CN213238140U - 一种空分系统 - Google Patents

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胡海龙
周扬
刘志明
胡潘辉
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Abstract

本实用新型公开了一种空分系统，包括除尘装置、除杂装置、换热装置、蒸馏塔和液氧蒸发器。所述除杂装置连接所述除尘装置。所述换热装置连接所述除杂装置。所述蒸馏塔包括空气入口、液氧出口和污氮气出口，所述空气入口和所述污氮气出口连接所述换热装置。所述液氧蒸发器包括液氧入口、污氮气入口和排气口，所述液氧入口连接所述蒸馏塔的液氧出口，所述污氮气入口连接所述换热装置。设置污氮气出口依次连接换热装置、液氧蒸发器，利用较高温度的污氮气将较低温度的液氧排出，对污氮气进行了废物利用，同时由于需要排放的污氮气和液氧的体积比很大，对液氧进行了有效的稀释和蒸发，抑制了排放区域富氧环境产生，减少了火灾爆炸等事故的安全隐患。

Description

一种空分系统
技术领域
本实用新型总体涉及空气分离技术领域，更具体地，涉及一种空分系统。
背景技术
空气分离，简称空分，是指应用低温冷冻原理从空气中分离出氧、氮和氩、氦等稀有气体的过程。一般要先除去固体杂质，再除去液态、气态杂质，经过换热器，降温至低温后在精馏塔中进行分离，得到液氧、液氮，还有不纯的氮气，即污氮气。
在空分过程中，由于原料中未能除净的碳氢化合物可能在精馏塔中积聚，所以需要定期从精馏塔主冷内抽取液氧，避免乙炔等碳氢化合物的积蓄引起爆炸事故。液氧抽出后至液氧喷射蒸发器与低压蒸汽接触，气化后排至大气。
现有技术中，在喷射蒸发器中汽化需要额外消耗低压蒸汽，耗能高，不够环保；同时现有技术中液氧汽化后未充分稀释，排放区域形成富氧环境，易引起火灾、爆炸等事故，存在安全隐患。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种空分系统，包括除尘装置1、除杂装置2、换热装置3、蒸馏塔4和液氧蒸发器5，所述除尘装置1用于去除空气中的固体机械杂质。所述除杂装置2连接所述除尘装置1，用于去除空气中的水分、二氧化碳。所述换热装置3连接所述除杂装置2，用于利用预冷媒介将空气预冷。所述蒸馏塔4设置有空气入口、污氮气出口和液氧出口，通过所述空气入口连接所述换热装置3，通过所述污氮气出口与所述换热装置3连接，用于从所述换热装置3接收被预冷的空气并进行分离，得到液氧液氮和污氮气，并向所述换热装置3提供污氮气用作预冷媒介，通过所述液氧出口间歇性排出液氧。所述液氧蒸发器5设置有液氧入口、污氮气入口和排气口，通过所述液氧入口连接所述蒸馏塔4的液氧出口，通过所述污氮气入口连接所述换热装置3，通过所述排气口连接大气，用于利用从所述换热装置3接收完成预冷的污氮气汽化从所述蒸馏塔4接收液氧并通过所述排气口排出。
根据本实用新型的一个实施方式，所述液氧蒸发器5包括壳体51、填料52、丝网53、喷头54。所述壳体51是两端开口、水平放置的管状结构，内部填充所述填料52。所述丝网53覆盖所述壳体51的两端，一端用于输入污氮气，另一端用于排气。所述喷头54设置在所述壳体51的内壁上部，靠近输入污氮气的一端，所述喷头54头部在所述壳体51内部，尾部穿过并伸出所述壳体51外部，用于输入并散布液氧。
根据本实用新型的一个实施方式，所述填料52是不锈钢鲍尔环填料。
根据本实用新型的一个实施方式，所述喷头54设置在距离污氮气入口占壳体51长度三分之一至六分之一处，向排气口方向倾斜30-60度。
根据本实用新型的一个实施方式，所述的空分系统还包括加热装置6，所述除杂装置2是分子筛吸附器。所述除杂装置2还连接所述液氧蒸发器5，所述加热装置6经由加热装置6、所述除杂装置2与所述液氧蒸发器5连接，用于利用污氮气再生分子筛。
根据本实用新型的一个实施方式，所述的空分系统还包括温差控制仪表，分别设置在所述液氧蒸发器5的污氮气入口和排气口处。
本实用新型通过设置污氮气出口依次连接换热装置、液氧蒸发器，利用较高温度的污氮气将较低温度的液氧排出，对污氮气进行了废物利用，对液氧进行了有效的稀释和蒸发，抑制了排放区域富氧环境产生，减少了火灾爆炸等事故的安全隐患；通过将再生分子筛后的污氮气用来蒸发液氧，充分利用了污氮气的余热，结构简单、绿色环保。
附图说明
图1是空分系统的示意图；
图2是液氧蒸发器的示意图；
图3是除杂装置为分子筛吸附器的空分装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本实用新型中的组件、技术，以便本实用新型的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本实用新型权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1是空分系统的示意图。
如图1所示，一种空分系统，包括除尘装置1、除杂装置2、换热装置3、蒸馏塔4和液氧蒸发器5，所述除尘装置1用于去除空气中的固体机械杂质。所述除杂装置2连接所述除尘装置1，用于去除空气中的水分、二氧化碳。所述换热装置3连接所述除杂装置2，用于利用预冷媒介将空气预冷。所述蒸馏塔4设置有空气入口、污氮气出口和液氧出口，通过所述空气入口连接所述换热装置3，通过所述污氮气出口与所述换热装置3连接，用于从所述换热装置3接收被预冷的空气并进行分离，得到液氧液氮和污氮气，并向所述换热装置3提供污氮气用作预冷媒介，通过所述液氧出口间歇性排出液氧。所述液氧蒸发器5设置有液氧入口、污氮气入口和排气口，通过所述液氧入口连接所述蒸馏塔4的液氧出口，通过所述污氮气入口连接所述换热装置3，通过所述排气口连接大气，用于利用从所述换热装置3接收完成预冷的污氮气汽化从所述蒸馏塔4接收液氧并通过所述排气口排出。
其中，所述除尘装置1用于去除空气中的灰尘等固体机械杂质，例如可以是自洁式过滤器。所述换热装置3可以采用现有或将来发明的任一种具体结构，例如板式换热器，本实用新型不做限定。在换热装置3，空气和污氮气进行热量交换，对污氮气的冷量进行回收利用。所述蒸馏塔4设置在冷箱中，用于分离氮与氧，包括空气入口、液氧出口和污氮气出口，还可以包括纯氮出口、惰性气体出口等，图中未标出，其构造可以是现有的或将来发明的任一种构造，例如双级精馏塔，本实用新型不做限定。在装置中还可以连接有冷箱、空压机、液体泵、预冷系统、增压泵、膨胀机等设备，本实用新型对未涉及到的可采用的其他空分工艺不做限定。
通常，由于除杂装置2可以部分除去但不能完全除去碳氢化合物，所以需要每过一定次数空分后对积蓄有碳氢化合物的液氧进行排放，而污氮气是每个空分循环都会大量产生的，故污氮气体积远大于所需排放的液氧的体积，可以对液氧进行有效的稀释和蒸发。
空分流程：空气经增压后进行预冷，在除杂装置2中除去灰尘等固体机械杂质；然后在除尘装置1中去除的水分、二氧化碳等液体和气体杂质；下一步经膨胀和增压，在换热装置3中进行换热；之后进入冷箱中进行精馏，可以得到纯液氮和纯液氧，同时，中部还得到污氮气以及下部还得到带有碳氢化合物的液氧；污氮气输入至换热装置3中进行换热，待在换热装置3中降至室温或额外加热后引入液氧蒸发器5；液氧也引入液氧蒸发器5，在液氧蒸发器5中，液氧经较高温度的污氮气汽化、混合后，最终排出。
本实用新型通过设置污氮气出口依次连接换热装置、液氧蒸发器，利用较高温度的污氮气将较低温度的液氧排出，不需额外引入高温蒸汽，对污氮气进行了废物利用，同时由于需要排放的污氮气和液氧的体积比很大，对液氧进行了有效的稀释和蒸发，抑制了排放区域富氧环境产生，减少了火灾爆炸等事故的安全隐患。
图2是液氧蒸发器的示意图。
如图2所示，所述液氧蒸发器5包括壳体51、填料52、丝网53、喷头54。所述壳体51是两端开口、水平放置的管状结构，内部填充所述填料52。所述丝网53覆盖所述壳体51的两端，一端用于输入污氮气，另一端用于排气。所述喷头54设置在所述壳体51的内壁上部，靠近输入污氮气的一端，所述喷头54头部在所述壳体51内部，尾部穿过并伸出所述壳体51外部，用于输入并散布液氧。
其中，壳体51可以选用例如不锈钢的耐低温材质。所述填料52优选为不锈钢鲍尔环填料，填满所述壳体51内部。填料52填充在壳体51中，增大液氧和污氮气的接触面积，加快液氧蒸发。丝网53可以是例如不锈钢的丝网53，设置在壳体51两端，使填料52保持固定。
根据本实用新型的一个实施方式，所述喷头54设置在距离污氮气入口占壳体51长度三分之一至六分之一处，向排气口方向倾斜30-60度，使液氧充分被填料52所扩散，增大接触面积，更快被蒸发。
图3是除杂装置2为分子筛吸附器的空分装置的示意图。
如图3所示，所述的空分系统还包括加热装置6，所述除杂装置2是分子筛吸附器。所述除杂装置2还连接所述液氧蒸发器5，所述加热装置6经由加热装置6、所述除杂装置2与所述液氧蒸发器5连接，用于利用污氮气再生分子筛。加热装置6可以是例如蒸汽加热器，也可以是其他现有或将来发明的任一种加热装置，本实用新型不做限定。
将污氮气加热至规定温度后，进入分子筛吸附器对分子筛进行再生，然后经阀门、消音器放空，之后对分子筛再进行冷吹，对污氮气进行了进一步的废物利用。此时高于室温的污氮气再引入液氧蒸发器5中进行蒸发液氧，充分利用了污氮气的余热，对资源进行了充分的利用，绿色环保。
根据本实用新型的一个实施方式，所述的空分系统还包括温差控制仪表，分别设置在所述液氧蒸发器5的污氮气入口和排气口处。温差控制仪表，在污氮气入口和排气口的温差过大时报警，进行操作停止液氧排放，防止管道因低温被破坏。
本实用新型通过设置污氮气出口依次连接换热装置、液氧蒸发器，利用较高温度的污氮气将较低温度的液氧排出，对污氮气进行了废物利用，对液氧进行了有效的稀释和蒸发，抑制了排放区域富氧环境产生，减少了火灾爆炸等事故的安全隐患；通过将再生分子筛后的污氮气用来蒸发液氧，充分利用了污氮气的余热，结构简单、绿色环保。
应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (6)

1.一种空分系统，其特征在于，包括，除尘装置(1)、除杂装置(2)、换热装置(3)、蒸馏塔(4)和液氧蒸发器(5)，
所述除尘装置(1)用于去除空气中的固体机械杂质；
所述除杂装置(2)连接所述除尘装置(1)，用于去除空气中的水分、二氧化碳；
所述换热装置(3)连接所述除杂装置(2)，用于利用预冷媒介将空气预冷；
所述蒸馏塔(4)设置有空气入口、污氮气出口和液氧出口，通过所述空气入口连接所述换热装置(3)，通过所述污氮气出口与所述换热装置(3)连接，用于从所述换热装置(3)接收被预冷的空气并进行分离，得到液氧液氮和污氮气，并向所述换热装置(3)提供污氮气用作预冷媒介，通过所述液氧出口间歇性排出液氧；
所述液氧蒸发器(5)设置有液氧入口、污氮气入口和排气口，通过所述液氧入口连接所述蒸馏塔(4)的液氧出口，通过所述污氮气入口连接所述换热装置(3)，通过所述排气口连接大气，用于利用从所述换热装置(3)接收完成预冷的污氮气汽化从所述蒸馏塔(4)接收液氧并通过所述排气口排出。
2.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，所述液氧蒸发器(5)包括壳体(51)、填料(52)、丝网(53)、喷头(54)，
所述壳体(51)是两端开口、水平设置的管状结构，内部填充所述填料(52)；
所述丝网(53)覆盖所述壳体的两端，一端用于输入污氮气，另一端用于排气；
所述喷头(54)设置在所述壳体(51)的内壁上部，靠近输入污氮气的一端，所述喷头(54)头部在所述壳体(51)内部，尾部穿过并伸出所述壳体(51)外部，用于输入并散布液氧。
3.根据权利要求2所述的空分系统，其特征在于，所述填料(52)是不锈钢鲍尔环填料。
4.根据权利要求2所述的空分系统，其特征在于，所述喷头(54)设置在距离污氮气入口占壳体(51)长度三分之一至六分之一处，向排气口方向倾斜30-60度。
5.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，还包括加热装置(6)，所述除杂装置(2)是分子筛吸附器，
所述除杂装置(2)还连接所述液氧蒸发器(5)，所述加热装置(6)经由加热装置(6)、所述除杂装置(2)与所述液氧蒸发器(5)连接，用于利用污氮气再生分子筛。
6.根据权利要求1所述的空分系统，其特征在于，还包括温差控制仪表，分别设置在所述液氧蒸发器(5)的污氮气入口和排气口处。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114735666A (zh) * 2022-06-09 2022-07-12 北京化工大学 一种分离精制稀有气体的工艺

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