CN216522649U - 一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，包括烟气管路，以及依次设置于烟气管路上的冷凝除尘模块、回收烟气压缩模块、预冷纯化干燥模块和低温精馏模块，所述低温精馏模块包括依次设置于烟气管路上的第一换热器、气液分离罐和精馏塔，所述精馏塔上连接有氧输送管路和氮循环管路，所述精馏塔上设有与氮循环管路连接的废气出口和氮循环进口，所述氮循环管路上设有氮循环制冷模块，所述氧输送管路和氮循环管路经过所述第一换热器的吸热管路。针对锂电池生产过程中的富氧尾气直接排放，造成资源浪费的技术问题，本实用新型能对反应釜内的近似常压的富氧烟气进行氧气提纯回收再利用，提高资源的利用率。

Description

一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置
技术领域
本实用新型涉及气体分离技术领域，具体涉及一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置。
背景技术
锂离子电池是指由锂合金金属氧化物为正极材料，石墨为负极材料，以及非水电解质构成的电池，其具有环保、高性能、运行时间久等特点，已经成为电池行业发展的重点之一。其中，在锂电池正极材料的生产反应釜中，不可避免地会产生大量高温、高湿、近似常压的富氧烟气，倘若将这些富氧尾气经过处理后直接对外排放，则会造成大量氧气的浪费，造成整体能耗的浪费和生产成本的增加。
实用新型内容
1、实用新型要解决的技术问题
针对锂电池生产过程中的富氧尾气直接排放，造成资源浪费的技术问题，本实用新型提供了一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，它能对反应釜内的近似常压的富氧烟气进行氧气提纯回收再利用，提高资源的利用率。
2、技术方案
为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，包括烟气管路，以及依次设置于烟气管路上的冷凝除尘模块、回收烟气压缩模块、预冷纯化干燥模块和低温精馏模块，所述低温精馏模块包括依次设置于烟气管路上的第一换热器、气液分离罐和精馏塔，所述精馏塔上连接有氧输送管路和氮循环管路，所述精馏塔上设有与氮循环管路连接的废气出口和氮循环进口，所述氮循环管路上设有氮循环制冷模块，所述氧输送管路和氮循环管路经过所述第一换热器的吸热管路。
可选地，所述氮循环制冷模块包括第二换热器、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器和精馏塔蒸发器，所述氮循环管路依次经过所述第二换热器的吸热管路、第一换热器的吸热管路、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器、第二换热器的供热管路、精馏塔蒸发器和所述第二换热器的供热管路后连接至所述精馏塔的氮循环进口上。
可选地，所述氮循环制冷模块还包括制冷管路，以及设于制冷管路上的循环氮膨胀机，所述氮循环管路中的部分介质经过循环氮压机和末级冷却器后，经制冷管路再次经过循环氮压机和循环氮压机末级冷却器。
可选地，所述氮循环制冷模块还包括与精馏塔连通的液氮补充管路。
可选地，还包括冷箱，所述第一换热器、气液分离罐、精馏塔、第二换热器、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器、精馏塔蒸发器和循环氮膨胀机均安装于冷箱内。
可选地，所述冷凝除尘模块包括依次设置于烟气管路上的降温降湿器、除尘过滤器和鼓风机。
可选地，所述回收烟气压缩模块包括依次设置于烟气管路上的烟气压缩机、烟气压缩机末级冷却器和第一缓冲罐。
可选地，所述预冷纯化干燥模块包括依次设置于烟气管路上的冷冻机、第二缓冲罐、分子筛吸附双塔，以及与分子筛吸附双塔相连的再生电加热器。
可选地，所述分子筛吸附双塔中的再生气为所述低温精馏模块中产生的废气。
一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收方法，包括以下步骤，将常压高湿富氧烟气经冷凝除尘、烟气压缩、预冷纯化干燥和低温精馏制备得到氧气，所述低温精馏步骤中产生的废气作为制冷介质在低温精馏步骤中循环使用。
3、有益效果
采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置可对反应釜内的近似常压的富氧烟气进行氧气提纯回收再利用，在前端采用了冷凝除尘模块，可有效去除回收烟气中的微米级的金属氧化物粉尘，同时冷凝脱除一部分水，降低氧分子的活跃度，确保下游设备的安全运行；采用低温精馏法来分离提纯回收烟气中的氧气，采用代表当今空分技术最先进水平的规整填料塔技术，可实现氧提取率高(纯度可达99.6％及以上)、总体能耗低、运行安全可靠等特点；采用精馏过程中的废气作为制冷介质循环精馏使用，减少了装置对氮气的消耗，工艺组织简单；本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置充分利用了锂电池生产反应釜排出的富氧烟气，流程先进、技术成熟、安全可靠、操作方便、设备配置经济合理，氧气回收提取率高，回收得到的纯氧气纯度可达99.6％及以上，有效节省了系统的生产能耗，降低了系统成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提出的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置的结构示意图；
1、烟气管路；2、第一换热器；3、气液分离罐；4、精馏塔；4a、废气出口；4b、氮循环进口；5、氧输送管路；6、氮循环管路；7、第二换热器；8、循环氮压机；9、循环氮压机末级冷却器；10、精馏塔蒸发器；11、制冷管路；12、循环氮膨胀机；13、液氮补充管路；14、冷箱；15、降温降湿器；16、除尘过滤器；17、风机；18、烟气压缩机；19、烟气压缩机末级冷却器；20、第一缓冲罐；21、冷冻机；22、第二缓冲罐；23、分子筛吸附双塔；24、再生电加热器。
具体实施方式
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图1及实施例对本实用新型作详细描述。
实施例一
结合附图1，本实施例的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，包括烟气管路1，以及依次设置于烟气管路1上的冷凝除尘模块、回收烟气压缩模块、预冷纯化干燥模块和低温精馏模块，所述烟气管路1的一端用于收集锂电池生产过程中产生的尾气，所述低温精馏模块包括依次设置于烟气管路1上的第一换热器2、气液分离罐3和精馏塔4，所述烟气管路1经过第一换热器2的放热管路，所述精馏塔4为填料塔，富氧烟气进入精馏塔4进行精馏提纯，在精馏塔4中，上升气体与下流液体充分接触，传质传热后，得到的纯液氧，所述精馏塔4上连接有氧输送管路5和氮循环管路6，所述氧输送管路5与精馏塔4底部相连通，以将精馏塔4底部的液氧循环送入锂电池正极材料的生产反应釜内，所述氧输送管路5上设有液氧泵，所述精馏塔4的上端设有与氮循环管路6连接的废气出口4a和氮循环进口4b，所述氮循环管路6上设有氮循环制冷模块，所述氧输送管路5和氮循环管路6经过所述第一换热器2的吸热管路，所述第一换热器2上设有两个吸热管路，分别连接氧输送管路5和氮循环管路6，所述精馏塔4中产生的废气作为制冷介质在低温精馏模块中循环。
本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置可对反应釜内的近似常压的富氧烟气进行氧气提纯回收再利用，在前端采用了冷凝除尘模块，可有效去除回收烟气中的微米级的金属氧化物粉尘，同时冷凝脱除一部分水，降低氧分子的活跃度，确保下游设备的安全运行；采用低温精馏法来分离提纯回收烟气中的氧气，采用代表当今空分技术最先进水平的规整填料塔技术，可实现氧提取率高(纯度可达99.6％及以上)、总体能耗低、运行安全可靠等特点；采用精馏过程中的废气作为制冷介质循环精馏使用，减少了装置对氮气的消耗，工艺组织简单；本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置充分利用了锂电池生产反应釜排出的富氧烟气，流程先进、技术成熟、安全可靠、操作方便、设备配置经济合理，氧气回收提取率高，回收得到的纯氧气纯度可达99.6％及以上(在废气循环的过程中可对其中的氧进行提取)，有效节省了系统的生产能耗，降低了系统成本。
作为本实用新型的可选方案，所述氮循环制冷模块包括第二换热器7、循环氮压机8、循环氮压机末级冷却器9和精馏塔蒸发器10，所述精馏塔蒸发器10安装于精馏塔4的内部，且所述精馏塔蒸发器10和精馏塔4为一体式结构，所述氮循环管路6依次经过所述第二换热器7的吸热管路、第一换热器2的吸热管路、循环氮压机8、循环氮压机末级冷却器9、第二换热器7的供热管路、精馏塔蒸发器10和所述第二换热器7的供热管路后连接至所述精馏塔4的氮循环进口4b上，废气经过精馏塔蒸发器10时释放热量，并促使精馏塔4内的气体由下至上流动，作为动力，在第二换热器7内，从精馏塔4中排出的废气与经过精馏塔蒸发器10的废气进行热交换，经过精馏塔蒸发器10的废气进一步降温后进入精馏塔4内，从精馏塔4中排出的废气经过第二换热器7后，再经过第一换热器2的吸热管路吸热升温，之后通过循环氮压机8和循环氮压机末级冷却器9实现降温冷却，降温冷却后的废气进入第一换热器2的供热管道进一步放热降温，然后经过精馏塔蒸发器10在第二换热器7中与从精馏塔4中排出的废气进行换热。
作为本实用新型的可选方案，所述氮循环制冷模块还包括制冷管路11，以及设于制冷管路11上的循环氮膨胀机12，所述制冷管路11一端连接于第一换热器2中与氮循环管路6连接的供热管路上，另一端连接于氮循环管路6上与第一换热器2中吸热管路相连前的管路上，所述氮循环管路6中的部分介质经过循环氮压机8和末级冷却器9后，经制冷管路11再次经过循环氮压机8和循环氮压机末级冷却器9，从而保证经过第一换热器2的烟气温度和废气温度经过热交换后能满足精馏要求。
作为本实用新型的可选方案，所述氮循环制冷模块还包括与精馏塔4连通的液氮补充管路13，所述液氮补充管路13可与向精馏塔4加入液氮做为冷源，在实际应用中，所述循环氮膨胀机12和液氮补充管路13为两个相互可代替的方案，在两个同时设置时，只有在制冷量明显不足时，才会采用两者结合的方式。
作为本实用新型的可选方案，还包括冷箱14，所述第一换热器2、气液分离罐3、精馏塔4、第二换热器7、循环氮压机8、循环氮压机末级冷却器9、精馏塔蒸发器10和循环氮膨胀机12均安装于冷箱14内，冷箱是一组高效、绝热保冷的低温换热设备。在深冷分离过程中经常采用，如在石油裂解气的深冷分离过程中就采用在-100～-140℃左右工作的冷箱。它由结构紧凑的高效板式换热器和气液分离器所组成。因为低温极易散冷，要求极其严密的绝热保冷，故用绝热材料把换热器和分离器均包装在一个箱形物内，称之为冷箱
作为本实用新型的可选方案，所述冷凝除尘模块包括依次设置于烟气管路1上的降温降湿器15、除尘过滤器16和鼓风机17，主要作用是用于对烟气进行预处理，降低氧分子活性。
作为本实用新型的可选方案，所述回收烟气压缩模块包括依次设置于烟气管路1上的烟气压缩机18、烟气压缩机末级冷却器19和第一缓冲罐20，富氧烟气在第一缓冲罐20中气液分离，主要作用是用于对烟气进行压缩冷却，在第一缓冲罐20中气液分离后的冷凝水经管道排出。
作为本实用新型的可选方案，所述预冷纯化干燥模块包括依次设置于烟气管路1上的冷冻机21、第二缓冲罐22、分子筛吸附双塔23，以及与分子筛吸附双塔23相连的再生电加热器24，富氧烟气在第二缓冲罐22中气液分离，所述分子筛吸附双塔23中装填有氧化铝和高效分子筛，经过纯化干燥后的烟气送入下一单元，所述分子筛吸附双塔23一塔吸附时，另一塔解吸再生，切换周期为8小时(单塔工作时间为4小时)，由控制系统控制定时自动切换，所述分子筛吸附双塔23中的再生气为所述低温精馏模块中产生的废气，经过蒸汽或再生电加热器24给分子筛再生。
作为本实用新型的可选方案，本实施例中的第一换热器2、第二换热器7，以及精馏塔蒸发器10中的换热器均为真空钎焊式板翅式换热器，以保证换热效果和换热效率。
实施例二
一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收方法，包括以下步骤，将常压高湿富氧烟气经冷凝除尘、烟气压缩、预冷纯化干燥和低温精馏制备得到氧气，所述低温精馏步骤中产生的废气作为制冷介质在低温精馏步骤中循环使用。
本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收方法用于对反应釜内的近似常压的富氧烟气进行氧气提纯回收再利用，通过冷凝除尘步骤，可有效去除回收烟气中的微米级的金属氧化物粉尘，同时冷凝脱除一部分水，降低氧分子的活跃度，确保下游设备的安全运行；采用低温精馏法来分离提纯回收烟气中的氧气，采用代表当今空分技术最先进水平的规整填料塔技术，可实现氧提取率高(可达99.6％及以上)、总体能耗低、运行安全可靠等特点；采用精馏过程中的废气作为制冷介质循环精馏使用，减少了装置对氮气的消耗，工艺组织简单；本常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置充分利用了锂电池生产反应釜排出的富氧烟气，流程先进、技术成熟、安全可靠、操作方便、设备配置经济合理，氧气回收提取率高，回收得到的纯氧气纯度可达99.6％及以上(在废气循环的过程中可对其中的氧进行提取)，有效节省了系统的生产能耗，降低了系统成本。
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：包括烟气管路，以及依次设置于烟气管路上的冷凝除尘模块、回收烟气压缩模块、预冷纯化干燥模块和低温精馏模块，所述低温精馏模块包括依次设置于烟气管路上的第一换热器、气液分离罐和精馏塔，所述精馏塔上连接有氧输送管路和氮循环管路，所述精馏塔上设有与氮循环管路连接的废气出口和氮循环进口，所述氮循环管路上设有氮循环制冷模块，所述氧输送管路和氮循环管路经过所述第一换热器的吸热管路。
2.根据权利要求1所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述氮循环制冷模块包括第二换热器、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器和精馏塔蒸发器，所述氮循环管路依次经过所述第二换热器的吸热管路、第一换热器的吸热管路、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器、第二换热器的供热管路、精馏塔蒸发器和所述第二换热器的供热管路后连接至所述精馏塔的氮循环进口上。
3.根据权利要求2所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述氮循环制冷模块还包括制冷管路，以及设于制冷管路上的循环氮膨胀机，所述氮循环管路中的部分介质经过循环氮压机和末级冷却器后，经制冷管路再次经过循环氮压机和循环氮压机末级冷却器。
4.根据权利要求2所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述氮循环制冷模块还包括与精馏塔连通的液氮补充管路。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：还包括冷箱，所述第一换热器、气液分离罐、精馏塔、第二换热器、循环氮压机、循环氮压机末级冷却器、精馏塔蒸发器和循环氮膨胀机均安装于冷箱内。
6.根据权利要求5所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述冷凝除尘模块包括依次设置于烟气管路上的降温降湿器、除尘过滤器和鼓风机。
7.根据权利要求5所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述回收烟气压缩模块包括依次设置于烟气管路上的烟气压缩机、烟气压缩机末级冷却器和第一缓冲罐。
8.根据权利要求5所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述预冷纯化干燥模块包括依次设置于烟气管路上的冷冻机、第二缓冲罐、分子筛吸附双塔，以及与分子筛吸附双塔相连的再生电加热器。
9.根据权利要求8所述的一种常压高湿富氧烟气的深冷法氧气回收装置，其特征在于：所述分子筛吸附双塔中的再生气为所述低温精馏模块中产生的废气。
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