專利名稱：空氣分離的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種空氣分離的方法和裝置，特別涉及到在低溫下利用精餾來分離空氣的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明提出之前，要將空氣中的諸如氧、氮、氬等各種組份分離出來成為各種形態(tài)的單一產(chǎn)品，首先要將空氣液化，然后采用精餾技術(shù)來進(jìn)行分離。由于空氣的液化溫度很低(臨界溫度為-140。7℃)，在低溫下用精餾技術(shù)來分離空氣的方法和裝置就要求外界提供大量的能量來獲取相當(dāng)?shù)睦淞?。尤?dāng)需要提供液體產(chǎn)品時(shí)，外界就要提供更大量的能量。所以，空氣分離行業(yè)是一個(gè)高能耗的行業(yè)。人們也提出了不少旨在降低能耗的空氣分離方法和裝置。中國(guó)專利公告號(hào)為CN1616909的專利申請(qǐng)案就提出了一種空氣分離的方法和裝置。在空氣分離過程中，使用膨脹制冷空氣和返流污氮(返流氮)這兩種不同工質(zhì)的膨脹機(jī)。膨脹制冷空氣和返流污氮(返流氮)各自在不同的壓力和溫度下進(jìn)行膨脹，向外做功，為空氣分離過程提供冷量。分離過程采用雙級(jí)精餾塔，精餾塔由下塔，上塔和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa(表壓)以上。采用這樣的方法和裝置來分離空氣，單位產(chǎn)品的電耗有明顯的下降，初步測(cè)算可降低10％。但是，在要求從兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器抽取的液氮中，增加向外供應(yīng)的液氮產(chǎn)品數(shù)量時(shí)，作為上塔回流液的液氮量就會(huì)相應(yīng)地減少。而當(dāng)外供的液氮增加到一定的數(shù)量時(shí)，即作為上塔回流液的液氮量相應(yīng)地減少到一定的數(shù)量時(shí)，上塔的操作狀況就會(huì)惡化，甚至影響精餾塔產(chǎn)出物的數(shù)量和質(zhì)量，達(dá)不到用戶的需求，并使經(jīng)濟(jì)性變差。在某些情況下，即使要求增加的液氮量不大，但是空氣膨脹制冷過程中，會(huì)有一些不盡人意的地方，往往會(huì)導(dǎo)致電耗的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新的空氣分離方法和裝置，既可以在正常的范圍內(nèi)提供各種形態(tài)的組分產(chǎn)品；又可以額外增加液體組分產(chǎn)品的外供數(shù)量，滿足市場(chǎng)需求。從而進(jìn)一步降低電耗，優(yōu)化性能價(jià)格比。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的?？諝夥蛛x的方法和裝置的主要技術(shù)特征是經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的空氣，經(jīng)過主換熱器后，直接進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾作業(yè)；同時(shí)對(duì)離開主換熱器出冷箱的返流污氮(返流氮)進(jìn)行壓縮，冷卻到一定溫度后，將其中一部分送入污氮(氮?dú)?增壓透平膨脹機(jī)，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回?fù)Q熱器作為冷源；余下部分在主換熱器中繼續(xù)冷卻，液化(必要時(shí)過冷)后，經(jīng)節(jié)流進(jìn)入精餾塔的上塔作為上塔的回流液。
在離開主換熱器出冷箱的返流污氮(返流氮)的管線上設(shè)有氣量調(diào)節(jié)設(shè)施；在原料空氣和污氮(氮?dú)?管線上設(shè)有可以提供冷量的低溫預(yù)冷器。
經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮、在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的空氣，經(jīng)過主換熱器降溫到飽和溫度或部分帶液后進(jìn)入精餾塔的下塔底部，成為下塔的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔的底部獲得含氧較多的富氧液空。該富氧液空被引出下塔后，先經(jīng)過液空過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(和返流氮)過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔成為上塔的回流液之一。在下塔的頂部獲得的氮?dú)猓俨糠挚勺鳛楫a(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供。大部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔的回流液。其余的液氮從冷凝蒸發(fā)器引出后經(jīng)過液氮過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(或返流氮)過冷，一部分作為產(chǎn)品外供；余下部分與經(jīng)壓縮、冷卻，液化(必要時(shí)過冷)后的污液氮(或液氮)匯合經(jīng)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔的頂部成為上塔的另一支回流液。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換，在上塔的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品外供，大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被氮?dú)饧訜岢蓺庋酰俨糠謿庋蹩勺鳛楫a(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，其余的氣氧成為上塔的上升氣流。上塔頂部獲得的返流污氮(或返流氮)經(jīng)復(fù)熱后進(jìn)入低壓返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回過冷器和主換熱器復(fù)熱后離開主換熱器。出冷箱的返流污氮(或返流氮)被壓縮和冷卻到一定溫度后，內(nèi)中部分污氮(或氮?dú)?進(jìn)入污氮(氮?dú)?增壓透平膨脹機(jī)，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回?fù)Q熱器作為冷源；余下部分在主換熱器中進(jìn)一步降溫液化(必要時(shí)過冷)并經(jīng)節(jié)流過冷后進(jìn)入精餾塔的上塔作為上塔的回流液。這部份回流液的加入改善了上塔的精鎦工況，確保了整個(gè)裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
為了防止空氣分離裝置超壓，在出冷箱的返流污氮(返流氮)的管線上設(shè)有氣量調(diào)節(jié)設(shè)施。
還可設(shè)置低溫預(yù)冷器，由外界的致冷機(jī)組，如氟利昂致冷機(jī)組，氨致冷機(jī)組等向原料空氣和污氮(氮?dú)?提供冷量。
在本發(fā)明中，兩臺(tái)污氮(或氮?dú)?膨脹機(jī)是同時(shí)開動(dòng)運(yùn)行的。
在本發(fā)明中，兩臺(tái)污氮(或氮汽)膨脹機(jī)是增壓透平膨脹機(jī)。
在上塔的適當(dāng)位置可抽出含氬較高的氬餾份去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
本發(fā)明采用上述技術(shù)措施后，空氣分離裝置可以在正常范圍內(nèi)進(jìn)行操作；也可以在加大外供液氮產(chǎn)品的情況下進(jìn)行作業(yè)，初步測(cè)祘可增加10％的液氮產(chǎn)品量。這樣單位產(chǎn)品的電耗會(huì)有所下降，性能價(jià)格比進(jìn)一步優(yōu)化。


附圖1，2分別為實(shí)施例一，二的空氣分離方法和裝置示意圖。
內(nèi)中設(shè)備序號(hào)如下1為污氮壓縮機(jī)，2，4為水冷器，3為污氮增壓透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)，5為主換熱器，6為污氮增壓透平膨脹機(jī)的膨脹機(jī)，7為精餾塔，8為下塔，9為上塔，10為冷凝蒸發(fā)器，11為液空過冷器，12為液氮過冷器，13為返流污氮透平膨脹機(jī)，14為氣量調(diào)節(jié)設(shè)施，15為低溫預(yù)冷器，16為低溫致冷機(jī)組。
此外相關(guān)的物料流也作如下編號(hào)101為原料空氣，102為富氧液空，103為返流污氮，104為液氧產(chǎn)品，105為液氮，106為液氮產(chǎn)品，107為返回裝置的返流污氮，108為氬餾分，109為去膨脹制冷的污氮，110為液化后去上塔的污氮，111為從下塔抽出的污液氮。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例一 如附圖一所示，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣101作為分離用原料空氣，它經(jīng)過主換熱器5降溫到飽和溫度或部份帶液后，進(jìn)入精餾塔7的下塔8，精餾塔7由下塔8，上塔9和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器10組成。原料空氣101進(jìn)入下塔8的底部后成為下塔8的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔8的底部獲得含氧較多的富氧液空102。該富氧液空102被引出下塔8后，先經(jīng)過液空過冷器11被由上塔9頂部來的返流污氮103過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔9成為上塔9的回流液之一。在下塔8的頂部獲得的氮?dú)?，少部分可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，大部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器10內(nèi)與液氧換熱而冷凝成液氮。部分液氮成為下塔8的回流液。其余的液氮105經(jīng)過液氮過冷器12被由上塔9頂部來的返流污氮103過冷，一部分作為產(chǎn)品106外供；余下部分與另一股污液氮匯合后經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔9的頂部成為上塔9的另一支回流液。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔9的底部獲得液氧，一部分液氧可作為產(chǎn)品104外供，其余液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器10內(nèi)被氮?dú)饧訜岢蓺庋?，少部分氣氧可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，其余氣氧成為上塔9的上升氣流。在上塔9的頂部獲得的返流污氮103在液氮過冷器12和液空過冷器11中復(fù)熱后進(jìn)入返流污氮透平膨脹機(jī)13，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后再進(jìn)入主換熱器5。出冷箱后的返流污氮107在污氮壓縮機(jī)1中被壓縮，在水冷器2中被冷卻，然后經(jīng)過污氮增壓透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)3增壓和水冷器4冷卻，再在主換熱器5中被冷卻，內(nèi)中部分污氮進(jìn)入污氮增壓透平膨脹機(jī)的膨脹機(jī)6，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回主換熱器5作為冷源，余下部分在主換熱器5中進(jìn)一步降溫液化后與出過冷器12的液氮匯合，節(jié)流降壓后進(jìn)入精餾塔7的上塔9作為上塔9的回流液。這樣從冷凝蒸發(fā)器10引出后經(jīng)過液氮過冷器12被由上塔頂部來的返流污氮103過冷的外供液氮產(chǎn)品106的數(shù)量就可以有所增加。
為了防止空氣分離裝置超壓，在離開主換熱器5出冷箱的返流污氮管線上設(shè)有由兩個(gè)調(diào)節(jié)伐門所組成的氣量調(diào)節(jié)設(shè)施14。該調(diào)節(jié)設(shè)施14用來控制進(jìn)入污氮壓縮機(jī)1的返流污氮107的氣量及去工藝預(yù)定位置的返流污氮的氣量。
污氮增壓透平膨脹機(jī)3，6和返流污氮透平膨脹機(jī)13是同時(shí)開動(dòng)運(yùn)行的。
在上塔的適當(dāng)位置抽出含氬較高的氬餾份108去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
實(shí)施例二 如附圖二所示，在與實(shí)施例一相同的空氣分離方法和裝置中，為了降低產(chǎn)品的能耗，在主換熱器5的適當(dāng)部位設(shè)置低溫預(yù)冷器15。并采用低溫致冷機(jī)組16向分離用原料空氣101和經(jīng)過壓縮、水冷而返回裝置的污氮107提供冷量。同時(shí)，在下塔上部抽出污液氮111經(jīng)過液氮過冷器12過冷后與另一股污液氮110匯合后節(jié)流去上塔9作為上塔9的回流液。在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器10中抽出的液氮105，經(jīng)過液氮過冷器12過冷后則全部成為液氮產(chǎn)品106。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)笵圍。
權(quán)利要求
1.空氣分離的方法，包括(1)經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，預(yù)冷系統(tǒng)冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去有害雜質(zhì)后的空氣(101)經(jīng)過主換熱器(5)后進(jìn)入精餾塔(7)，在精餾塔(7)內(nèi)分離成為各種形態(tài)的氧，氮產(chǎn)品和氬餾分；(2)從精餾塔(7)的上塔(9)獲得的返流污氮或返流氮(103)復(fù)熱后進(jìn)入返流污氮或返流氮低壓膨脹機(jī)(13)，在該低壓膨脹機(jī)(13)中降壓降溫后進(jìn)入過冷器和主換熱器(5)復(fù)熱；其特征在于(1)空氣(101)經(jīng)過主換熱器(5)后直接進(jìn)入精餾塔(7)；(2)離開主換熱器(5)出冷箱的返流污氮或返流氮(107)受到壓縮和冷卻，再返回主換熱器(5)后，內(nèi)中部分進(jìn)入污氮或氮?dú)飧邏号蛎洐C(jī)(6)，氣體對(duì)外做功，降低壓力并降低溫度后返回過冷器及主換熱器(5)，余下部分在主換熱器(5)和過冷器中繼續(xù)冷卻，液化，必要時(shí)過冷后，與出過冷器(12)的部分液氮(105)或污液氮(111)會(huì)合，經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入精餾塔(7)的上塔(9)；(3)返流污氮或返流氮低壓膨脹機(jī)(13)和污氮或氮?dú)飧邏号蛎洐C(jī)(6)是同時(shí)開動(dòng)運(yùn)行的。
2.空氣分離的裝置，依次由(1)對(duì)空氣進(jìn)行加壓和除去有害雜質(zhì)使之成為原料空氣(101)的壓縮機(jī)，預(yù)冷系統(tǒng)，和凈化系統(tǒng)，(2)對(duì)返流污氮或返流氮(103)進(jìn)行降壓降溫的低壓膨脹機(jī)(13)，(3)對(duì)各種不同的流體進(jìn)行冷熱交換的主換熱器(5)，過冷器(11)和(12)，(4)將分離用原料空氣進(jìn)行分離獲得產(chǎn)品的精餾塔(7)，組成，其特征在于還有(1)將返回裝置的返流污氮或返流氮107進(jìn)行壓縮和冷卻的壓縮機(jī)(1)，水冷卻器(2)、(4)，高壓膨脹機(jī)的增壓機(jī)(3)，(2)將經(jīng)過壓縮、增壓、泠卻后的污氮或氮?dú)膺M(jìn)行降壓降溫的高壓增壓透平膨脹機(jī)(3，6)，(3)在出冷箱的返流污氮或返流氮的管線上設(shè)有氣量調(diào)節(jié)設(shè)施(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分離的裝置，其特征在于返流污氮或返流氮低壓膨脹機(jī)(13)和污氮或氮?dú)飧邏号蛎洐C(jī)(6)是增壓透平膨脹機(jī)，
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分離的裝置，其特征在于所述的氣量調(diào)節(jié)設(shè)施(14)由調(diào)節(jié)伐門構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分離的裝置，其特征在于設(shè)有從外界取得冷量的低溫預(yù)冷器(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣分離的裝置，其特征在于向低溫預(yù)冷器(15)提供冷量的制冷機(jī)組是低溫制冷機(jī)組(16)。
全文摘要
空氣分離的方法和裝置，特別涉及到在低溫下利用精餾來分離空氣的方法和裝置。經(jīng)過預(yù)處理的原料空氣在主換熱器中降溫后，直接進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾作業(yè)；將離開主換熱器出冷箱的返流污氮(或返流氮)進(jìn)行壓縮和冷卻，再經(jīng)增壓和冷卻后送入主換熱器冷卻到一定溫度后，內(nèi)中部分被送入污氮(或氮?dú)?膨脹機(jī)；氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回?fù)Q熱器，余下部分在主換熱器繼續(xù)冷卻，液化和過冷后，與出過冷器的部分液氮或污液氮會(huì)合，經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入精餾塔的上塔作為上塔的回流液；在出冷箱的返流污氮(或返流氮)的管線上有氣量調(diào)節(jié)設(shè)施；這樣的空氣分離裝置可多產(chǎn)10％的液氮產(chǎn)品量，并使單位產(chǎn)品的電耗有所下降，性能價(jià)格比進(jìn)一步優(yōu)化。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1975302SQ200610097738
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者薛魯, 江楚標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司