CN111609668A - 一种空气分离设备低温分离空气方法 - Google Patents

一种空气分离设备低温分离空气方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气分离设备低温分离空气方法，首先将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜后导入压缩机，然后利用冷凝塔中的多段循环冷却水将压缩后的空气进行循环冷，其次利用两组分子筛吸附器对称设置于所述冷凝塔出口，对冷却后的空气进行净化，经过第一换热器换热后将空气分为第一空气流和第二空气流，分别导入不同的降压设备进行降压后，将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔的下塔底部，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，同时提取所述上塔上部的气体，并将所述下塔中的馏分导入所述氩增效装置前，利用一组所述分子筛吸附器对所述馏分进行吸附分离，提高制得的分离产品的纯度。

Description

一种空气分离设备低温分离空气方法
技术领域
本发明涉及低温分离空气技术领域，尤其涉及一种空气分离设备低温分离空气方法。
背景技术
大气空气包含许多不同的气体组分，主要是氮气和氧气，而且还包含少量的其他物质，如稀有气体(例如氩气)、甲烷、水蒸气以及二氧化碳。大气空气的一种或多种组分可以使用空气分离方法和***分离并且以纯化形式提供。存在用于空气分离工艺的已知技术，如低温蒸馏(例如低温空气分离循环)、膜分离、变压吸附(PSA)和真空变压吸附(VPSA)以及在高温氧离子传输陶瓷混合氧化物膜***中从空气中分离氧气。在可用的方法中，低温蒸馏对于将空气分离成高纯度和高压的组成部分是特别有利的，但是目前的低温蒸馏后制得的分离产品纯度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气分离设备低温分离空气方法，提高低温蒸馏后制得的分离产品的纯度。
为实现上述目的，本发明提供了一种空气分离设备低温分离空气方法，包括：
将空气进行压缩后，导入冷凝塔进行冷却；
利用两组分子筛吸附器对空气进行净化；
将净化后的空气分为两部分进行降压，并导入双级精馏塔的下塔底部；
利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收。
其中，所述方法还包括：
将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜后导入压缩机，其中，多层所述过滤膜的孔径向靠近所述压缩机处递减。
其中，所述将空气进行压缩后，导入冷凝塔进行冷却，包括：
过滤后的空气经过压缩机压缩后，利用冷凝塔中的多段循环冷却水对空气进行循环冷却至小于20摄氏度。
其中，所述利用两组分子筛吸附器对空气进行净化，包括：
将四个分子筛两两并联后，作为两组分子筛吸附器对称设置于所述冷凝塔出口，并且每组所述分子筛吸附器中的所述分子筛分别进行吸附和再生工作。
其中，所述将净化后的空气分为两部分进行降压，并导入双级精馏塔的下塔底部，包括：
将净化后的空气经过第一换热器换热后分为第一空气流和第二空气流，分别导入不同的降压设备进行降压后，将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔的下塔底部。
其中，将所述第一空气流导入降压设备进行降压，包括：
将换热后的三分之一空气分为第一空气流，经过第二换热器利用液氮换热后，利用节流阀进行降压，并调节温度至103K。
其中，将所述第二空气流导入降压设备进行降压，包括：
将换热后的三分之二空气分为第二空气流导入膨胀机中进行等熵膨胀，且温度降低至103K。
其中，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，包括：
根据所述双级精馏塔中上塔和下塔之间的压力差，冷凝蒸发器具有与所述压力差对应的传热温差，由所述下塔至所述上塔对压缩空气进行精馏。
其中，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，还包括：
提取所述上塔上部的气体后，将所述上塔和所述下塔中的馏分分别导入氩增效装置内进行回收。
其中，所述方法还包括：
在将所述下塔中的馏分导入所述氩增效装置前，利用一组所述分子筛吸附器对所述馏分进行吸附分离。
本发明的一种空气分离设备低温分离空气方法，首先将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜后导入压缩机，然后利用冷凝塔中的多段循环冷却水将压缩后的空气进行循环冷却至小于20摄氏度，其次将四个分子筛两两并联后，作为两组分子筛吸附器对称设置于所述冷凝塔出口，对冷却后的空气进行净化，经过第一换热器换热后，将空气分为第一空气流和第二空气流，分别导入不同的降压设备进行降压后，将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔的下塔底部，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，同时提取所述上塔上部的气体，并将所述下塔中的馏分导入所述氩增效装置前，利用一组所述分子筛吸附器对所述馏分进行吸附分离，提高低温蒸馏后制得的分离产品的纯度。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种空气分离设备低温分离空气方法。
图2是本发明提供的空气分离设备的结构简图。
1-过滤膜、2-压缩机、3-冷凝塔、4-分子筛吸附器、5-第一换热器、6-第二换热器、7-节流阀、8-膨胀机、9-双级精馏塔、10-氩增效装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明提供一种空气分离设备低温分离空气方法，包括：
S101、将空气进行压缩后，导入冷凝塔3进行冷却。
具体的，将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜1后导入压缩机2，将空气中的灰尘杂质等过滤掉，保证分馏得到的产品的纯净度，其中，多层所述过滤膜1的孔径向靠近所述压缩机2处递减，所述过滤膜1由蜂窝状的滤芯组成，并且滤芯的孔径跟随所述过滤膜1的直径变化，可以逐渐过滤掉更小直径的杂质，进一步保证纯净度，然后将过滤后的空气经过压缩机2压缩后，得到压力值至少为3巴，温度在150摄氏度以上的空气，最后利用冷凝塔3中的多段循环冷却水对空气进行循环冷却至小于20摄氏度，具体可以为利用所述冷凝塔3中的上段循环冷冻水和下段循环冷却水对空气进行循环冷却，在冷凝塔3的底部，循环冷却水的温度逐渐降低，对压缩后的空气进行第一次降温，然后随着空气的上升，空气被所述上段循环冷冻水进一步冷却，重复进行，使压缩空气最大程度的降温，方便对空气的后续处理。
S102、利用两组分子筛吸附器4对空气进行净化。
具体的，将四个分子筛两两并联后，作为两组分子筛吸附器4对称设置于所述冷凝塔3出口与第一换热器5之间，利用分子筛的吸附能力，可以将所述冷凝塔3出口的空气中的水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物进行吸附，并且每组所述分子筛吸附器4中的所述分子筛分别进行吸附和再生工作，即两个所述分子筛，一个在进行吸附工作时，另一个在进行再生工作，再生工作可分为四步：卸压、加热、冷吹和充压，可以利用分馏得到的氮气进过加热后对所述分子筛进行再生，之后用氮气对再生结束的分子筛进行冷吹，使制得的氮气能够充分利用，降低成本，由于两个所述分子筛不可能同时进行吸附，为了保证吸附效果最大化，因此利用两组分子筛吸附器4对称设置于所述冷凝塔3出口两侧，保证所述冷凝塔3两侧的分子筛吸附器4都可以正常的进行吸附工作，可以提高对空气中的水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物进行吸附能力，进一步保证分馏产品的纯度。
S103、将净化后的空气分为两部分进行降压，并导入双级精馏塔9的下塔底部。
具体的，将净化后的空气经过第一换热器5换热后分为第一空气流和第二空气流，其中，对利用所述第一换热器5进行热交换时，也可以利用后续分馏制得的液氮对空气进行冷却，进一步提高分馏产品的利用率，节约成本，然后分别导入不同的降压设备进行降压，具体为：将换热后的三分之一空气分为第一空气流，经过第二换热器6利用液氮换热降温后，利用节流阀7进行降压，并调节温度至103K(开尔文)；将换热后的三分之二空气分为第二空气流导入膨胀机8中进行等熵膨胀，且温度降低至103K。将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔9的下塔底部，在利用膨胀机8对气体进行等熵膨胀时，温度的降低要比利用节流阀7的大，而且能回收一部分压缩功，可以降低设备的能耗，因此比利用节流阀7降压要经济实惠，因此将净化后的空气中的大部分气体利用等熵膨胀进行降压，既保证降压效果，又节约成本。
S104、利用所述双级精馏塔9上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收。
具体的，如图2所提供的空气分离设备的结构简图所示，所述双级精馏塔9包括上塔、下塔和冷凝蒸发器组成，所述第一空气流和所述第二空气流进入所述下塔时，已经液化，由于液氮比液氧的沸点低，因此所述下塔底部大部分是富氧液态空气，含氧量一般为30％-40％，根据所述双级精馏塔9中上塔和下塔之间的压力差，使所述下塔的压力大于所述上塔的压力，进而使所述上塔的温度大于所述下塔的温度，从而使冷凝蒸发器具有与所述压力差对应的传热温差，使热量由管内传向管外，起到了下塔冷却，上塔加热的作用，空气由所述下塔至所述上塔对压缩空气进行精馏，使沸点低的氮的浓度在上塔部分逐渐提高，在所述冷凝蒸发器中凝结成液氮，一部分液氮可以作为所述第二换热器6的冷却液和作用于所述分子筛的再生，而下塔底部的富氧积聚在所述冷凝蒸发器管间，含氧量可以达到99％以上，提高了分离产品的含量，但是由于空气中还存在惰性气体，因此制得的液氮和液氧的纯度不是很高，因此在所述上塔中部将沸点位于氮气和氧气之间的氩气进行提取，并将位于所述液氮上面，沸点低于氮气的氦气和氖气进行抽取，同时将积聚在上塔底部液氧和气体氧中的，沸点较高的氪气和氙气进行抽取，并且提取出的氩气、氦气、氖气、氪气和氙气可以分别用来制成氩、氦、氖、氪和氙的原料，增加能源的利用率，为了保证抽取的气体的准确度，可以在抽取位置先测量对应的温度后在进行抽取，可以进一步保证抽取的气体的准确性，进一步保证分馏得到的产品的纯度，然后才将所述上塔和所述下塔中的馏分分别导入氩增效装置10内进行回收，降低能耗，提高分离效率，并且所述氩增效装置10中的氩可以利用抽取出来的氩气制得，进一步节约了成本，提高了分馏产品的利用率，并在将所述下塔中的液氧导入氩增效装置10前，根据氮和氧的不同的吸附能力，利用一组或两组所述分子筛吸附器4对所述馏分进行吸附分离，将所述液氧中的氮气进行吸附，进一步提高制得的分离产品的纯度。
本发明的一种空气分离设备低温分离空气方法，首先将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜1后导入压缩机2，然后利用冷凝塔3中的多段循环冷却水将压缩后的空气进行循环冷却至小于20摄氏度，其次将四个分子筛两两并联后，作为两组分子筛吸附器4对称设置于所述冷凝塔3出口，对冷却后的空气进行净化，经过第一换热器5换热后，将空气分为第一空气流和第二空气流，分别导入不同的降压设备进行降压后，将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔9的下塔底部，利用所述双级精馏塔9上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，同时提取所述上塔上部的气体，并将所述下塔中的馏分导入所述氩增效装置10前，利用一组所述分子筛吸附器4对所述馏分进行吸附分离，提高低温蒸馏后制得的分离产品的纯度。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，包括：
将空气进行压缩后，导入冷凝塔进行冷却；
利用两组分子筛吸附器对空气进行净化；
将净化后的空气分为两部分进行降压，并导入双级精馏塔的下塔底部；
利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收。
2.如权利要求1所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，所述方法还包括：
将空气依次穿过不同孔径的多层过滤膜后导入压缩机，其中，多层所述过滤膜的孔径向靠近所述压缩机处递减。
3.如权利要求1所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，所述将空气进行压缩后，导入冷凝塔进行冷却，包括：
过滤后的空气经过压缩机压缩后，利用冷凝塔中的多段循环冷却水对空气进行循环冷却至小于20摄氏度。
4.如权利要求3所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，所述利用两组分子筛吸附器对空气进行净化，包括：
将四个分子筛两两并联后，作为两组分子筛吸附器对称设置于所述冷凝塔出口，并且每组所述分子筛吸附器中的所述分子筛分别进行吸附和再生工作。
5.如权利要求4所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，所述将净化后的空气分为两部分进行降压，并导入双级精馏塔的下塔底部，包括：
将净化后的空气经过第一换热器换热后分为第一空气流和第二空气流，分别导入不同的降压设备进行降压后，将所述第一空气流和所述第二空气流导入双级精馏塔的下塔底部。
6.如权利要求5所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，将所述第一空气流导入降压设备进行降压，包括：
将换热后的三分之一空气分为第一空气流，经过第二换热器利用液氮换热后，利用节流阀进行降压，并调节温度至103K。
7.如权利要求5所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，将所述第二空气流导入降压设备进行降压，包括：
将换热后的三分之二空气分为第二空气流导入膨胀机中进行等熵膨胀，且温度降低至103K。
8.如权利要求5所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，包括：
根据所述双级精馏塔中上塔和下塔之间的压力差，冷凝蒸发器具有与所述压力差对应的传热温差，由所述下塔至所述上塔对压缩空气进行精馏。
9.如权利要求8所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，利用所述双级精馏塔上下塔的传热温差进行精馏，并经过氩增效进行回收，还包括：
提取所述上塔上部的气体后，将所述上塔和所述下塔中的馏分分别导入氩增效装置内进行回收。
10.如权利要求9所述的一种空气分离设备低温分离空气方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述下塔中的馏分导入所述氩增效装置前，利用一组所述分子筛吸附器对所述馏分进行吸附分离。
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