CN108692524A - 一种工业氧、氮气生产工艺及其生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业氧、氮气生产工艺及其生产线，原料空气分别通过依次连接的自洁式空气过滤器、透平压缩机、空气冷却塔、分子筛吸附器、主换热器和分馏塔冷箱，纯氮气从分馏塔冷箱上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出分馏塔冷箱，经计量后分两路：一路送入水冷塔，其余作为氮气产品，产品液氧、液氮分别经阀门送入各自的贮槽；本发明工业氧、氮气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氧气及氮气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足工业用氧气和氮气的需求。

Description

一种工业氧、氮气生产工艺及其生产线

技术领域

本发明涉及气体生产工艺，具体涉及一种工业氧、氮气生产工艺及其生产线。

背景技术

在工业氧气和氮气的生产过程中，通常将原料空气导入空气过滤器中除去灰尘和杂质再通过空气压缩机压缩后进入到空气冷却塔中进行降温，从而降低进塔空气温度，降低空分能耗，降低进塔空气的含水量，减轻切换式换热器自清除负担，提高分子筛的吸附容量，减轻分子筛吸附负担，洗涤空气中的杂质。例如中国专利工业化氮气生产工艺【CN103216999A】公开了以下技术方案：工业化氮气生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：原料空气进入空气过滤器，滤去尘埃和机械杂质，再进入空气压缩机进行压缩；压缩后的高压气体进入空气预冷***中的空气冷却塔，进行水冷却和洗涤处理，空气冷却塔顶部设有游离水分离装置和防液泛装置，以防止空气中游离水分的带出。对比文件中对工业氮气的生产方法所起到的生产效率较低，只能单一的生产工业氮气，不能伴随着工业氮气的生产一起生产出工业氧气，方式较为单一，资源浪费较大，能耗和生产比低，且生产出来的氮气整体纯度不高，所含杂质过多影响正常的使用；对比文件中所采用的空气冷却塔只采用了水冷却的冷却方法，即对经过除尘除杂的原料空气的在单位时间内所能起到的冷却效果有限，冷却效率低，而一次性通入到空气冷却塔中的原料空气一旦出现过多的现象，会使原料空气冷却达不到预设的效果，从而使未充分冷却的原料空气通入分子筛中之后，加大了分子筛的吸附负担，减少了单位时间内的可吸附量，且增大了空分的能耗，从而影响了整体的生产效率；现有的空气冷却塔存在冷却效果差，对原料空气的洗涤不到位的现象，影响工业氮气生产成品的含氮量浓度，对制作出高浓度工业氮气有一定的限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能耗低、生产效率高、生产效果好、空气冷却塔的效率高且冷却效果好的工业氧、氮气生产工艺及其生产线。

本发明的技术方案是这样实现的：一种工业氧、氮气生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）原料空气经自洁式空气过滤器，除去灰尘及其它机械杂质，再通过原料空气透平压缩机压缩至压力为0.59MPa(A)、温度为100℃；

2）压缩后的高压空气进入空气冷却塔内预冷，冷却水分段进入空气冷却塔内，下段为循环冷却水，温度在30-35摄氏度左右，上段为经水冷塔冷却后的低温水，温度在8-15摄氏度左右，空气自下而上穿过空气冷却塔，进行冷却和清洗，空气经空气冷却塔冷却后，温度降至18℃；

3）经冷却后的洁净空气进入切换使用的分子筛吸附器，进行二氧化碳、碳氢化合物及残留的水蒸气吸附清除；

4）纯化后的空气分成三路，一路去增压透平膨胀机增压端增压后进入分馏塔冷箱；一路进入仪表控制***，作为仪表气；一路直接进入分馏塔冷箱，空气在主换热器中与返流气体(气氧、气氮、污氮)换热达到空气液化温度-175℃进入分馏塔冷箱下塔，24580Nm3/h的增压空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-114℃时抽出进入透平膨胀机膨胀制冷，最后送入分馏塔冷箱上塔22960Nm3/h；

5）在分馏塔冷箱下塔中，空气被初步分离成氮气和富氧液空，顶部氮气在主冷凝蒸发器中液化，同时主冷凝蒸发器的低压侧液氧被气化，部分液氮作为分馏塔冷箱下塔回流液，另一部分液氮从分馏塔冷箱下塔顶部引出，经过冷器被纯氮气和污氮气过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔辅塔顶部作为回流液，分馏塔冷箱下塔底部抽出的液空在过冷器中过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔中部作回流液；

6）产品氧气从分馏塔冷箱上塔底部引出，经膨胀空气换热器、主换热器复热后出分馏塔冷箱，经氧气透平压缩机压缩送往用户管网，污氮气从分馏塔冷箱上塔上部引出，经过冷器及主换热器复热后出分馏塔冷箱，一部分作为分子筛吸附器的再生气体，其余部分去水冷塔，纯氮气从分馏塔冷箱上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出分馏塔冷箱，经计量后分两路：抽出流量为30000 Nm3/h送入水冷塔，其余作为氮气产品，产品液氧、液氮分别经阀门送入各自的贮槽。

优选为：在步骤（3）中，分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生，分子筛吸附器的切换周期为8小时，定时自动切换。

通过采用上述技术方案，本发明工业氧、氮气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氧气及氮气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足工业用氧气和氮气的需求。

本发明同时公开了一种用于上述工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：包括依次连接的自洁式空气过滤器、透平压缩机、空气冷却塔、分子筛吸附器、主换热器和分馏塔冷箱，所述分馏塔冷箱包括分馏塔冷箱上塔、分馏塔冷箱下塔和分馏塔冷箱上塔辅塔，所述分馏塔冷箱上塔分别连接有过冷器和膨胀空气换热器，所述过冷器和膨胀空气换热器均与主换热器连接，所述主换热器上分别连接有氧气透平压缩机、贮槽和水冷塔，所述氧气透平压缩机的输出端连接有用于通往用户的用户管网，所述空气冷却塔通过低温水进管与水冷塔连接，所述分馏塔冷箱下塔上连接有主冷凝蒸发器，所述主冷凝蒸发器通过过冷器与分馏塔冷箱上塔辅塔连接，所述分馏塔冷箱上塔的一侧设置有用于通入增压空气膨胀后至分馏塔冷箱上塔中的透平膨胀机，所述分子筛吸附器通过透平膨胀机与分馏塔冷箱下塔连接。

优选为：所述透平压缩机包括转轴、固定设置在转轴一端的叶轮和外壳，所述转轴和叶轮设置在外壳内部，所述外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口和叶轮同轴设置，所述外壳的内壁上靠近叶轮处固定设置有一对导流板，所述导流板和进气口设置在外壳的同一侧面上，一对导流板在所述转轴上下两侧对称设置，所述导流板设置为与所述外壳的内壁呈三十度夹角，所述导流板上有朝向转轴设置的菱形凸起；所述外壳内部设置有流道和用于将外壳中容纳叶轮的空间和流道连通的呈环状空间的扩压器，所述流道围绕叶轮设置且与出气口连通。

通过采用上述技术方案，在外壳的内壁上靠近叶轮处固定设置有一对与外壳内壁呈三十度夹角的导流板，能帮助改善工艺气体的进气方向，有助于调节入口处流量从而减少喘振的发生，导流板上有朝向转轴设置的菱形凸起，能进一步避免内部形成漩涡，使透平压缩机运行稳定，提高了透平压缩机的工作效率，从而提高了整体工艺中生产工业氮气和氧气的生产速度，结构简单有效。

本发明进一步设置为：所述空气冷却塔包括塔体、设置在塔体顶部的风机、设置在塔体底部外壁上的用于加速导风的导风装置，所述导风装置由驱动电机、转动轴、转盘和若干沿圆周等距离间隔设置在转盘上的弧形叶片组成，该若干弧形叶片之间形成有通风口，所述转动轴的一端设置在驱动电机的输出端上，另一端与转盘的中心位置连接，所述塔体外壁上沿塔体纵向设置有通风道，所述通风道的进气端对应朝向通风口设置；所述塔体上部设置有若干均匀排列的低温水喷嘴，该若干低温水喷嘴通过低温水喷水管路与设置在塔体底部的集水槽连接，所述低温水喷水管路上分别串联有水冷塔和第一抽水泵，所述第一抽水泵通过喷水管辅管与备用水池连接；所述塔体中部设置有冷却水换热组件，所述冷却水换热组件包括设置在若干低温水喷嘴正下方的换热管，所述换热管顶部通过冷却水第一循环管与设置在塔体外侧的空气换热器连接，所述空气换热器内部设置有换热盘管，所述换热盘管一端与冷却水第一循环管连接，另一端通过冷却水第二循环管与换热管底部连接，所述冷却水第二循环管上设置有第二抽水泵。

通过采用上述技术方案，在设置在塔体顶部的风机和设置在塔体底部的导风装置的共同作用下，起到一个相互配合加倍空气输送效率和空气流通的效果，加快空气冷却塔的工作效率的同时，加快空气冷却塔所吸收的热量的排放，导风装置中在驱动电机的作用下，输出端连接的转动轴转动并带动转盘转动，转盘上设置的若干沿圆周等距离间隔设置的弧形叶片起到一个引导底部进风的作用，而在塔体的外壁上配合弧形叶片沿塔体纵向设置有通风道，引导的风从通风道从下往上对空气冷却塔进行降温通风的处理，保证空气冷却塔的实时冷却效果和使用时间；在塔体内部设置的冷却水换热组件和低温水喷嘴用于对进入塔体内部的空气进行降温和洗涤，在第一抽水泵的作用下，经低温水喷嘴喷出的低温水喷淋到换热管上，对换热管进行降温处理，促进换热管内部的循环冷却水加速冷却，同时对进入到塔体内部的空气进行降温洗涤，低温水最后落入到集水槽中，吸收了热量的低温水被抽入到水冷塔中，重新冷却后再一次利用，中间蒸发掉的低温水从备用水池中抽出补充，以防止冷却水不够用，从而影响塔体的正常使用；换热管中的冷却水换热后，在第二抽水泵的作用下，经冷却水第一循环管至换热器的换热盘管中进行冷却，冷却后重新从冷却水第二循环管回到换热管中，换热盘管的作用是加大与外部空气的接触面积，物理冷却，节约能源的同时加速冷却，提高效率。

本发明进一步设置为：所述透平压缩机和空气冷却塔之间设置有高压送气装置，所述高压送气装置包括一端设置在出气口处的高压送气管，所述高压送气管的另一端设置在空气冷却塔底部，所述高压送气管内管壁上设置有用于探测内部空气流速的空气流量传感器，所述高压送气管上设置有用于控制送气量大小的控气组件，所述控气组件包括设置在高压送气管外管壁上的气缸，所述气缸输出端连接有推杆，所述推杆远离气缸的一端垂直贯穿高压送气管管壁并延伸至高压送气管内部，所述空气流量传感器和气缸电连接。

通过采用上述技术方案，该高压送气装置的设置用于加快透平压缩机和空气冷却塔之间的输气效率，同时在高压送气管内部设置有控气组件，用于控制单位时间的输气量大小，在单位时间内送入的空气量过大而导致空气冷却塔不能及时冷却时，或是在高压送气管内部气压不能满足要求时，通过空气流量传感器感应后传递电信号至气缸，气缸驱动输出端连接的推杆，控制推杆与高压送气管内壁相对一侧内壁的距离，来控制输气量，从而使整体的输送效率达到最高的同时，提高了空气冷却塔的冷却处理质量，从而提高工业氧气和氮气生产工艺中整体的生产质量，保证生产的安全性。

本发明进一步设置为：所述分子筛吸附器包括两个彼此间隔设置的第一罐体和第二罐体，所述第一罐体顶部设置有空气进管，所述空气进管上设置有第一阀门，所述第二罐体顶部设置有气体出管，所述气体出管上设置有第二阀门，所述空气进管和气体出管通过循环管相互连通，所述循环管上设置有第三阀门，所述第一罐体内部和第二罐体内部分别设置有用于吸附的第一分子筛组件和第二分子筛组件，所述第一罐体底部设置有第一出气管，所述第二罐体底部设置有第二进气管，所述第一出气管和第二进气管通过连通管相互连通，所述连通管上设置有气体泵，所述气体泵和第一出气管之间且位于连通管上设置有第四阀门；所述第一分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第一上分子筛和第一下分子筛，所述第一上分子筛的表面分子孔径大于第一下分子筛的表面分子孔径；所述第二分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第二上分子筛和第二下分子筛，所述第二上分子筛表面的孔穴孔径大于第二下分子筛表面的孔穴孔径；所述第一罐体底部和第二罐体底部分别连接有第一干热蒸汽进管和第二干热蒸汽进管，所述第一干热蒸汽进管上和第二干热蒸汽进管上分别设置有第五阀门和第六阀门；所述第一罐体侧壁上和第二罐体侧壁上分别设置有第一出热蒸汽管和第二出热蒸汽管，所述第一出热蒸汽管设置在第一上分子筛上方，所述第二出热蒸汽管设置在第二上分子筛上方，所述第一出热蒸汽管上和第二出热蒸汽管上分别设置有第七阀门和第八阀门。

通过采用上述技术方案，在工作时，第一阀门打开空气经空气进管进入到第一罐体内部，在第一分子筛组件上进行吸附过滤，打开第四阀门，完成吸附过滤后的气体在气体泵的驱动下，顺着第一出气管、连通管和第二进气管进入到第二罐体中，气体泵的设置用于加快气体在第一罐体和第二罐体之间的流通速度，提高传输速率，气体进入到第二罐体内部后，经第二罐体中的第二分子筛组件吸附过滤，进一步保证了吸附过滤后的气体纯度，同时，在气体进入到第二罐体中时，第二分子筛组件工作，第一罐体内部的第一分子筛组件可进行再生，两者同时进行提高了吸附的效率，在第二罐体内部的气体两次吸附过滤后，可打开第三阀门将气体经循环管导入第一罐体中进行多次循环吸附以保证气体纯度，也可以打开第二阀门将气体从气体出管中排出，第一罐体和第二罐体的多次循环且分子筛一边再生一边工作；在第一罐体中第一上分子筛和第一下分子筛的设置和在第二罐体中第二上分子筛和第二下分子筛的设置用于加强相互间循环流通的气体的多次吸附过滤，同时第一上分子筛的表面分子孔径大于第一下分子筛的表面分子孔径，第二上分子筛表面的孔穴孔径大于第二下分子筛表面的孔穴孔径，用于提供不间断的提纯，保证持续被吸附的气体的纯度，结构简单可靠；在第一罐体中完成吸附过滤后的气体导入到第二罐体中后，打开第五阀门通入干热蒸汽到第一罐体中对第一分子筛组件进行加热促进分子筛再生，同时打开第七阀门将吹出来的热蒸汽从第一出热蒸汽管导出，在第二罐体处于分子筛再生状态时，打开第六阀门通入干热蒸汽到第二罐体中对第二分子筛组件进行加热促进分子筛再生，同时打开第八阀门将吹出来的热蒸汽从第二出热蒸汽管导出，提供了一种分子筛再生速度快的分子筛循环吸附装置。

本发明进一步设置为：所述空气冷却塔和分子筛吸附器之间设置有用于加速输送洁净空气的高速输气装置，所述高速输气装置包括输气管道，所述输气管道的一端端口设置有用于接受并干燥空气冷却塔洁净空气的干燥板，另一端设置有与空气进管连接的出洁净空气管道，所述输气管道内部分别设置有用于加快输气速度的风机组件，所述风机组件包括第一风机和第二风机，所述第一风机和第二风机彼此平行对称间隔设置，所述第一风机的驱动方向和第二风机的驱动方向相反，所述输气管道内管壁上设置有用于实时检测空气温度的温度感应器，所述温度感应器分别与第一风机和第二风机电连接；所述输气管道外管壁上包裹设置有一层加热层，所述加热层内部围绕输气管道外管壁从下到上均匀缠绕设置有温水换热管，所述温水换热管的一端连接有用于导入温水的温水进管，另一端连接有温水出管，所述温水进管上设置有温水抽水泵，所述温度感应器和温水抽水泵电连接。

通过采用上述技术方案，高速输气装置的设置用于加速输送洁净空气至分子筛吸附器中进行纯化，在输气管道的端口设置有干燥板，该干燥板用于接受洁净空气进行预干燥，吸收一些水分一段时间后干燥板可进行更换；在第一风机和第二风机的作用下，洁净经过预干燥的空气加速通过输气管道，第一风机的驱动方向和第二风机的驱动方向相反，在同一通道内，该结构可加倍促进风的流通，从而提高输送效率；在输气管道内管壁上设置有用于实时检测空气温度的温度感应器，在检测到经空气冷却塔后的空气温度未到达所需要的温度时，温度感应器传递电信号至第一风机和第二风机降速旋转，从而降低速度供空气在空气冷却塔中充分冷却，从而保证生产出来的工业氧气和氮气纯度达标，在单位时间内，保证生产质量的同时，进一步保证了生产的效率，且对空气做了预先的干燥处理，降低了分子筛吸附器的压力；在输气管道外管壁上从下到上均匀缠绕的温水换热管的作用是，保证在输送空气的过程中，经空气冷却塔冷却后的气体温度，不被输气管道吸热换放热，温水换热管的温度和要求的温度相同，从而保证输送气体的质量，在温度感应器感应到输气管道内部空气温度不够时，或是温度温度过高时，温水抽水泵加快工作，抽取温度正常的温水对管内温度过高或过低的空气进行加热或降温处理，配合第一风机和第二风机的双管齐下，控制效果更好，结构简单可靠。

本发明进一步设置为：所述高压送气管上设置有用于泄压的泄压组件，所述泄压组件包括设置在高压送气管上并与高压送气管内部连通的泄压管，所述泄压管上设置有控制阀门，所述空气流量传感器和控制阀门电连接。

通过采用上述技术方案，在高压送气管内部由于控气组件的作用下气压增大，导致安全性降低，可以通过空气流量传感器检测到后传递电信号至控制阀门打开或关闭，从而起到保证高压送气管内部气压正常的状态，保证设备的安全性，安全生产。

本发明进一步设置为：所述输气管道的管径由远离出洁净空气管道的一端往另一端逐渐减小。

通过采用上述技术方案，该结构用于加速且加大从空气冷却塔至分子筛吸附器的空气的进气量，从而配合高压送气管方便控制空气的流量大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式工艺流程结构示意图。

图2为本发明具体实施方式中透平压缩机结构示意图。

图3为本发明具体实施方式中高压送气装置结构示意图。

图4为本发明具体实施方式中空气冷却塔结构示意图。

图5为本发明具体实施方式中空气冷却塔的弧形叶片结构示意图。

图6为本发明具体实施方式中分子筛吸附器结构示意图。

图7为本发明具体实施方式中高速输气装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图7所示，本发明公开了一种工业氧、氮气生产工艺，在本发明具体实施例中，包括如下步骤：

1）原料空气经自洁式空气过滤器，除去灰尘及其它机械杂质，再通过原料空气透平压缩机压缩至压力为0.59MPa(A)、温度为100℃；

2）压缩后的高压空气进入空气冷却塔内预冷，冷却水分段进入空气冷却塔内，下段为循环冷却水，温度在30-35摄氏度左右，上段为经水冷塔冷却后的低温水，温度在8-15摄氏度左右，空气自下而上穿过空气冷却塔，进行冷却和清洗，空气经空气冷却塔冷却后，温度降至18℃；

3）经冷却后的洁净空气进入切换使用的分子筛吸附器，进行二氧化碳、碳氢化合物及残留的水蒸气吸附清除；

4）纯化后的空气分成三路，一路去增压透平膨胀机增压端增压后进入分馏塔冷箱；一路进入仪表控制***，作为仪表气；一路直接进入分馏塔冷箱，空气在主换热器中与返流气体(气氧、气氮、污氮)换热达到空气液化温度-175℃进入分馏塔冷箱下塔，24580Nm3/h的增压空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-114℃时抽出进入透平膨胀机膨胀制冷，最后送入分馏塔冷箱上塔22960Nm3/h；

5）在分馏塔冷箱下塔中，空气被初步分离成氮气和富氧液空，顶部氮气在主冷凝蒸发器中液化，同时主冷凝蒸发器的低压侧液氧被气化，部分液氮作为分馏塔冷箱下塔回流液，另一部分液氮从分馏塔冷箱下塔顶部引出，经过冷器被纯氮气和污氮气过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔辅塔顶部作为回流液，分馏塔冷箱下塔底部抽出的液空在过冷器中过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔中部作回流液；

6）产品氧气从分馏塔冷箱上塔底部引出，经膨胀空气换热器、主换热器复热后出分馏塔冷箱，经氧气透平压缩机压缩送往用户管网，污氮气从分馏塔冷箱上塔上部引出，经过冷器及主换热器复热后出分馏塔冷箱，一部分作为分子筛吸附器的再生气体，其余部分去水冷塔，纯氮气从分馏塔冷箱上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出分馏塔冷箱，经计量后分两路：抽出流量为30000 Nm3/h送入水冷塔，其余作为氮气产品，产品液氧、液氮分别经阀门送入各自的贮槽。

在本发明具体实施例中，在步骤（3）中，分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生，分子筛吸附器的切换周期为8小时，定时自动切换。

通过采用上述技术方案，本发明工业氧、氮气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氧气及氮气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足工业用氧气和氮气的需求。

本发明同时公开了一种用于上述工业氧、氮气生产工艺的生产线，在本发明具体实施例中，包括依次连接的自洁式空气过滤器、透平压缩机、空气冷却塔、分子筛吸附器、主换热器和分馏塔冷箱，所述分馏塔冷箱包括分馏塔冷箱上塔、分馏塔冷箱下塔和分馏塔冷箱上塔辅塔，所述分馏塔冷箱上塔分别连接有过冷器和膨胀空气换热器，所述过冷器和膨胀空气换热器均与主换热器连接，所述主换热器上分别连接有氧气透平压缩机、贮槽和水冷塔，所述氧气透平压缩机的输出端连接有用于通往用户的用户管网，所述空气冷却塔通过低温水进管与水冷塔连接，所述分馏塔冷箱下塔上连接有主冷凝蒸发器，所述主冷凝蒸发器通过过冷器与分馏塔冷箱上塔辅塔连接，所述分馏塔冷箱上塔的一侧设置有用于通入增压空气膨胀后至分馏塔冷箱上塔中的透平膨胀机，所述分子筛吸附器通过透平膨胀机与分馏塔冷箱下塔连接。

在本发明具体实施例中，所述透平压缩机包括转轴1、固定设置在转轴1一端的叶轮2和外壳3，所述转轴1和叶轮2设置在外壳3内部，所述外壳3上设置有进气口4和出气口5，所述进气口4和叶轮2同轴设置，所述外壳3的内壁上靠近叶轮2处固定设置有一对导流板6，所述导流板6和进气口4设置在外壳3的同一侧面上，一对导流板6在所述转轴1上下两侧对称设置，所述导流板6设置为与所述外壳3的内壁呈三十度夹角，所述导流板6上有朝向转轴1设置的菱形凸起7；所述外壳3内部设置有流道8和用于将外壳中容纳叶轮的空间和流道连通的呈环状空间的扩压器9，所述流道8围绕叶轮2设置且与出气口4连通。

通过采用上述技术方案，在外壳3的内壁上靠近叶轮2处固定设置有一对与外壳3内壁呈三十度夹角的导流板6，能帮助改善工艺气体的进气方向，有助于调节入口处流量从而减少喘振的发生，导流板6上有朝向转轴1设置的菱形凸起7，能进一步避免内部形成漩涡，使透平压缩机运行稳定，提高了透平压缩机的工作效率，从而提高了整体工艺中生产工业氮气和氧气的生产速度，结构简单有效。

在本发明具体实施例中，所述空气冷却塔包括塔体11、设置在塔体11顶部的风机12、设置在塔体11底部外壁上的用于加速导风的导风装置，所述导风装置由驱动电机13、转动轴14、转盘15和若干沿圆周等距离间隔设置在转盘15上的弧形叶片16组成，该若干弧形叶片16之间形成有通风口17，所述转动轴14的一端设置在驱动电机13的输出端上，另一端与转盘15的中心位置连接，所述塔体11外壁上沿塔体11纵向设置有通风道18，所述通风道18的进气端对应朝向通风口17设置；所述塔体11上部设置有若干均匀排列的低温水喷嘴19，该若干低温水喷嘴19通过低温水喷水管路20与设置在塔体11底部的集水槽21连接，所述低温水喷水管路20上分别串联有水冷塔22和第一抽水泵23，所述第一抽水泵23通过喷水管辅管24与备用水池25连接；所述塔体11中部设置有冷却水换热组件，所述冷却水换热组件包括设置在若干低温水喷嘴19正下方的换热管26，所述换热管26顶部通过冷却水第一循环管27与设置在塔体11外侧的空气换热器28连接，所述空气换热器28内部设置有换热盘管29，所述换热盘管29一端与冷却水第一循环管27连接，另一端通过冷却水第二循环管30与换热管26底部连接，所述冷却水第二循环管30上设置有第二抽水泵31。

通过采用上述技术方案，在设置在塔体11顶部的风机12和设置在塔体11底部的导风装置的共同作用下，起到一个相互配合加倍空气输送效率和空气流通的效果，加快空气冷却塔的工作效率的同时，加快空气冷却塔所吸收的热量的排放，导风装置中在驱动电机13的作用下，输出端连接的转动轴14转动并带动转盘15转动，转盘15上设置的若干沿圆周等距离间隔设置的弧形叶片16起到一个引导底部进风的作用，而在塔体11的外壁上配合弧形叶片16沿塔体11纵向设置有通风道18，引导的风从通风道18从下往上对空气冷却塔进行降温通风的处理，保证空气冷却塔的实时冷却效果和使用时间；在塔体11内部设置的冷却水换热组件和低温水喷嘴19用于对进入塔体11内部的空气进行降温和洗涤，在第一抽水泵23的作用下，经低温水喷嘴19喷出的低温水喷淋到换热管26上，对换热管26进行降温处理，促进换热管26内部的循环冷却水加速冷却，同时对进入到塔体11内部的空气进行降温洗涤，低温水最后落入到集水槽21中，吸收了热量的低温水被抽入到水冷塔22中，重新冷却后再一次利用，中间蒸发掉的低温水从备用水池25中抽出补充，以防止冷却水不够用，从而影响塔体11的正常使用；换热管26中的冷却水换热后，在第二抽水泵31的作用下，经冷却水第一循环管27至换热器28的换热盘管29中进行冷却，冷却后重新从冷却水第二循环管30回到换热管26中，换热盘管29的作用是加大与外部空气的接触面积，物理冷却，节约能源的同时加速冷却，提高效率。

在本发明具体实施例中，所述透平压缩机和空气冷却塔之间设置有高压送气装置，所述高压送气装置包括一端设置在出气口4处的高压送气管41，所述高压送气管41的另一端设置在空气冷却塔底部，所述高压送气管41内管壁上设置有用于探测内部空气流速的空气流量传感器42，所述高压送气管41上设置有用于控制送气量大小的控气组件，所述控气组件包括设置在高压送气管41外管壁上的气缸43，所述气缸43输出端连接有推杆44，所述推杆44远离气缸43的一端垂直贯穿高压送气管41管壁并延伸至高压送气管41内部，所述空气流量传感器42和气缸43电连接。

通过采用上述技术方案，该高压送气装置的设置用于加快透平压缩机和空气冷却塔之间的输气效率，同时在高压送气管41内部设置有控气组件，用于控制单位时间的输气量大小，在单位时间内送入的空气量过大而导致空气冷却塔不能及时冷却时，或是在高压送气管41内部气压不能满足要求时，通过空气流量传感器42感应后传递电信号至气缸43，气缸43驱动输出端连接的推杆44，控制推杆44与高压送气管41内壁相对一侧内壁的距离，来控制输气量，从而使整体的输送效率达到最高的同时，提高了空气冷却塔的冷却处理质量，从而提高工业氧气和氮气生产工艺中整体的生产质量，保证生产的安全性。

在本发明具体实施例中，所述分子筛吸附器包括两个彼此间隔设置的第一罐体101和第二罐体102，所述第一罐体101顶部设置有空气进管103，所述空气进管103上设置有第一阀门104，所述第二罐体102顶部设置有气体出管109，所述气体出管109上设置有第二阀门111，所述空气进管103和气体出管109通过循环管110相互连通，所述循环管110上设置有第三阀门112，所述第一罐体101内部和第二罐体102内部分别设置有用于吸附的第一分子筛组件和第二分子筛组件，所述第一罐体101底部设置有第一出气管113，所述第二罐体102底部设置有第二进气管117，所述第一出气管113和第二进气管117通过连通管114相互连通，所述连通管114上设置有气体泵115，所述气体泵115和第一出气管113之间且位于连通管114上设置有第四阀门116；所述第一分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第一上分子筛105和第一下分子筛106，所述第一上分子筛105的表面分子孔径大于第一下分子筛106的表面分子孔径；所述第二分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第二上分子筛107和第二下分子筛108，所述第二上分子筛107表面的孔穴孔径大于第二下分子筛108表面的孔穴孔径；所述第一罐体101底部和第二罐体102底部分别连接有第一干热蒸汽进管121和第二干热蒸汽进管123，所述第一干热蒸汽进管121上和第二干热蒸汽进管123上分别设置有第五阀门122和第六阀门124；所述第一罐体101侧壁上和第二罐体102侧壁上分别设置有第一出热蒸汽管125和第二出热蒸汽管127，所述第一出热蒸汽管125设置在第一上分子筛105上方，所述第二出热蒸汽管127设置在第二上分子筛107上方，所述第一出热蒸汽管125上和第二出热蒸汽管127上分别设置有第七阀门126和第八阀门128。

通过采用上述技术方案，在工作时，第一阀门104打开空气经空气进管103进入到第一罐体101内部，在第一分子筛组件上进行吸附过滤，打开第四阀门116，完成吸附过滤后的气体在气体泵115的驱动下，顺着第一出气管113、连通管114和第二进气管117进入到第二罐体102中，气体泵115的设置用于加快气体在第一罐体101和第二罐体102之间的流通速度，提高传输速率，气体进入到第二罐体102内部后，经第二罐体102中的第二分子筛组件吸附过滤，进一步保证了吸附过滤后的气体纯度，同时，在气体进入到第二罐体102中时，第二分子筛组件工作，第一罐体101内部的第一分子筛组件可进行再生，两者同时进行提高了吸附的效率，在第二罐体102内部的气体两次吸附过滤后，可打开第三阀门112将气体经循环管110导入第一罐体101中进行多次循环吸附以保证气体纯度，也可以打开第二阀门111将气体从气体出管109中排出，第一罐体101和第二罐体102的多次循环且分子筛一边再生一边工作；在第一罐体101中第一上分子筛105和第一下分子筛106的设置和在第二罐体102中第二上分子筛107和第二下分子筛108的设置用于加强相互间循环流通的气体的多次吸附过滤，同时第一上分子筛105的表面分子孔径大于第一下分子筛106的表面分子孔径，第二上分子筛107表面的孔穴孔径大于第二下分子筛108表面的孔穴孔径，用于提供不间断的提纯，保证持续被吸附的气体的纯度，结构简单可靠；在第一罐体101中完成吸附过滤后的气体导入到第二罐体102中后，打开第五阀门122通入干热蒸汽到第一罐体101中对第一分子筛组件进行加热促进分子筛再生，同时打开第七阀门126将吹出来的热蒸汽从第一出热蒸汽管125导出，在第二罐体102处于分子筛再生状态时，打开第六阀门124通入干热蒸汽到第二罐体102中对第二分子筛组件进行加热促进分子筛再生，同时打开第八阀门128将吹出来的热蒸汽从第二出热蒸汽管127导出，提供了一种分子筛再生速度快的分子筛循环吸附装置。

在本发明具体实施例中，所述空气冷却塔和分子筛吸附器之间设置有用于加速输送洁净空气的高速输气装置，所述高速输气装置包括输气管道51，所述输气管道51的一端端口设置有用于接受并干燥空气冷却塔洁净空气的干燥板52，另一端设置有与空气进管103连接的出洁净空气管道53，所述输气管道51内部分别设置有用于加快输气速度的风机组件，所述风机组件包括第一风机54和第二风机55，所述第一风机54和第二风机55彼此平行对称间隔设置，所述第一风机54的驱动方向和第二风机55的驱动方向相反，所述输气管道51内管壁上设置有用于实时检测空气温度的温度感应器56，所述温度感应器56分别与第一风机54和第二风机55电连接；所述输气管道51外管壁上包裹设置有一层加热层57，所述加热层57内部围绕输气管道51外管壁从下到上均匀缠绕设置有温水换热管58，所述温水换热管58的一端连接有用于导入温水的温水进管59，另一端连接有温水出管60，所述温水进管59上设置有温水抽水泵61，所述温度感应器56和温水抽水泵61电连接。

通过采用上述技术方案，高速输气装置的设置用于加速输送洁净空气至分子筛吸附器中进行纯化，在输气管道51的端口设置有干燥板52，该干燥板52用于接受洁净空气进行预干燥，吸收一些水分一段时间后干燥板52可进行更换；在第一风机54和第二风机55的作用下，洁净经过预干燥的空气加速通过输气管道51，第一风机54的驱动方向和第二风机55的驱动方向相反，在同一通道内，该结构可加倍促进风的流通，从而提高输送效率；在输气管道51内管壁上设置有用于实时检测空气温度的温度感应器56，在检测到经空气冷却塔后的空气温度未到达所需要的温度时，温度感应器56传递电信号至第一风机54和第二风机55降速旋转，从而降低速度供空气在空气冷却塔中充分冷却，从而保证生产出来的工业氧气和氮气纯度达标，在单位时间内，保证生产质量的同时，进一步保证了生产的效率，且对空气做了预先的干燥处理，降低了分子筛吸附器的压力；在输气管道51外管壁上从下到上均匀缠绕的温水换热管58的作用是，保证在输送空气的过程中，经空气冷却塔冷却后的气体温度，不被输气管道51吸热换放热，温水换热管58的温度和要求的温度相同，从而保证输送气体的质量，在温度感应器56感应到输气管道51内部空气温度不够时，或是温度温度过高时，温水抽水泵61加快工作，抽取温度正常的温水对管内温度过高或过低的空气进行加热或降温处理，配合第一风机54和第二风机55的双管齐下，控制效果更好，结构简单可靠。

在本发明具体实施例中，所述高压送气管41上设置有用于泄压的泄压组件，所述泄压组件包括设置在高压送气管41上并与高压送气管41内部连通的泄压管45，所述泄压管45上设置有控制阀门46，所述空气流量传感器42和控制阀门46电连接。

通过采用上述技术方案，在高压送气管41内部由于控气组件的作用下气压增大，导致安全性降低，可以通过空气流量传感器42检测到后传递电信号至控制阀门46打开或关闭，从而起到保证高压送气管41内部气压正常的状态，保证设备的安全性，安全生产。

在本发明具体实施例中，所述输气管道51的管径由远离出洁净空气管道53的一端往另一端逐渐减小。

通过采用上述技术方案，该结构用于加速且加大从空气冷却塔至分子筛吸附器的空气的进气量，从而配合高压送气管41方便控制空气的流量大小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业氧、氮气生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）原料空气经自洁式空气过滤器，除去灰尘及其它机械杂质，再通过原料空气透平压缩机压缩至压力为0.59MPa(A)、温度为100℃；

2）压缩后的高压空气进入空气冷却塔内预冷，冷却水分段进入空气冷却塔内，下段为循环冷却水，温度在30-35摄氏度左右，上段为经水冷塔冷却后的低温水，温度在8-15摄氏度左右，空气自下而上穿过空气冷却塔，进行冷却和清洗，空气经空气冷却塔冷却后，温度降至18℃；

3）经冷却后的洁净空气进入切换使用的分子筛吸附器，进行二氧化碳、碳氢化合物及残留的水蒸气吸附清除；

4）纯化后的空气分成三路，一路去增压透平膨胀机增压端增压后进入分馏塔冷箱；一路进入仪表控制***，作为仪表气；一路直接进入分馏塔冷箱，空气在主换热器中与返流气体(气氧、气氮、污氮)换热达到空气液化温度-175℃进入分馏塔冷箱下塔，24580Nm3/h的增压空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-114℃时抽出进入透平膨胀机膨胀制冷，最后送入分馏塔冷箱上塔22960Nm3/h；

5）在分馏塔冷箱下塔中，空气被初步分离成氮气和富氧液空，顶部氮气在主冷凝蒸发器中液化，同时主冷凝蒸发器的低压侧液氧被气化，部分液氮作为分馏塔冷箱下塔回流液，另一部分液氮从分馏塔冷箱下塔顶部引出，经过冷器被纯氮气和污氮气过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔辅塔顶部作为回流液，分馏塔冷箱下塔底部抽出的液空在过冷器中过冷后经节流送入分馏塔冷箱上塔中部作回流液；

6）产品氧气从分馏塔冷箱上塔底部引出，经膨胀空气换热器、主换热器复热后出分馏塔冷箱，经氧气透平压缩机压缩送往用户管网，污氮气从分馏塔冷箱上塔上部引出，经过冷器及主换热器复热后出分馏塔冷箱，一部分作为分子筛吸附器的再生气体，其余部分去水冷塔，纯氮气从分馏塔冷箱上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出分馏塔冷箱，经计量后分两路：抽出流量为30000 Nm3/h送入水冷塔，其余作为氮气产品，产品液氧、液氮分别经阀门送入各自的贮槽。

2.根据权利要求1所述的一种工业氧、氮气生产工艺，其特征在于：在步骤（3）中，分子筛吸附器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生，分子筛吸附器的切换周期为8小时，定时自动切换。

3.一种用于上述工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：包括依次连接的自洁式空气过滤器、透平压缩机、空气冷却塔、分子筛吸附器、主换热器和分馏塔冷箱，所述分馏塔冷箱包括分馏塔冷箱上塔、分馏塔冷箱下塔和分馏塔冷箱上塔辅塔，所述分馏塔冷箱上塔分别连接有过冷器和膨胀空气换热器，所述过冷器和膨胀空气换热器均与主换热器连接，所述主换热器上分别连接有氧气透平压缩机、贮槽和水冷塔，所述氧气透平压缩机的输出端连接有用于通往用户的用户管网，所述空气冷却塔通过低温水进管与水冷塔连接，所述分馏塔冷箱下塔上连接有主冷凝蒸发器，所述主冷凝蒸发器通过过冷器与分馏塔冷箱上塔辅塔连接，所述分馏塔冷箱上塔的一侧设置有用于通入增压空气膨胀后至分馏塔冷箱上塔中的透平膨胀机，所述分子筛吸附器通过透平膨胀机与分馏塔冷箱下塔连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述透平压缩机包括转轴、固定设置在转轴一端的叶轮和外壳，所述转轴和叶轮设置在外壳内部，所述外壳上设置有进气口和出气口，所述进气口和叶轮同轴设置，所述外壳的内壁上靠近叶轮处固定设置有一对导流板，所述导流板和进气口设置在外壳的同一侧面上，一对导流板在所述转轴上下两侧对称设置，所述导流板设置为与所述外壳的内壁呈三十度夹角，所述导流板上有朝向转轴设置的菱形凸起；所述外壳内部设置有流道和用于将外壳中容纳叶轮的空间和流道连通的呈环状空间的扩压器，所述流道围绕叶轮设置且与出气口连通。

5.根据权利要求4所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述空气冷却塔包括塔体、设置在塔体顶部的风机、设置在塔体底部外壁上的用于加速导风的导风装置，所述导风装置由驱动电机、转动轴、转盘和若干沿圆周等距离间隔设置在转盘上的弧形叶片组成，该若干弧形叶片之间形成有通风口，所述转动轴的一端设置在驱动电机的输出端上，另一端与转盘的中心位置连接，所述塔体外壁上沿塔体纵向设置有通风道，所述通风道的进气端对应朝向通风口设置；所述塔体上部设置有若干均匀排列的低温水喷嘴，该若干低温水喷嘴通过低温水喷水管路与设置在塔体底部的集水槽连接，所述低温水喷水管路上分别串联有水冷塔和第一抽水泵，所述第一抽水泵通过喷水管辅管与备用水池连接；所述塔体中部设置有冷却水换热组件，所述冷却水换热组件包括设置在若干低温水喷嘴正下方的换热管，所述换热管顶部通过冷却水第一循环管与设置在塔体外侧的空气换热器连接，所述空气换热器内部设置有换热盘管，所述换热盘管一端与冷却水第一循环管连接，另一端通过冷却水第二循环管与换热管底部连接，所述冷却水第二循环管上设置有第二抽水泵。

6.根据权利要求5所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述透平压缩机和空气冷却塔之间设置有高压送气装置，所述高压送气装置包括一端设置在出气口处的高压送气管，所述高压送气管的另一端设置在空气冷却塔底部，所述高压送气管内管壁上设置有用于探测内部空气流速的空气流量传感器，所述高压送气管上设置有用于控制送气量大小的控气组件，所述控气组件包括设置在高压送气管外管壁上的气缸，所述气缸输出端连接有推杆，所述推杆远离气缸的一端垂直贯穿高压送气管管壁并延伸至高压送气管内部，所述空气流量传感器和气缸电连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述分子筛吸附器包括两个彼此间隔设置的第一罐体和第二罐体，所述第一罐体顶部设置有空气进管，所述空气进管上设置有第一阀门，所述第二罐体顶部设置有气体出管，所述气体出管上设置有第二阀门，所述空气进管和气体出管通过循环管相互连通，所述循环管上设置有第三阀门，所述第一罐体内部和第二罐体内部分别设置有用于吸附的第一分子筛组件和第二分子筛组件，所述第一罐体底部设置有第一出气管，所述第二罐体底部设置有第二进气管，所述第一出气管和第二进气管通过连通管相互连通，所述连通管上设置有气体泵，所述气体泵和第一出气管之间且位于连通管上设置有第四阀门；所述第一分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第一上分子筛和第一下分子筛，所述第一上分子筛的表面分子孔径大于第一下分子筛的表面分子孔径；所述第二分子筛组件包括彼此上下间隔平行设置的第二上分子筛和第二下分子筛，所述第二上分子筛表面的孔穴孔径大于第二下分子筛表面的孔穴孔径；所述第一罐体底部和第二罐体底部分别连接有第一干热蒸汽进管和第二干热蒸汽进管，所述第一干热蒸汽进管上和第二干热蒸汽进管上分别设置有第五阀门和第六阀门；所述第一罐体侧壁上和第二罐体侧壁上分别设置有第一出热蒸汽管和第二出热蒸汽管，所述第一出热蒸汽管设置在第一上分子筛上方，所述第二出热蒸汽管设置在第二上分子筛上方，所述第一出热蒸汽管上和第二出热蒸汽管上分别设置有第七阀门和第八阀门。

8.根据权利要求7所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述空气冷却塔和分子筛吸附器之间设置有用于加速输送洁净空气的高速输气装置，所述高速输气装置包括输气管道，所述输气管道的一端端口设置有用于接受并干燥空气冷却塔洁净空气的干燥板，另一端设置有与空气进管连接的出洁净空气管道，所述输气管道内部分别设置有用于加快输气速度的风机组件，所述风机组件包括第一风机和第二风机，所述第一风机和第二风机彼此平行对称间隔设置，所述第一风机的驱动方向和第二风机的驱动方向相反，所述输气管道内管壁上设置有用于实时检测空气温度的温度感应器，所述温度感应器分别与第一风机和第二风机电连接；所述输气管道外管壁上包裹设置有一层加热层，所述加热层内部围绕输气管道外管壁从下到上均匀缠绕设置有温水换热管，所述温水换热管的一端连接有用于导入温水的温水进管，另一端连接有温水出管，所述温水进管上设置有温水抽水泵，所述温度感应器和温水抽水泵电连接。

9.根据权利要求6所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述高压送气管上设置有用于泄压的泄压组件，所述泄压组件包括设置在高压送气管上并与高压送气管内部连通的泄压管，所述泄压管上设置有控制阀门，所述空气流量传感器和控制阀门电连接。

10.根据权利要求8所述的一种用于工业氧、氮气生产工艺的生产线，其特征在于：所述输气管道的管径由远离出洁净空气管道的一端往另一端逐渐减小。