CN217083085U - 一种深冷空分纯化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种深冷空分纯化系统，包括：热交换器、板式换热器、再生管路、电加热器、进气排空控制管路。通过热交换器与板式换热器进行梯级换热，提高了进电加热器的气体温度，减少电加热器的使用时间，节能降耗；能量优化后，进纯化器的杂质气体得到控制，达到延长分子筛及氧化铝的使用年限的目的，减少产品气中烃类含量，最大限度地减少安全生产隐患；整体结构设计更加稳定、成熟，系统安全稳定运行的周期更长。

Description

一种深冷空分纯化系统

技术领域

本实用新型属于空分系统技术领域，尤其涉及一种深冷空分纯化系统。

背景技术

空分设备繁多，流程复杂，目前大多数的深冷空分纯化器是由两个吸附筒、一台电加热器，一套控制阀门和一台控制柜组成。空气通过其中一只吸附筒，空气中的二氧化碳及剩余水蒸汽被吸附在分子筛与活性氧化铝中，使空气得到净化。吸附筒中的吸附剂经6小时工作后，将被空气中的水蒸汽与二氧化碳所饱和而失去吸附能力，这时，这只吸附筒中的吸附剂需要进行再生，以恢复其工作能力。为此，将空气通入另一只已再生完毕的吸附筒，而失去吸附能力的吸附筒则转入再生工况。

再生时，用从冷箱排出的污氮气经电加热器加热到150～180℃后送入吸附筒中，将吸附的水蒸汽与二氧化碳解析出来，排入大气。加热再生结束后，关掉电加热器，用再生气将吸附筒吹冷，通过这样的切换与再生，出纯化器的空气就达到了不断地净化。上述工艺存在以下几个问题：第一，在节能降耗上未进行优化，整体能耗较大，有一定程度的资源浪费；第二，电加热器电耗高，工作时间长，影响寿命；第三，杂质气体未得到有效净化。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种深冷空分纯化系统，以解决目前深冷空分纯化设备能耗高的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本实用新型采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种深冷空分纯化系统，包括：热交换器、板式换热器、再生管路、空压机、增压机以及电加热器；所述热交换器的冷媒进口设置污氮气接收装置，所述热交换器的冷媒出口与所述板式换热器的冷媒进口连接，所述热交换器的热媒进口与所述空压机的空气输出口连接；所述板式换热器的冷媒出口与所述电加热器的进气口连接，所述板式换热器的热媒进口与所述增压机的出气口连接；所述电加热器的出气口与所述再生管路连接。

进一步的，所述的一种深冷空分纯化系统，还包括：第一吸附筒及第二吸附筒，且所述第一吸附筒与所述第二吸附筒的再生进气口通过所述再生管路与所述电加热器连接。

进一步的，所述再生管路包括：输出管路、第一输入管路及第二输入管路；所述输出管路的一端与所述电加热器的出气口连接，另一端分别与所述第一输入管路及所述第二输入管路连接；所述第一输入管路与所述第一吸附筒的进气口连接，所述第二输入管路与所述第二吸附筒的进气口连接。

进一步的，所述第一输入管路上设置第一控制阀，所述第二输入管路上设置第二控制阀。

进一步的，所述的一种深冷空分纯化系统，还包括：预冷机及水冷器；所述热交换器的热媒出口与所述水冷器连接，所述板式换热器的热媒出口与所述预冷机连接。

进一步的，所述的一种深冷空分纯化系统，还包括：进气排空控制管路；所述进气排空控制管路包括：总进气管、第一进气管、第二进气管、第一排空管、第二排空管、第一转接管、第二转接管；所述第一转接管的一端与所述第一吸附筒连接，另一端分别与所述第一进气管及所述第一排空管连接，所述第一进气管与所述总进气管连接；所述第二转接管的一端与所述第二吸附筒连接，另一端分别与所述第二进气管及所述第二排空管连接，所述第二进气管与所述总进气管连接。

进一步的，所述第一进气管上设置第三控制阀，所述第二进气管上设置第四控制阀，所述第一排空管上设置第五控制阀，所述第二排空管上设置第六控制阀。

本实用新型所带来的有益效果：

1.通过热交换器与板式换热器进行梯级换热，提高了进电加热器的气体温度，减少电加热器的使用时间，节能降耗；

2.能量优化后，进纯化器的杂质气体得到控制，达到延长分子筛及氧化铝的使用年限的目的，减少产品气中烃类含量，最大限度地减少安全生产隐患；

3.整体结构设计更加稳定、成熟，系统安全稳定运行的周期更长。

附图说明

图1是本实用新型一种深冷空分纯化系统的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1所示，在一些说明性的实施例中，本实用新型提供一种深冷空分纯化系统，包括：热交换器1、板式换热器2、再生管路、空压机3、增压机4、电加热器5、第一吸附筒6、第二吸附筒7、预冷机8、水冷器9及进气排空控制管路。

第一吸附筒6与第二吸附筒7内装活性氧化铝和13X分子筛，利用13X分子筛的选择吸附特性，按照变温变压吸附原理，吸附空气中的水蒸气、氧化铁、乙炔等有害成分。

本实用新型的进气排空控制管路包括：总进气管101、第一进气管102、第二进气管103、第一排空管104、第二排空管105、第一转接管106以及第二转接管107。

其中，第一进气管102、第一排空管104及第一转接管106与第一吸附筒6配合使用，以达到第一吸附筒6进气解吸、再生前泄压的目的。具体的，第一转接管106的一端与第一吸附筒6连接，另一端分别与第一进气管102及第一排空管104连接，第一进气管102与总进气管101连接。

其中，第二进气管103、第二排空管105及第二转接管107与第二吸附筒7配合使用，以达到第二吸附筒7进气解吸、再生前泄压的目的。具体的，第二转接管107的一端与第二吸附筒7连接，另一端分别与第二进气管103及第二排空管105连接，第二进气管103与总进气管101连接。

总进气管101与预冷器连接。

为达到自动控制上述管路的通断的目的，本实用新型在第一进气管102上设置第三控制阀1021，第二进气管103上设置第四控制阀1031，第一排空管104上设置第五控制阀1041，第二排空管105上设置第六控制阀1051。

来自预冷器的含湿饱和空气首先自下而上流经第一吸附筒6，在加压条件下空气中的水分、二氧化碳、乙炔等被分子筛吸附，由于分子筛的用量一定，因此在一定时间内，分子筛的吸附容量将达到饱和，即吸附床层穿透，分子筛无继续吸附能力。此时，关闭第三控制阀1021，打开第四控制阀1031，通过自动切换阀门的开关顺序，空气转而进入第二吸附筒7继续吸附。同时，吸附饱和的第一吸附筒6开始再生，打开第五控制阀1041，向大气泄压至常压后再引入来自电加热器5的被加热的污氮气，以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。当第二吸附筒7吸附饱和后，需要再生时则打开第六控制阀1051进行向大气泄压。

进气排空控制管路的设计不仅使得进气得到控制，且在纯化器吸附筒从吸附转入再生过程时可有效避免新鲜空气大量放空造成的损失，避免气体倒流杜绝气体放空。

纯化器工作时需要尽可能地降低气体温度，以降低空气中的水分，然而在纯化器进行解吸时需要尽可能地提高污氮气温度，因此需要电加热器5加热污氮气。但是若电加热器5长时间工作，一是稳定性无法保证，二是能耗较大，因此本实用新型通过增加热交换器1、板式换热器2的方式，有效地降低电加热器温度使其不致连续处于高温状态。

热交换器1的冷媒进口设置污氮气接收装置，污氮气接收装置用于接收其他系统产生的污氮气，具体可以采用法兰配合管道连接方式，将污氮气输送管道通过法兰对接于热交换器1的冷媒进口，实现污氮气接收。热交换器1的冷媒出口与板式换热器2的冷媒进口连接。热交换器2的热媒进口与空压机3的空气输出口连接，热交换器2的热媒出口与水冷器9连接。空压机3出口热空气通过热交换器1与污氮气进行管间换热，降低空压机3热空气温度进入水冷器9再次降温，污氮气经热交换器1换热后温度升高后进入板式换热器2再次换热降温。

板式换热器2的冷媒出口与电加热器5的进气口连接，板式换热器2的热媒进口与增压机4的出气口连接，板式换热器2的热媒出口与预冷机8连接。污氮气经热交换器1换热后温度升高后进入板式换热器2与增压机4出口气体进行再次换热，再次提高温度后进入电加热器5，增压机4热气体与污氮气换热降温后进入预冷机8冷却循环，不改变原工艺流程。本实用新型在原有的设备基础上进行技术改进，只需经过局部改造，优化工艺，即可达到增产降耗的目的，从而使得改造成本得到有效控制。

本实用新型通过空压机3出口及增压机4热空气与污氮气进行梯级换热，提高污氮气温度，即提高了进电加热器5的气体温度，减少电加热器5的使用时间。与此同时，使得进纯化器的杂质气体得到控制，达到延长分子筛及氧化铝的使用年限的目的，且减少产品气中烃类含量，最大限度地减少安全生产隐患。

纯化系统的能量优化，直接影响气体的质量，分子筛和氧化铝、电加热器的使用寿命直接关系到稳定生产的周期和气体产品的质量，本实用新型的结构设计可有效利用能量，做到节能降耗，同时可延长主要设备的寿命，达到长周期稳定运行的目的。

电加热器5的出气口与再生管路连接。第一吸附筒6与第二吸附筒7的再生进气口通过再生管路与电加热器5连接。再生管路包括：输出管路201、第一输入管路202及第二输入管路203。

输出管路201的一端与电加热器5的出气口连接，另一端分别与第一输入管路202及第二输入管路203连接，第一输入管路202与第一吸附筒6的进气口连接，第二输入管路203与第二吸附筒7的进气口连接。

为达到自动控制上述管路的通断的目的，本实用新型在第一输入管路202上设置第一控制阀2021，第二输入管路203上设置第二控制阀2031。

当第一吸附筒6饱和后，打开第一控制阀2021，被电加热器5加热的污氮气以与吸附工况相反的气体流向对第一吸附筒6的床层进行加热。原先被吸附分子筛吸附颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来，在热流气体的推动下被解吸出来的水蒸气、二氧化碳、乙炔等被赶出吸附床外。由于此时吸附剂床层的温度很高，不适合下个循环周期吸附，因此在完成加热时间后，须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行吹冷，吸附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。至此，吸附器的再生工况完成，准备下次吸附。当第二吸附筒7饱和后，打开第二控制阀2031，被电加热器5加热的污氮气进入第二吸附筒7进行解吸操作。两只吸附器就此交替轮流吸附和再生工况，从而实现空气的连续净化。

本实用新型再生管路与进气排空控制管路的设计以及各个管路上控制阀的设计，使得管道得到控制，杜绝气体倒流和大量气体放空，确保生产的连续性，并保证系统安全稳定。为延长电加热器寿命，保证正常工作，在电加热器停止工作时，另一冷污氮气经过电加热器，降低电加热器温度。根据温度对应的水气分压原理，温度越低，水分含量越低，因此降低进纯化器气体温度是关键。由于进纯化器仍有部分水气，适当增加纯化器下层氧化铝量，以充分吸收水分及杂质气体，保护分子筛。

由于进电加热器5温度上升，可降低电加热器5电流约15A左右，两组电加热器每小时可节约用电2×380×15/1000＝11.4kwh，年可降低用电量11.4×24×355＝97128kwh。

经过能量优化后，新鲜空气的温度降低，减少水冷系统用电量，也可节约电耗2万度左右。

潜在的如水分及杂质量减少，分子筛及氧化铝使用寿命变长。原2年换一次可延长至3年换一次，减少停机检修次数。

由于每次吹冷倒换阀门导致气体损失，每次排放约为0.5小时，一天减少排放8次。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种深冷空分纯化系统，其特征在于，包括：热交换器、板式换热器、再生管路、空压机、增压机以及电加热器；所述热交换器的冷媒进口设置污氮气接收装置，所述热交换器的冷媒出口与所述板式换热器的冷媒进口连接，所述热交换器的热媒进口与所述空压机的空气输出口连接；所述板式换热器的冷媒出口与所述电加热器的进气口连接，所述板式换热器的热媒进口与所述增压机的出气口连接；所述电加热器的出气口与所述再生管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，还包括：第一吸附筒及第二吸附筒，且所述第一吸附筒与所述第二吸附筒的再生进气口通过所述再生管路与所述电加热器连接。

3.根据权利要求2所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，所述再生管路包括：输出管路、第一输入管路及第二输入管路；所述输出管路的一端与所述电加热器的出气口连接，另一端分别与所述第一输入管路及所述第二输入管路连接；所述第一输入管路与所述第一吸附筒的进气口连接，所述第二输入管路与所述第二吸附筒的进气口连接。

4.根据权利要求3所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，所述第一输入管路上设置第一控制阀，所述第二输入管路上设置第二控制阀。

5.根据权利要求4所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，还包括：预冷机及水冷器；所述热交换器的热媒出口与所述水冷器连接，所述板式换热器的热媒出口与所述预冷机连接。

6.根据权利要求5所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，还包括：进气排空控制管路；所述进气排空控制管路包括：总进气管、第一进气管、第二进气管、第一排空管、第二排空管、第一转接管、第二转接管；所述第一转接管的一端与所述第一吸附筒连接，另一端分别与所述第一进气管及所述第一排空管连接，所述第一进气管与所述总进气管连接；所述第二转接管的一端与所述第二吸附筒连接，另一端分别与所述第二进气管及所述第二排空管连接，所述第二进气管与所述总进气管连接。

7.根据权利要求6所述的一种深冷空分纯化系统，其特征在于，所述第一进气管上设置第三控制阀，所述第二进气管上设置第四控制阀，所述第一排空管上设置第五控制阀，所述第二排空管上设置第六控制阀。

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