CN220707875U - 一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，包括主换热器、空气输送主管和精馏塔，精馏塔包括上塔、主冷凝换热器和下塔，空气输送主管、主换热器和下塔上设置有第一空气输送支管，主冷凝换热器上设置有液氧输送主管，液氧输送主管上设置有第一调节阀，液氧输送主管和主换热器上设置有液氧汽化输送管，液氧汽化输送管上设置有第二调节阀、液氧泵和第一压力传感器，液氧汽化输送管上设置有第二压力传感器。够降低磷酸铁锂黄料煅烧所需要压力范围成品氧气的能量消耗。本实用新型调节、使用方便，具有广泛的市场前景。

Description

一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置

技术领域

本实用新型涉及空分精馏供氧设备领域，具体涉及一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置。

背景技术

磷酸铁锂是一种锂离子电池电极材料，主要用于各种锂离子电池。磷酸铁锂其结构由锂离子与二价铁离子、磷酸根离子等离子体结合而成目前主流厂家均采用碳热还原工业生产磷酸铁锂正极材料，主要是由磷酸铁锂、碳酸锂、导电剂和粘结剂等通过一些列工序制成磷酸铁锂，其中，磷酸铁锂正极材料的化学组成和结构对于其电化学性能具有重要影响。而磷酸铁锂的生产过程包括原材料计量配料、混合、研磨、喷雾干燥、气氛烧结、粉碎、除铁、干燥包装等环节。在原材料处理环节，需要对原材料进行检验、筛选、计量等处理，以保证原材料的质量和稳定性。在混合环节，将磷酸铁锂、碳酸锂、葡萄糖、导电剂和粘结剂等原材料混合均匀，制成混合料。在研磨环节，需要对已制成的混合料进行粗磨和细磨，使其达到合格的粒径在喷雾干燥环节，通过热风进行干燥，蒸发掉磷酸铁锂黄料中大部分的水份，已减轻后段烧结压力。在富氧气氛或者纯氧气氛烧结环节，通过高温将磷酸铁锂黄料中25%的杂质烧掉，形成最终的磷酸铁锂物料。

而在高温将磷酸铁锂黄料中25%的杂质烧掉的步骤中，更为优选的则为在纯氧气氛下进行烧结。这现有的常规的空分装置是可以满足一类工业氧气的供给需求的，根据GB/T3863-2008《工业氧》中的要求，一类工业氧气的氧含量要求大于99.5%。而纯氧气氛对氧气的压力要求为0.42至0.5MPa，但是常规空分设备出冷箱的氧气压力为20KPa，常规工艺需要安装氧压机组进行增压进而满足将磷酸铁锂黄料煅烧对纯氧气氛的要求。但是，安装氧压机组后，氧压机组工作本身需要是需要耗能的，氧气机组需要压缩低压成品氧气以满足客户需求，这样也会造成氧气的消耗。因此，现有技术在磷酸铁锂黄料高温煅烧所需空分精馏制氧设备方面是存在相应的弊端存在能耗过高的技术问题，增加了企业的运营成本值得改进，从而降低企业运营成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够降低磷酸铁锂黄料煅烧所需要压力范围成品氧气的能量消耗的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，用于克服现有技术中缺陷。

本实用新型采用的技术方案为：一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器、空气输送主管和精馏塔，所述的精馏塔从上至下依次包括上塔、主冷凝换热器和下塔，空气输送主管、主换热器和下塔上设置有第一空气输送支管，主冷凝换热器上设置有液氧输送主管，液氧输送主管上设置有第一调节阀，第一调节阀与主冷凝换热器之间的液氧输送主管和主换热器上设置有液氧汽化输送管，液氧汽化输送管沿着液氧输送主管至主换热器的方向上依次设置有第二调节阀、液氧泵和第一压力传感器，液氧汽化输送管出口端和主换热器之间的液氧汽化输送管上设置有第二压力传感器。

优选的，所述的下塔和主冷凝换热器的进口端上设置有高压氮气输送管，主冷凝换热器的出口端上设置有液氮输送主管，液氮输送主管沿着靠近主冷凝换热器至远离主冷凝换热器的方向上依次设置有第一液氮输送支管的进口端、第二液氮输送支管的进口端和第三调节阀，第一液氮输送支管的出口端和下塔相连通，第二液氮输送支管的出口端和上塔相连通，下塔和上塔上设置有富氧液空输送管。

优选的，所述的第一空气输送支管和主换热器之间的空气输送主管沿着第一空气输送支管至第一空气主换热器的方向依次设置有第五调节阀、透平膨胀机的增压端和副换热器，副换热器与主换热器之间的空气输送主管、主换热器、透平膨胀机的膨胀端和上塔上设置有第二空气输送支管，副换热器与主换热器之间的空气输送主管、主换热器和下塔上设置有第三空气输送支管。

优选的，所述的下塔底部设置有液位传感器。

优选的，所述的下塔和主换热器上设置有污氮输送管和成品氮气输送管，第一液氮输送支管与第二液氮输送支管之间的液氮输送主管、污氮输送管以及成品氮气输送管上设置有第一过冷器，富氧液空输送管、污氮输送管以及成品氮气输送管上设置有第二过冷器，液氧输送主管的出口端与第一调节阀之间的液氧输送主管、污氮输送管以及成品氮气输送管上设置有第三过冷器。

优选的，所述的第一空气输送支管、第二空气输送支管和第三空气输送支管上均分别设置有第六调节阀，第一空气输送支管和第三空气输送支管上均分别设置有气体流量传感器。

本实用新型有益效果是：首先，本实用新型改变了因空分精馏装置成品氧气出口压力低不足以满足磷酸铁锂黄料煅烧炉所需纯氧气氛对压力要求从而需要氧压机组对成品氧气增压的传统工艺；从系统设计来说，氧压机组购买花费更高而液氧泵成本更低，能够达到相同的氧气压力供给指标，所以企业投资更低，更容易获得商业化的成功。并且进一步来说，高压液氧在主换热器完成汽化使得通过主换热器的压缩空气能够获得更低的温度从而使得所述的精馏塔完成精馏工艺更容易，冷量得到最大程度的回收。

其次，本实用新型液氧汽化输送管沿着液氧输送主管至主换热器的方向上依次设置有第二调节阀、液氧泵和第一压力传感器，液氧汽化输送管出口端和主换热器之间的液氧汽化输送管上设置有第二压力传感器；安装第一压力传感器和第二压力传感器便于反馈压力参数。

最后，本实用新型第一空气输送支管和第三空气输送支管上均分别设置有气体流量传感器，安装气体流量传感器便于反馈气体流量参数。

本实用新型具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器1、空气输送主管2和精馏塔，所述的精馏塔从上至下依次包括上塔3、主冷凝换热器4和下塔5，空气输送主管2、主换热器1和下塔5上设置有第一空气输送支管6，主冷凝换热器4上设置有液氧输送主管7，液氧输送主管7上设置有第一调节阀8，第一调节阀8与主冷凝换热器4之间的液氧输送主管7和主换热器1上设置有液氧汽化输送管9，液氧汽化输送管9沿着液氧输送主管7至主换热器1的方向上依次设置有第二调节阀10、液氧泵11和第一压力传感器12，液氧汽化输送管9出口端和主换热器1之间的液氧汽化输送管9上设置有第二压力传感器13。

所述的下塔5和主冷凝换热器4的进口端上设置有高压氮气输送管14，主冷凝换热器4的出口端上设置有液氮输送主管15，液氮输送主管15沿着靠近主冷凝换热器4至远离主冷凝换热器4的方向上依次设置有第一液氮输送支管16的进口端、第二液氮输送支管17的进口端和第三调节阀18，第一液氮输送支管16的出口端和下塔5相连通，第二液氮输送支管17的出口端和上塔3相连通，下塔5和上塔3上设置有富氧液空输送管19。所述的下塔5底部设置有液位传感器26。高压氮气输送管14、第一液氮输送支管16、第二液氮输送支管17和富氧液空输送管19上均分别设置有第四调节阀20。

所述的第一空气输送支管6和主换热器1之间的空气输送主管2沿着第一空气输送支管6至第一空气主换热器1的方向依次设置有第五调节阀21、透平膨胀机22的增压端和副换热器23，副换热器23与主换热器1之间的空气输送主管2、主换热器1、透平膨胀机22的膨胀端和上塔3上设置有第二空气输送支管24，副换热器23与主换热器1之间的空气输送主管2、主换热器1和下塔5上设置有第三空气输送支管25。

所述的下塔5和主换热器1上设置有污氮输送管27和成品氮气输送管28，第一液氮输送支管16与第二液氮输送支管17之间的液氮输送主管15、污氮输送管27以及成品氮气输送管28上设置有第一过冷器29，富氧液空输送管19、污氮输送管27以及成品氮气输送管28上设置有第二过冷器30，液氧输送主管7的出口端与第一调节阀8之间的液氧输送主管7、污氮输送管27以及成品氮气输送管28上设置有第三过冷器31。

所述的第一空气输送支管6、第二空气输送支管24和第三空气输送支管25上均分别设置有第六调节阀32，第一空气输送支管6和第三空气输送支管25上均分别设置有气体流量传感器33。

本产品使用方法如下：如图1所示，由于磷酸铁锂黄料煅烧炉工作周期呈间歇性，在正式供氧之前需要进行本产品的预运行，具体步骤如下：

S1、来自于上游空分纯化系统已经完成纯化后的压缩空气输送至空气输送主管2内并分为三部分，第一部分压缩空气经第一空气输送支管6输送给主换热器1的第一热源通道和持续输送给主换热器1冷源介质换热后，输送给下塔5参与下塔5的精馏；剩余的压缩空气继续沿着空气输送主管2前行依次经透平膨胀机22的增压端增压和通过副换热器23的热源通道与持续输送给副换热器23冷源通道的冷源介质换热后分为第二部分压缩空气和第三部分压缩空气，所述的第二部分压缩空气经第二空气输送支管24输送给主换热器1的第二热源通道和持续输送给主换热器1冷源介质换热后，送入透平膨胀机22的膨胀端进行膨胀冷却，最后送入上塔3参与上塔3的精馏；所述的第三部分压缩空气经第三空气输送支管25输送给主换热器1的第三热源通道和持续输送给主换热器1冷源介质换热后送入下塔5参与下塔5的精馏。

S2、进入下塔5的所述的第三部分压缩空气以及所述的第一部分压缩空气均持续上行和进入下塔5的回流冷凝液直接换热后，氮气组分呈气态持续上行而氧组分则逐渐变成液体而随着回流冷凝液一并下行，期间回流冷凝液持续被蒸发而汽化，最终在下塔5的塔顶富集成高压氮气的富集区，在下塔5的底部形成富氧液空的富集区。所述的下塔5的塔顶的高压氮气输送给主冷凝换热器4的热源通道和持续进入主冷凝换热器4冷源通道的冷源持续换热，主冷凝换热器4热源通道的出口端排出成品液氮并分为二部分，其中一部分成品液氮经第一液氮输送支管16送回下塔5作为下塔5的回流冷凝液；剩余部分液氮继续沿着液氮输送主管15前行送入第一过冷器29的热源通道和持续送入第一过冷器29冷源通道的冷源换热后，第一过冷器29热源通道的出口端送出过冷液氮并分为第一部分过冷成品液氮和第二部分过冷成品液氮，所述的第一部分过冷成品液氮经第二液氮输送支管17送入上塔5作为上塔5的第一回流冷凝液参与上塔5的精馏；所述的第二部分过冷成品液氮继续沿着液氮输送主管15前行送入液氮储槽作为成品液氮存储。下塔5的底部的富氧液空经富氧液空输送管19送入第二过冷器30的热源通道和持续送入第二过冷器30冷源通道的冷源介质换热后形成过冷富氧液空并继续沿着富氧液空输送管19送入上塔3作为上塔5的第二回流冷凝液参与上塔5的精馏。

S3、所述的第二部分压缩空气送入上塔3持续依次送入上塔3的第一回流冷凝液以及送入上塔3的第二回流冷凝液进行换热，其中所述的第二部分压缩空气中的氧组分被液化而持续下行，所述上塔3的第一回流冷凝液以及所述的上塔3的第二回流冷凝液中的氮组分均被均被汽化而持续上行，最终在上塔3顶部形成氮气富集区，而在所述上塔3的第一回流冷凝液以及所述的上塔3的第二回流冷凝液中的氮组分仍保持液体而持续下行并送入主冷凝换热器4的冷源通道形成液氧富集区并与送入主冷凝换热器4热源通道的介质持续换热，主冷凝换热器4的冷源通道内的氮组分首先被汽化从而使得主冷凝换热器4的冷源通道内液氧纯度持续提高，所述的液氧经液氧输送主管7送入第三过冷器31的热源通道和持续送入第三过冷器31冷源通道的冷源介质换热后形成过冷液氧并经第三过冷器31热源通道的出口排出送入液氧储槽暂存。

S4、上塔3顶部的氮气富集区中含有不可被液化杂质的氮气形成污氮气并输送给污氮输送管27依次经第一过冷器29的第一冷源通道、第二过冷器30的第一冷源通道、第三过冷器31的第一冷源通道和主换热器1的第一冷源通道经污氮输送管27的末端送入下游用户。上塔3顶部的氮气富集区中的高纯组分形成成品氮气并输送给成品氮气输送管28并输送给污氮输送管27依次经第一过冷器29的第二冷源通道、第二过冷器30的第二冷源通道、第三过冷器31的第二冷源通道和主换热器1的第二冷源通道经污氮输送管27的末端送入下游用户。

期间S1步骤中，上塔5的压力由送入上塔5的所述的第三部分压缩空气和送入上塔5的所述的第一部分压缩空气之间的气流比进行调节，所述的送入上塔5的所述的第三部分压缩空气和送入上塔5的所述的第一部分压缩空气之间的气流比由第一空气输送支管6上安装的第六调节阀32以及第三空气输送支管25上安装的第六调节阀32进行调节。

当完成上述步骤后，即完成了本产品的预运行。

当处于磷酸铁锂黄料煅烧炉工作周期并且本产品完成预运行步骤后，即可对磷酸铁锂黄料煅烧炉供给氧气，正式供给氧气的步骤是在本产品预运行的基础上进行的，相区别的是：

所述的主冷凝换热器4送出的成品液氧分为两部分：第一部分成品液氧仍然继续沿着液氧输送主管7前行并送入第三过冷器31的热源通道和持续送入第三过冷器31冷源通道的冷源介质换热后形成过冷液氧并经第三过冷器31热源通道的出口排出送入液氧储槽暂存。第二部分成品液氧则输送给液氧汽化输送管9经液氧泵11增压至第一预设范围经第一压力传感器12反馈压力后送入主换热器1的第三冷源通道和持续送入主换热器1的热源介质进行换热，主换热器1第三冷源通道的出口端后形成高压氧气并由第二压力传感器13反馈压力后，再经相应复热后送入磷酸铁锂黄料煅烧炉内提供磷酸铁锂黄料煅烧炉内工作的纯氧气氛，从而完成磷酸铁锂黄料的煅烧。

通过本实施例，改变了因空分精馏装置成品氧气出口压力低不足以满足磷酸铁锂黄料煅烧炉所需纯氧气氛对压力要求从而需要氧压机组对成品氧气增压的传统工艺；从系统设计来说，氧压机组购买花费更高而液氧泵11成本更低，能够达到相同的氧气压力供给指标，所以企业投资更低，更容易获得商业化的成功。并且进一步来说，高压液氧在主换热器1完成汽化使得通过主换热器1的压缩空气能够获得更低的温度从而使得所述的精馏塔完成精馏工艺更容易，冷量得到最大程度的回收。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，包括供空分装置中的气体进行热交换的主换热器（1）、空气输送主管（2）和精馏塔，所述的精馏塔从上至下依次包括上塔（3）、主冷凝换热器（4）和下塔（5），其特征在于：所述的空气输送主管（2）、主换热器（1）和下塔（5）上设置有第一空气输送支管（6），主冷凝换热器（4）上设置有液氧输送主管（7），液氧输送主管（7）上设置有第一调节阀（8），第一调节阀（8）与主冷凝换热器（4）之间的液氧输送主管（7）和主换热器（1）上设置有液氧汽化输送管（9），液氧汽化输送管（9）沿着液氧输送主管（7）至主换热器（1）的方向上依次设置有第二调节阀（10）、液氧泵（11）和第一压力传感器（12），液氧汽化输送管（9）出口端和主换热器（1）之间的液氧汽化输送管（9）上设置有第二压力传感器（13）。

2.根据权利要求1所述的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，其特征在于：所述的下塔（5）和主冷凝换热器（4）的进口端上设置有高压氮气输送管（14），主冷凝换热器（4）的出口端上设置有液氮输送主管（15），液氮输送主管（15）沿着靠近主冷凝换热器（4）至远离主冷凝换热器（4）的方向上依次设置有第一液氮输送支管（16）的进口端、第二液氮输送支管（17）的进口端和第三调节阀（18），第一液氮输送支管（16）的出口端和下塔（5）相连通，第二液氮输送支管（17）的出口端和上塔（3）相连通，下塔（5）和上塔（3）上设置有富氧液空输送管（19）。

3.根据权利要求1所述的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，其特征在于：所述的第一空气输送支管（6）和主换热器（1）之间的空气输送主管（2）沿着第一空气输送支管（6）至第一空气主换热器（1）的方向依次设置有第五调节阀（21）、透平膨胀机（22）的增压端和副换热器（23），副换热器（23）与主换热器（1）之间的空气输送主管（2）、主换热器（1）、透平膨胀机（22）的膨胀端和上塔（3）上设置有第二空气输送支管（24），副换热器（23）与主换热器（1）之间的空气输送主管（2）、主换热器（1）和下塔（5）上设置有第三空气输送支管（25）。

4.根据权利要求1所述的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，其特征在于：所述的下塔（5）底部设置有液位传感器（26）。

5.根据权利要求2所述的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，其特征在于：所述的下塔（5）和主换热器（1）上设置有污氮输送管（27）和成品氮气输送管（28），第一液氮输送支管（16）与第二液氮输送支管（17）之间的液氮输送主管（15）、污氮输送管（27）以及成品氮气输送管（28）上设置有第一过冷器（29），富氧液空输送管（19）、污氮输送管（27）以及成品氮气输送管（28）上设置有第二过冷器（30），液氧输送主管（7）的出口端与第一调节阀（8）之间的液氧输送主管（7）、污氮输送管（27）以及成品氮气输送管（28）上设置有第三过冷器（31）。

6.根据权利要求3所述的生产磷酸铁锂配套的空分精馏供氧装置，其特征在于：所述的第一空气输送支管（6）、第二空气输送支管（24）和第三空气输送支管（25）上均分别设置有第六调节阀（32），第一空气输送支管（6）和第三空气输送支管（25）上均分别设置有气体流量传感器（33）。