CN103062990B - 液体空分装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了液体空分装置，它包括精馏塔（1），精馏塔（1）包括上塔（10）、下塔（11）和主冷凝蒸发器（12），上塔（10）产品氮气出口一路与主换热器（3）、产品氮气输出管路依次连接，另一路与液化换热器（6）、循环氮气压缩机（5）、增压膨胀机（8）的增压端、增压机后冷却器（9）、液化换热器（6）、低温冷气机组（7）、液化换热器（6）依次连接。本发明的有益效果是：与空分精馏和换热设备有机结合，减少了设备投资，同时保证液体产品的产量和纯度；通过加大或减少产品液氮抽量，可减少和增加产品液氧的量，同时增加或减少氧气产量；实现装置的连续性生产和变负荷生产，降低了能耗，产品质量稳定、有保证。
Description
技术领域
本发明涉及空气分离技术领域，特别是液体空分装置及工艺。
背景技术
目前，许多小型深冷气体空分装置，存在由于季节以及日夜甚至各时段的不同，用户用气量的呈现波动的特征，氧气日平均放散量较大，从而造成装置的运行效率低，单位能耗高、成本高。为节约能耗，降低运行成本，增加企业盈利能力，空分装置通常配置液化装置，将多余放空的氧气、氮气，液化成液氧、液氮进行对外销售。而所配液化装置，为外液化装置，存在装置变负荷能力不好，能耗高，产品纯度特别是氮气纯度控制难的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种减少设备投资，同时保证液体产品的产量和纯度的液体空分装置及工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：液体空分装置，它包括精馏塔、过冷器、主换热器、膨胀机、循环氮气压缩机、液化换热器、低温冷气机组、增压膨胀机、增压机后冷却器，精馏塔包括上塔、下塔和设置于上塔与下塔之间的主冷凝蒸发器，干燥空气进气管分为两路，干燥空气进气管一路与主换热器的进料空气流道A、下塔下部空气进口依次连接，干燥空气进气管的另一路与主换热器的进料空气流道B、膨胀机、上塔上部空气进口依次连接，主冷凝蒸发器的液氮出口分为两路，主冷凝蒸发器的液氮出口一路与下塔的液氮回流口连接，主冷凝蒸发器的液氮出口另一路与过冷器的液氮流道、上塔的液氮进口依次连接，连接过冷器的液氮流道与上塔的液氮进口的管道上连接有液氮产品输出管路，下塔底部的富氧液空出口与过冷器的富氧液空流道、上塔的富氧液空进口依次连接，上塔顶部的产品氮气出口与过冷器的产品氮气流道连接后分为两路，过冷器的产品氮气流道的出口一路与主换热器的产品氮气流道、产品氮气输出管路依次连接，过冷器的产品氮气流道的出口另一路与液化换热器的产品氮气流道、循环氮气压缩机、增压膨胀机的增压端、增压机后冷却器、液化换热器的循环氮气进气流道、低温冷气机组、液化换热器的循环氮气出气流道依次连接，液化换热器的循环氮气出气流道的出口分为两路，液化换热器的循环氮气出气流道的出口一路与连接主冷凝蒸发器的液氮出口和过冷器的液氮流道之间的管道连接，液化换热器的循环氮气出气流道的出口另一路与增压膨胀机的膨胀端、连接过冷器的产品氮气流道的出口和液化换热器的产品氮气流道间的管道依次连接；
上塔近塔顶处的污氮气出口与过冷器的污氮气流道、主换热器的污氮气流道、污氮气输出管路依次连接；主冷凝蒸发器底部的产品液氧出口连接产品液氧输出管路，上塔底部的氧气出口与主换热器氧气流道、氧气输出管路依次连接。
所述的连接过冷器的富氧液空流道与上塔的富氧液空进口之间的管道上、连接过冷器的液氮流道与上塔的液氮进口之间的管道上、连接液化换热器的循环氮气出气流道的出口与增压膨胀机的膨胀端之间的管道上、连接液化换热器的循环氮气出气流道的出口与连接主冷凝蒸发器的液氮出口和过冷器的液氮流道之间的管道上、液氮产品输出管路上、产品氮气输出管路上、污氮气输出管路上、产品液氧输出管路上和氧气输出管路上均设置有控制阀。
采用所述的液体空分装置的空分工艺，它包括以下步骤：
S1、原料空气经压缩、冷却纯化后进入主换热器，被产品氧气、产品氮气、污氮气冷却，一部分原料空气冷却后进入膨胀机，经膨胀机制冷后，进入上塔参加精馏，其余原料空气冷却到接近露点后进入下塔的底部，进行精馏；
S2、在精馏塔中，下塔内空气与回流液氮在多层塔板上反复冷凝和蒸发，下塔底部积聚富氧液空，富氧液空通过过冷器过冷，经上塔的富氧液空进口进入上塔提供上塔冷量；下塔上端部富集的氮气通过主冷凝蒸发器冷凝成液氮，液氮一部分经过过冷器进一步降温，进入上塔顶部作为上塔的回流液体；液氮的另一部分进入下塔，补充冷量；
S3、上塔顶部的部分产品氮气以及上塔中上部的污氮气经过过冷器回收部分冷量，进入主换热器，冷却原料空气后得到产品氮气及污氮气；上塔底部的产品氧气进入主换热器，冷却原料空气后得到产品氧气，在主冷凝蒸发器底部得到的产品液氧；
S4、上塔顶部的剩余产品氮气经过过冷器回收部分冷量，与增压膨胀机膨胀制冷后的氮气混合后进入液化换热器，回收部分冷量后经循环氮气压缩机压缩冷却后进入增压膨胀机的增压端，经增压后再经增压机后冷却器冷却，进入液化换热器换热冷却，再进入低温冷却机组冷却，冷却后再进入液化换热器继续冷却，然后部分进入增压膨胀机膨胀端，膨胀制冷后，与经过冷器回收部分冷量的产品氮气混合后再次进入液化换热器中；其余氮气液化后，与主冷凝蒸发器抽出的部分液氮混合进入过冷器过冷后，部分作为产品液氮输出，其余液氮进入上塔顶部。
本发明具有以下优点：本发明不同于现有气体空分外加外液化装置的变负荷流程，而是尽可能与空分精馏和换热设备有机结合，从而减少设备投资，同时保证液体产品的产量和纯度，特别是可在尽可能少的塔板数情况下，提高液氮产品纯度，以适宜市场需要。
本发明通过加大或减少产品液氮抽量，可减少和增加产品液氧的量，同时增加或减少氧气产量。利用空分装置塔和换热器的操作弹性，减少液化装置部分的氧气通道设置、液氮过冷器和相应仪表设置，从而减少投资。由于有部分低压氮气液化后，进入上塔参与精馏，从而可增加氧气提取率，增加氧产量，同时可提高氮气和液氮纯度，满足市场要求。
本发明能够在供气量变化的情况下，实现装置的连续性生产和变负荷生产，从而降低了能耗，同时液体产品的质量稳定、有保证。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图
图中，1-精馏塔，2-过冷器，3-主换热器，4-膨胀机，5-循环氮气压缩机，6-液化换热器，7-低温冷气机组，8-增压膨胀机，9-增压机后冷却器，10-上塔，11-下塔，12-主冷凝蒸发器，13-控制阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，液体空分装置，它包括精馏塔1、过冷器2、主换热器3、膨胀机4、循环氮气压缩机5、液化换热器6、低温冷气机组7、增压膨胀机8、增压机后冷却器9，精馏塔1包括上塔10、下塔11和设置于上塔10与下塔11之间的主冷凝蒸发器12，干燥空气进气管分为两路，干燥空气进气管一路与主换热器3的进料空气流道A、下塔11下部空气进口依次连接，干燥空气进气管的另一路与主换热器3的进料空气流道B、膨胀机4、上塔10上部空气进口依次连接，主冷凝蒸发器12的液氮出口分为两路，主冷凝蒸发器12的液氮出口一路与下塔11的液氮回流口连接，主冷凝蒸发器12的液氮出口另一路与过冷器2的液氮流道、上塔10的液氮进口依次连接，连接过冷器2的液氮流道与上塔10的液氮进口的管道上连接有液氮产品输出管路，下塔11底部的富氧液空出口与过冷器2的富氧液空流道、上塔10的富氧液空进口依次连接，上塔10顶部的产品氮气出口与过冷器2的产品氮气流道连接后分为两路，过冷器2的产品氮气流道的出口一路与主换热器3的产品氮气流道、产品氮气输出管路依次连接，过冷器2的产品氮气流道的出口另一路与液化换热器6的产品氮气流道、循环氮气压缩机5、增压膨胀机8的增压端、增压机后冷却器9、液化换热器6的循环氮气进气流道、低温冷气机组7、液化换热器6的循环氮气出气流道依次连接，液化换热器6的循环氮气出气流道的出口分为两路，液化换热器6的循环氮气出气流道的出口一路与连接主冷凝蒸发器12的液氮出口和过冷器2的液氮流道之间的管道连接，液化换热器6的循环氮气出气流道的出口另一路与增压膨胀机8的膨胀端、连接过冷器2的产品氮气流道的出口和液化换热器6的产品氮气流道间的管道依次连接；
上塔10近塔顶处的污氮气出口与过冷器2的污氮气流道、主换热器3的污氮气流道、污氮气输出管路依次连接；主冷凝蒸发器12底部的产品液氧出口连接产品液氧输出管路，上塔10底部的氧气出口与主换热器3氧气流道、氧气输出管路依次连接。
所述的连接过冷器2的富氧液空流道与上塔10的富氧液空进口之间的管道上、连接过冷器2的液氮流道与上塔10的液氮进口之间的管道上、连接液化换热器6的循环氮气出气流道的出口与增压膨胀机8的膨胀端之间的管道上、连接液化换热器6的循环氮气出气流道的出口与连接主冷凝蒸发器12的液氮出口和过冷器2的液氮流道之间的管道上、液氮产品输出管路上、产品氮气输出管路上、污氮气输出管路上、产品液氧输出管路上和氧气输出管路上均设置有控制阀13。
采用所述的液体空分装置的空分工艺，它包括以下步骤：
S1、原料空气经压缩、冷却纯化后（压力5.9bar.A、温度287K、流量8300Nm3/h）进入主换热器3，被产品氧气、产品氮气、污氮气冷却，一部分原料空气冷却后（压力5.8bar.A、温度148K、流量1500Nm3/h）进入膨胀机4，经膨胀机4制冷后（压力1.5bar.A、温度107K、流量1500Nm3/h），进入上塔10参加精馏，其余原料空气冷却到接近露点后进入下塔11的底部，进行精馏；
S2、在精馏塔1中，下塔11内空气与回流液氮在多层塔板上反复冷凝和蒸发，下塔11底部积聚富氧液空，富氧液空通过过冷器2过冷，经上塔10的富氧液空进口进入上塔10提供上塔10冷量；下塔11上端部富集的氮气通过主冷凝蒸发器12冷凝成液氮，液氮一部分经过过冷器2进一步降温，进入上塔10顶部作为上塔10的回流液体；液氮的另一部分进入下塔11，补充冷量；
S3、上塔10顶部的部分产品氮气（压力1.35bar.A、温度80.2K、流量3255Nm3/h）以及上塔10中上部的污氮气经过过冷器2回收部分冷量，进入主换热器3，冷却原料空气后得到产品氮气（压力1.1bar.A、温度284K、流量3255Nm3/h）及污氮气；污氮气输出管路上输出的污氮气（压力1.15bar.A、温度284K、流量3545Nm3/h）可进入分子筛纯化***，作为分子筛再生气；上塔10底部的产品氧气进入主换热器3，冷却原料空气后得到产品氧气（压力1.2bar.A、温度284K、流量0Nm3/h），在主冷凝蒸发器12底部得到的产品液氧（压力1.5bar.A、温度284K、流量1500Nm3/h）；
S4、上塔10顶部的剩余产品氮气（压力1.35bar.A、温度80.2K、流量2200 Nm3/h）经过过冷器2回收部分冷量后（压力1.3bar.A、温度98K、流量2200Nm3/h），与增压膨胀机8膨胀制冷后的氮气（压力1.3bar.A、温度80.7K、流量10750Nm3/h）混合后（压力1.3bar.A、温度82.8K、流量12950Nm3/h）进入液化换热器6，回收部分冷量后（压力1.05bar.A、温度310K、流量12950Nm3/h）经循环氮气压缩机5压缩冷却后（压力12bar.A、温度313K、流量12950Nm3/h）进入增压膨胀机8的增压端，经增压后再经增压机后冷却器9冷却（压力16.1bar.A、温度313K、流量12950Nm3/h），进入液化换热器6换热冷却（压力15.9bar.A、温度250K、流量12950Nm3/h），再进入低温冷却机组冷却，冷却后（压力15.8bar.A、温度243K、流量12950Nm3/h）再进入液化换热器6继续冷却（压力15.7bar.A、温度145K、流量12950Nm3/h），然后部分进入增压膨胀机8膨胀端，膨胀制冷后（压力1.3bar.A、温度80.7K、流量10750Nm3/h），与经过冷器2回收部分冷量的产品氮气混合后再次进入液化换热器6中；其余氮气液化后（压力15.6bar.A、温度101.3K、流量2200Nm3/h），与主冷凝蒸发器12抽出的部分液氮混合进入过冷器2过冷后，部分作为产品液氮（压力1.35bar.A、温度77.4K、流量0Nm3/h）输出，其余液氮进入上塔10顶部。
Claims (2)
1.液体空分装置，其特征在于：它包括精馏塔（1）、过冷器（2）、主换热器（3）、膨胀机（4）、循环氮气压缩机（5）、液化换热器（6）、低温冷气机组（7）、增压膨胀机（8）、增压机后冷却器（9），精馏塔（1）包括上塔（10）、下塔（11）和设置于上塔（10）与下塔（11）之间的主冷凝蒸发器（12），干燥空气进气管分为两路，干燥空气进气管一路与主换热器（3）的进料空气流道A、下塔（11）下部空气进口依次连接，干燥空气进气管的另一路与主换热器（3）的进料空气流道B、膨胀机（4）、上塔（10）上部空气进口依次连接，主冷凝蒸发器（12）的液氮出口分为两路，主冷凝蒸发器（12）的液氮出口一路与下塔（11）的液氮回流口连接，主冷凝蒸发器（12）的液氮出口另一路与过冷器（2）的液氮流道、上塔（10）的液氮进口依次连接，连接过冷器（2）的液氮流道与上塔（10）的液氮进口的管道上连接有液氮产品输出管路，下塔（11）底部的富氧液空出口与过冷器（2）的富氧液空流道、上塔（10）的富氧液空进口依次连接，上塔（10）顶部的产品氮气出口与过冷器（2）的产品氮气流道连接后分为两路，过冷器（2）的产品氮气流道的出口一路与主换热器（3）的产品氮气流道、产品氮气输出管路依次连接，过冷器（2）的产品氮气流道的出口另一路与液化换热器（6）的产品氮气流道、循环氮气压缩机（5）、增压膨胀机（8）的增压端、增压机后冷却器（9）、液化换热器（6）的循环氮气进气流道、低温冷气机组（7）、液化换热器（6）的循环氮气出气流道依次连接，液化换热器（6）的循环氮气出气流道的出口分为两路，液化换热器（6）的循环氮气出气流道的出口一路与连接主冷凝蒸发器（12）的液氮出口和过冷器（2）的液氮流道之间的管道连接，液化换热器（6）的循环氮气出气流道的出口另一路与增压膨胀机（8）的膨胀端、连接过冷器（2）的产品氮气流道的出口和液化换热器（6）的产品氮气流道间的管道依次连接；上塔（10）近塔顶处的污氮气出口与过冷器（2）的污氮气流道、主换热器（3）的污氮气流道、污氮气输出管路依次连接；主冷凝蒸发器（12）底部的产品液氧出口连接产品液氧输出管路，上塔（10）底部的氧气出口与主换热器（3）氧气流道、氧气输出管路依次连接；
采用所述的液体空分装置的空分工艺，它包括以下步骤：
S1、原料空气经压缩、冷却纯化后进入主换热器（3），被产品氧气、产品氮气、污氮气冷却，一部分原料空气冷却后进入膨胀机（4），经膨胀机（4）制冷后，进入上塔（10）参加精馏，其余原料空气冷却到接近露点后进入下塔（11）的底部，进行精馏；
S2、在精馏塔（1）中，下塔（11）内空气与回流液氮在多层塔板上反复冷凝和蒸发，下塔（11）底部积聚富氧液空，富氧液空通过过冷器（2）过冷，经上塔（10）的富氧液空进口进入上塔（10）提供上塔（10）冷量；下塔（11）上端部富集的氮气通过主冷凝蒸发器（12）冷凝成液氮，液氮一部分经过过冷器（2）进一步降温，进入上塔（10）顶部作为上塔（10）的回流液体；液氮的另一部分进入下塔（11），补充冷量；
S3、上塔（10）顶部的部分产品氮气以及上塔（10）中上部的污氮气经过过冷器（2）回收部分冷量，进入主换热器（3），冷却原料空气后得到产品氮气及污氮气；污氮气输出管路上输出的污氮气进入分子筛纯化***，作为分子筛再生气；上塔（10）底部的产品氧气进入主换热器（3），冷却原料空气后得到产品氧气，在主冷凝蒸发器（12）底部得到的产品液氧；
S4、上塔（10）顶部的剩余产品氮气经过过冷器（2）回收部分冷量，与增压膨胀机（8）膨胀制冷后的氮气混合后进入液化换热器（6），回收部分冷量后经循环氮气压缩机（5）压缩冷却后进入增压膨胀机（8）的增压端，经增压后再经增压机后冷却器（9）冷却，进入液化换热器（6）换热冷却，再进入低温冷却机组冷却，冷却后再进入液化换热器（6）继续冷却，然后部分进入增压膨胀机（8）膨胀端，膨胀制冷后，与经过冷器（2）回收部分冷量的产品氮气混合后再次进入液化换热器（6）中；其余氮气液化后，与主冷凝蒸发器（12）抽出的部分液氮混合进入过冷器（2）过冷后，部分作为产品液氮输出，其余液氮进入上塔（10）顶部。
2.根据权利要求1所述的液体空分装置，其特征在于：所述的连接过冷器（2）的富氧液空流道与上塔（10）的富氧液空进口之间的管道上、连接过冷器（2）的液氮流道与上塔（10）的液氮进口之间的管道上、连接液化换热器（6）的循环氮气出气流道的出口与增压膨胀机（8）的膨胀端之间的管道上、连接液化换热器（6）的循环氮气出气流道的出口与连接主冷凝蒸发器（12）的液氮出口和过冷器（2）的液氮流道之间的管道上、液氮产品输出管路上、产品氮气输出管路上、污氮气输出管路上、产品液氧输出管路上和氧气输出管路上均设置有控制阀（13）。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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