口分别和第三放空管道、第二过冷器连接，第二过冷器和外部液氮储槽连接，外部液氮储槽和精馏塔上塔顶部连接；
晚上，第一换热器第一出口连接管路连通，第二出口连接管路断开，整个装置均工作；白天，第一换热器第一出口连接管路断开，第二出口连接管路打开，利用氮气循环压缩机制取液氮的各部件停止工作，由液氮储槽里面晚上制取存储的液氮供应给精馏塔上塔。
进一步地，外部液氮储槽和第二过冷器连接，第二过冷器和第二换热器连接，第二换热器和氮气增压机连接，氮气增压机和氮气循环压缩机连接，以利用液氮制取纯氮气体供氮气循环压缩机。
进一步地，外部液氮储槽和第二换热器连接，第二换热器和氮气增压机连接，氮气增压机和氮气循环压缩机连接，以利用液氮储槽中液氮蒸汽。
进一步地，第二换热器的冷却进口和冷却出口连接管路上设一支管，分别和高温膨胀机、低温膨胀机连接，用于调节高温膨胀机、低温膨胀机温度。
进一步地，还设有加温吹除管路，加温吹除管路分别高温膨胀机出口和低温膨胀机出口。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型响应国家的用电政策，在白天高电价时段氮气输送机、氮气循环压缩机等制取液氮的各部件停止工作，在用电电价高时段降低用电消耗，用液氮储槽中的液氮回注到精馏塔上塔顶部，精馏塔正常工作，生产液氧产品；在晚上用电电价低时间段满负荷运转设备，生产液氧的同时还生产液氮产品，并储存到液氮储槽，以备白天(用电电价高时段)回注，当做能源来用。本实用新型既能生产液氧纯度≥99.6％，又能生产99.999％的液氮产品。本实用新型可以在不同时间段按电网供应的紧张程度消耗不同的电能，能做到张弛有度、应对自如的稳定生产合格产品。这样平衡用电，既响应国家政策，又缓解用电负荷，还为客户节约近30％的生产成本。
2、氮气循环的补充一般需要外购储备才能保证装置的正常运转，而本实用新型可以利用低谷电价时段生产出大量的液氮产品，做到自己自足，不需额外消耗电能，降低了运行成本。
3、本实用新型采用了双塔精馏，塔顶留有液氮回注口，不管任何时段都能稳定生产合格产品，不需人工变换工况，免去了操作复杂的切换工况工作，对装置的操作疲劳度有了很大的降低。
4、本实用新型在正常工况时不仅能生产纯度大于99.6％的液氧产品，还能同时生产3倍于液氧的液氮产品。如遇紧急断电，或装置检修时，可以使用自生产的液氮回注冷箱提供冷量，依然能够正常生产。
5、本实用新型白天工作时，可提供用户纯氮气体副产品，增加了企业经济收入。
6、本实用新型装置结构紧凑，一个冷箱既有精馏分离生产高纯度氧、氮产品，又具有氮气液化循环系统，生产大约3倍于液氧产品的液氮，自己自足。
综上，本实用新型可以在用电高峰时间段减少电能消耗，在用电低谷时再消耗电能，这样即可以平衡国家电网的供应总量，又降低了企业的生产成本，大大地提高了社会效益，也创造了企业的经济价值。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图。
精馏塔下塔1、精馏塔上塔2、冷凝蒸发器3、第一换热器4、第二换热器5、第一过冷器6、第二过冷器7、高温膨胀机8、低温膨胀机9、高温膨胀机增压端10、低温膨胀机增压端11、氮气循环压缩机12、氮气增压机13、液氮储槽14、液氧储槽15；预热进口5-1、预热出口5-2、部分复热进口5-3、部分复热出口5-4、部分冷却进口5-5、部分冷却出口5-6、冷却进口5-7、冷却出口5-8；V1、V2、V6、V7、V9为节流阀，V3、V4、V10、V13、V14、V15为调节阀，V5、V8、V11、V12、V16、V17、V18、V21为开关阀，V19、V20为角阀，V22、V24为止回阀，V23、V25为截止阀。
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。
一种峰谷电生产液氧液氮装置，如图1所示，包括精馏塔下塔1、精馏塔上塔2、冷凝蒸发器3、第一换热器4、第二换热器5、第一过冷器6、第二过冷器7、高温膨胀机8、低温膨胀机9、高温膨胀机增压端10、低温膨胀机增压端11、氮气循环压缩机12、氮气增压机13，精馏塔下塔1、精馏塔上塔2、冷凝蒸发器3、第一换热器4、第二换热器5、第一过冷器6、第二过冷器7、高温膨胀机8、低温膨胀机9设于冷箱内，高温膨胀机增压端10、低温膨胀机增压端11、氮气循环压缩机12、氮气增压机13设于冷箱外，冷凝蒸发器3设于精馏塔下塔1、精馏塔上塔2之间；
第一换热器4和精馏塔下塔1的原料空气进口连接，精馏塔下塔1顶部的氮气出口和冷凝蒸发器3连接，冷凝蒸发器3的液氮出口分别和精馏塔下塔1顶部、第一过冷器6连接，第一过冷器6和精馏塔上塔2顶部连接；精馏塔下塔1底部的富氧液空出口和第一过冷器6连接，第一过冷器6和精馏塔上塔2中部连接；
精馏塔上塔2底部的液氧出口和冷凝蒸发器3连接，冷凝蒸发器3的液氧出口和第一过冷器6连接，第一过冷器6和外部液氧储槽连15接；精馏塔上塔2中上部的污氮气出口和第一过冷器6连接，第一过冷器6和第一换热器4连接，第一换热器4和第一放空管道连接；精馏塔上塔2顶部的纯氮气体出口和第一过冷器7连接，第一过冷器7和第一换热器4连接，第一换热器4第一出口通过外部氮气输送机和氮气循环压缩机12连接，第二出口和外部纯氮气体存储装置连接(图中未标示)；
氮气循环压缩机12分别和第五放空管道、第二换热器5的预冷进口5-1连接，第二换热器5的预冷出口5-2分别和第二放空管道、高温膨胀机8连接，高温膨胀机8和第二换热器5的部分复热进口5-3连接，第二换热器5的部分复热出口5-4和高温膨胀机增压端10、低温膨胀机增压端11连接，低温膨胀机增压端11分别和第二换热器5的部分冷却进口5-5、第二换热器5的冷却进口5-7连接，第二换热器5的部分冷却出口5-6分别和第四放空管道、低温膨胀机9连接，低温膨胀机9和第二换热器5连接，第二换热器5和氮气循环压缩机12连接，第二换热器5的冷却出口5-8分别和第三放空管道、第二过冷器7连接，第二换热器5的冷却进口5-7和冷却出口5-8连接管路上设一支管，分别和高温膨胀机8、低温膨胀机9连接，用于调节高温膨胀机8、低温膨胀机9温度，第二过冷器7和外部液氮储槽14连接，外部液氮储槽14和精馏塔上塔2顶部连接，用于给精馏塔上塔2顶部提供液氮；外部液氮储槽14和第二过冷器7连接，第二过冷器7和第二换热器5连接，第二换热器5和氮气增压机13连接，氮气增压机13和氮气循环压缩机12连接，以利用液氮制取纯氮气体供氮气循环压缩机；外部液氮储槽14和第二换热器5连接，第二换热器5和氮气增压机13连接，氮气增压机13和氮气循环压缩机12连接，以利用液氮储槽14中液氮蒸汽。
本实用新型还设有加温吹除管路，加温吹除管路分别高温膨胀机8出口和低温膨胀机9出口。
晚上，第一换热器4第一出口连接管路连通，第二出口连接管路断开，整个装置均工作；白天，第一换热器4第一出口连接管路断开，第二出口连接管路打开，利用氮气循环压缩机12制取液氮的各部件停止工作，由液氮储槽14里面晚上制取存储的液氮供应给精馏塔上塔2。
上述装置用于峰谷电生产液氧液氮方法，包括如下步骤：
晚上工作流程：
步骤一、原料空气经过滤器除去空气中的灰尘、杂质，进入空气压缩机提升到0.8MPa左右，经预冷机组预冷后，进入纯化系统，除去空气中的水、二氧化碳等物质，加压净化后的原料空气进入第一换热器4温度降到饱和液体温度后，进入精馏塔下塔1底部精馏分离为富氧液空和氮气；氮气引入冷凝蒸发器3作为热源，氮气冷凝为液氮，液氮一部分节流后引入精馏塔下塔1作为回流液，另一部分经第一过冷器6过冷后节流进入精馏塔上塔2作为回流液；富氧液空引入精馏塔上塔2中部参与精馏；
步骤二、精馏塔上塔2底部液氧作为冷凝蒸发器3冷源，液氧纯度进一步提高，得到纯度99.6％以上的合格液氧产品，经第一过冷器6过冷后出冷箱输送到液氧储槽15；精馏塔上塔2中上部抽出污氮气经第一过冷器6、第一换热器4复热后出冷箱放空；精馏塔上塔2顶部纯氮气体抽出经第一过冷器6、第一换热器5复热后出冷箱，通过氮气输送机输送进入氮气循环压缩机12；
步骤三、纯氮气体经氮气循环压缩机12压缩为高压纯氮气体，高压纯氮气体部分放空，其余进入第二换热器5，预冷后部分放空，其余进入高温膨胀机8，膨胀制冷，膨胀后的低温纯氮气体再返回到第二换热器5，部分复热后出冷箱进入高温膨胀机增压端10、低温膨胀机增压端11进行膨胀功回收，提升压力，一部分提升压力后的纯氮气体进入第二换热器5部分冷却，部分冷却后抽出部分放空，其余进入低温膨胀机9，膨胀制冷，膨胀后的低温气体进入第二换热器5复热后进入氮气循环压缩机12；另一部分提升压力后的纯氮气体进入第二换热器5，在第二换热器5底部液化前抽出部分纯氮气体进入高温膨胀机8，用于调节高温膨胀机8温度，抽出部分纯氮气体进入低温膨胀机9，用于调节低温膨胀机9温度，在第二换热器5底部液化后，部分放空，其余通过节流阀变成低压液体，再进入第二过冷器7过冷，后出冷箱，通过真空绝热管道进入到液氮储槽14，液氮储槽14中部分液氮输送进入精馏塔上塔2顶部作为回流液，部分液氮存储起来白天供应给精馏塔上塔2作为回流液，部分可经第二过冷器7、第二换热器5复热后进入氮气增压机13，再进入氮气循环压缩机12，以利用液氮制取纯氮气体供氮气循环压缩机12；液氮储槽14中液氮蒸汽经第二换热器5复热后进入氮气增压机13，再进入氮气循环压缩机12，以利用液氮储槽14中液氮蒸汽；
白天工作流程：
步骤一、加压净化后的原料空气进入第一换热器4温度降到饱和液体温度后，进入精馏塔下塔1底部精馏分离为富氧液空和氮气；氮气引入冷凝蒸发器3作为热源，氮气冷凝为液氮，液氮一部分节流后引入精馏塔下塔1作为回流液，另一部分经第一过冷器6过冷后节流进入精馏塔2上塔作为回流液；富氧液空引入精馏塔上塔2中部参与精馏；
步骤二、精馏塔上塔2底部液氧作为冷凝蒸发器3冷源，液氧纯度进一步提高，得到纯度99.6％以上的合格液氧产品，经第一过冷器6过冷后出冷箱输送到液氧储槽15；精馏塔上塔2中上部抽出污氮气经第一过冷器6、第一换热器4复热后出冷箱放空；精馏塔上塔2顶部纯氮气体抽出经第一过冷器6、第一换热器5复热后出冷箱，作为纯氮气体产品供应给用户；
步骤三、液氮储槽14晚上制取存储的液氮供应给精馏塔上塔2作为回流液。
Claims (5)
1.一种峰谷电生产液氧液氮装置，其特征在于，包括精馏塔下塔、精馏塔上塔、冷凝蒸发器、第一换热器、第二换热器、第一过冷器、第二过冷器、高温膨胀机、低温膨胀机、高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端、氮气循环压缩机、氮气增压机，精馏塔下塔、精馏塔上塔、冷凝蒸发器、第一换热器、第二换热器、第一过冷器、第二过冷器、高温膨胀机、低温膨胀机设于冷箱内，高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端、氮气循环压缩机、氮气增压机设于冷箱外，冷凝蒸发器设于精馏塔下塔、精馏塔上塔之间；
第一换热器和精馏塔下塔的原料空气进口连接，精馏塔下塔顶部的氮气出口和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器的液氮出口分别和精馏塔下塔顶部、第一过冷器连接，第一过冷器和精馏塔上塔顶部连接；精馏塔下塔底部的富氧液空出口和第一过冷器连接，第一过冷器和精馏塔上塔中部连接；
精馏塔上塔底部的液氧出口和冷凝蒸发器连接，冷凝蒸发器的液氧出口和第一过冷器连接，第一过冷器和外部液氧储槽连接；精馏塔上塔中上部的污氮气出口和第一过冷器连接，第一过冷器和第一换热器连接，第一换热器和第一放空管道连接；精馏塔上塔顶部的纯氮气体出口和第一过冷器连接，第一过冷器和第一换热器连接，第一换热器第一出口通过外部氮气输送机和氮气循环压缩机连接，第二出口和外部纯氮气体存储装置连接；
氮气循环压缩机分别和第五放空管道、第二换热器的预冷进口连接，第二换热器的预冷出口分别和第二放空管道、高温膨胀机连接，高温膨胀机和第二换热器的部分复热进口连接，第二换热器的部分复热出口和高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端连接，低温膨胀机增压端分别和第二换热器的部分冷却进口、第二换热器的冷却进口连接，第二换热器的部分冷却出口分别和第四放空管道、低温膨胀机连接，低温膨胀机和第二换热器连接，第二换热器和氮气循环压缩机连接，第二换热器的冷却出口分别和第三放空管道、第二过冷器连接，第二过冷器和外部液氮储槽连接，外部液氮储槽和精馏塔上塔顶部连接；
晚上，第一换热器第一出口连接管路连通，第二出口连接管路断开，整个装置均工作；白天，第一换热器第一出口连接管路断开，第二出口连接管路打开，利用氮气循环压缩机制取液氮的各部件停止工作，由液氮储槽里面晚上制取存储的液氮供应给精馏塔上塔。
2.根据权利要求1所述的峰谷电生产液氧液氮装置，其特征在于，外部液氮储槽和第二过冷器连接，第二过冷器和第二换热器连接，第二换热器和氮气增压机连接，氮气增压机和氮气循环压缩机连接，以利用液氮制取纯氮气体供氮气循环压缩机。
3.根据权利要求1所述的峰谷电生产液氧液氮装置，其特征在于，外部液氮储槽和第二换热器连接，第二换热器和氮气增压机连接，氮气增压机和氮气循环压缩机连接，以利用液氮储槽中液氮蒸汽。
4.根据权利要求1所述的峰谷电生产液氧液氮装置，其特征在于，第二换热器的冷却进口和冷却出口连接管路上设一支管，分别和高温膨胀机、低温膨胀机连接，用于调节高温膨胀机、低温膨胀机温度。
5.根据权利要求1所述的峰谷电生产液氧液氮装置，其特征在于，还设有加温吹除管路，加温吹除管路分别高温膨胀机出口和低温膨胀机出口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201821886922.7U CN209027187U (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种峰谷电生产液氧液氮装置 |
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| CN109341193A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-02-15 | 杭州凯德空分设备有限公司 | 一种峰谷电生产液氧液氮装置及方法 |
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2018
- 2018-11-16 CN CN201821886922.7U patent/CN209027187U/zh active Active
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