專利名稱：一種空氣分離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品為主的空氣分離的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，以生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品為主的空氣分離方法通常有兩種制冷循環(huán)工藝 流程。一種常用的制冷循環(huán)工藝流程是采用循環(huán)壓縮機(jī)和高低溫增壓透平膨脹機(jī)，精餾塔 的上塔和下塔采用常規(guī)的低壓壓力，高低溫增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端的出口壓力與精餾塔 的下塔的操作壓力接近，循環(huán)壓縮機(jī)的出口壓力為2. 5-3. OMPa0另一種常用的制冷循環(huán)工 藝流程是采用循環(huán)壓縮機(jī)、一臺(tái)增壓透平膨脹機(jī)和一臺(tái)低溫冷凍機(jī)，精餾塔的上塔和下塔 的操作壓力高于常規(guī)的操作壓力，并采用了反流氣體增壓透平膨脹機(jī)。這兩種制冷循環(huán)工藝的性價(jià)比較差，單位液體空分產(chǎn)品的能耗偏高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)一步降低能耗、提高性價(jià)比的以生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品為 主的空氣分離的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種空氣分離的方法，包括
經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻、在凈化系統(tǒng)中除去有害雜質(zhì)的原料空氣在主換 熱器中冷卻到要求溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔參與精餾， 所述的精餾塔包括上塔、下塔、冷凝蒸發(fā)器，
所述的一種空氣分離的方法由主制冷循環(huán)提供所述的精餾所需的大部分冷量、由返流 污氮膨脹制冷提供所述的精餾所需的另一部分冷量；
所述的主制冷循環(huán)包括循環(huán)壓縮機(jī)、高溫增壓透平膨脹機(jī)、低溫增壓透平膨脹機(jī)、水冷 卻器，所述的主制冷循環(huán)中的循環(huán)工質(zhì)排出所述的循環(huán)壓縮機(jī)后，經(jīng)過(guò)所述的高溫增壓透 平膨脹機(jī)、所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)、所述的水冷卻器增壓冷卻后并經(jīng)過(guò)初步復(fù)熱，進(jìn)入 所述的主換熱器中復(fù)熱到常溫，再進(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī)，完成所述的主制冷循環(huán)；
所述的返流污氮膨脹制冷包括返流污氮增壓透平膨脹機(jī)，由所述的上塔的上部獲得的 污氮?dú)饨?jīng)過(guò)初步復(fù)熱后進(jìn)入所述的流污氮增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹制冷，再經(jīng)所述的 過(guò)冷器初步復(fù)熱后進(jìn)入所述的主換熱器中復(fù)熱到規(guī)定溫度后去工藝預(yù)定位置，完成所述的 返流污氮膨脹制冷；
所述的上塔和所述的下塔的操作壓力高于常規(guī)的低壓壓力。優(yōu)選的，所述的主制冷循環(huán)中的循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)饣蚣兊獨(dú)饣蚩諝?。?yōu)選的，所述的上塔的操作壓力大于0. 07MPa (表壓)，所述的下塔的操作壓力大于 0. 65MPa (表壓)。優(yōu)選的，所述的水冷卻器包括第一水冷卻器、第二水冷卻器、第三水冷卻器、第四 水冷卻器；出所述的循環(huán)壓縮機(jī)的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)所述的第一水冷卻器冷卻后分為兩路，一路所述的 循環(huán)工質(zhì)經(jīng)所述的主換熱器冷卻到規(guī)定溫度后進(jìn)入所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端 膨脹，膨脹后的循環(huán)工質(zhì)氣體進(jìn)入所述的主換熱器的合適位置；另一路所述的循環(huán)工質(zhì)先 進(jìn)入所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)的增壓端增壓，再經(jīng)所述的第二水冷卻器冷卻后進(jìn)入所述 的低溫增壓透平膨脹機(jī)的增壓端增壓，然后經(jīng)過(guò)所述的第三水冷卻器冷卻后進(jìn)入所述的主 換熱器冷卻到規(guī)定溫度后分為兩路，一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫增壓透平膨脹 機(jī)的膨脹端膨脹并初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后與出所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端的循 環(huán)工質(zhì)氣體匯合并經(jīng)復(fù)熱后，成為所述的循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī)，另一 路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后去工藝預(yù)定位置。優(yōu)選的，當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)鈺r(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述 的主換熱器中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，再與出所述的下塔的污液氮匯合，經(jīng)過(guò)冷節(jié) 流后進(jìn)入所述的上塔成為所述的上塔的回流液之一；
當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)鈺r(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器中 繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，再與出所述的冷凝蒸發(fā)器的液氮匯合；
當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為空氣時(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器中繼 續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，進(jìn)入所述的下塔參與精餾。優(yōu)選的，當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)鈺r(shí)，一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫 增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后，先與由所述的上塔的頂部獲得的純氮?dú)鈪R合，再初步復(fù) 熱到規(guī)定溫度后與經(jīng)所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后，再進(jìn)入所述的主換熱器 繼續(xù)復(fù)熱。優(yōu)選的，由所述的上塔的上部獲得的所述的污氮?dú)饨?jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器、液空過(guò)冷器、 產(chǎn)品液氧過(guò)冷器、產(chǎn)品液氮過(guò)冷器、主換熱器中的至少一個(gè)完成所述的初步復(fù)熱后去返流 污氮膨脹機(jī)的膨脹端膨脹制冷。優(yōu)選的，出所述的返流污氮增壓透平膨脹機(jī)膨脹端的污氮?dú)饨?jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器、液 空過(guò)冷器、產(chǎn)品液氧過(guò)冷器、產(chǎn)品液氮過(guò)冷器中的至少一個(gè)初步復(fù)熱后再進(jìn)入所述的主換 熱器繼續(xù)復(fù)熱。優(yōu)選的，由所述的上塔的上部獲得的所述的污氮?dú)庠谒龅闹鲹Q熱器中復(fù)熱到規(guī) 定溫度后分為兩路，一路所述的污氮?dú)膺M(jìn)入所述的返流污氮增壓透平膨脹機(jī)的增壓端增壓 后經(jīng)冷卻，去做純化器再生氣；當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)饣蚩諝鈺r(shí)，另一路所述的污氮?dú)?去所述的預(yù)冷系統(tǒng)，當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)鈺r(shí)，另一路所述的污氮?dú)夥譃閮刹糠郑徊?分污氮?dú)馊ニ龅念A(yù)冷系統(tǒng)，另一部分污氮?dú)膺M(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī)。優(yōu)選的，所述的循環(huán)壓縮機(jī)的排氣壓力大于0. SOMPa0優(yōu)選的，當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)鈺r(shí)，一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫 增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后，經(jīng)氣液分離器分離，分離后的氣體循環(huán)工質(zhì)經(jīng)初步復(fù)熱 到規(guī)定溫度后與經(jīng)所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端膨脹后進(jìn)入所述的主換熱器的循 環(huán)工質(zhì)氣體匯合，分離后的液體循環(huán)工質(zhì)成為產(chǎn)品液氮的一部分。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的一種 空氣分離的方法能夠降低單位液體空分產(chǎn)品的能耗，符合節(jié)能環(huán)保的要求，提高了工藝的 性價(jià)比。


附圖1為本發(fā)明的一種空氣分離的方法的實(shí)施例一的示意圖。附圖2為本發(fā)明的一種空氣分離的方法的實(shí)施例二的示意圖。附圖3為本發(fā)明的一種空氣分離的方法的實(shí)施例三的示意圖。以上附圖中1、主換熱器；2、下塔；3、冷凝蒸發(fā)器；4、上塔；5、液氮過(guò)冷器；6、液 空過(guò)冷器；7、返流污氮增壓透平膨脹機(jī)；8、低溫增壓透平膨脹機(jī)；9、高溫增壓透平膨脹機(jī)； 10、循環(huán)壓縮機(jī)；11、第一水冷卻器；12、第二水冷卻器；13、第三水冷卻器；14、第四水冷卻 器；15、產(chǎn)品液氮過(guò)冷器；16、產(chǎn)品液氧過(guò)冷器；
101、原料空氣；102、原料空氣；103、富氧液空；104、污液氮；105、污液氮；106、液氮； 107、液氮；108、液氮；109、液氧；110、氣氧；111、返流污氮；112、膨脹后的污氮?dú)猓?13、做 純化器再生氣的污氮?dú)猓?14、污氮?dú)猓?15、去預(yù)冷系統(tǒng)的污氮?dú)猓?16、污氮?dú)猓?17、循環(huán)壓 縮機(jī)的進(jìn)氣；118、污氮?dú)猓?19、污氮?dú)猓?20、膨脹后的污氮?dú)猓?21、污氮?dú)猓?22、經(jīng)增壓的 污氮?dú)猓?23、膨脹后的污氮?dú)猓?24、經(jīng)增壓的污氮?dú)猓?25、主制冷循環(huán)中的污氮?dú)猓?26、氬 餾分；
218、空氣；219、空氣；220、膨脹后的空氣；221、空氣；222、經(jīng)增壓的空氣；223、膨脹后 的空氣；224、經(jīng)增壓的空氣；225、主制冷循環(huán)中的空氣；
318、純氮?dú)猓?19、純氮?dú)猓?20、膨脹后的純氮?dú)猓?21、純氮?dú)猓?22、經(jīng)增壓的純氮?dú)猓?323、膨脹后的純氮?dú)猓?24、經(jīng)增壓的純氮?dú)猓?25、主制冷循環(huán)中的純氮?dú)猓?27、液氮；328、 出上塔頂?shù)募兊獨(dú)猓?29、氮?dú)猓?30、產(chǎn)品氮?dú)狻?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見(jiàn)附圖1所示。一種空氣分離的方法，采用包括上塔4、下塔2、冷凝蒸發(fā)器3的精餾塔對(duì)空氣進(jìn)行 精餾。該空氣分離的方法由主制冷循環(huán)提供精餾所需的大部分冷量、由返流污氮膨脹制冷 提供精餾所需的另一部分冷量。主制冷循環(huán)包括循環(huán)壓縮機(jī)10、高溫增壓透平膨脹機(jī)9、低溫增壓透平膨脹機(jī)8、 第一水冷卻器11、第二水冷卻器12、第三水冷卻器13。本實(shí)施例中的主制冷循環(huán)所采用的 循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)?。?jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻、在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽、二氧化碳等有 害雜質(zhì)的原料空氣101在主換熱器1中冷卻到要求溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔參與精 餾。原料空氣101進(jìn)入下塔2的底部并成為下塔2的上升氣流，在塔板上與下降液流充分 接觸進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。在下塔2的底部獲得含氧較多的富氧液空103，該富氧液空 103被引出下塔2后，先經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器6被出上塔4的返流污氮111、出返流污氮增壓透 平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹后的污氣氮112過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4成為上塔4的 回流液之一。在下塔2的頂部獲得氮?dú)?，這些氮?dú)庠诶淠舭l(fā)器3中被液氧冷凝成液氮106 后出冷凝蒸發(fā)器3并分為兩路，一路液氮107回下塔2頂參與精餾，另一路液氮108經(jīng)液氮 過(guò)冷器5過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氮引出。在下塔2的適當(dāng)位置引出的污液氮104與經(jīng)增壓的污氮?dú)釯M匯合成污液氮105后在液氮過(guò)冷器5中過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流送入上塔4的頂部，成為上 塔4的另一股回流液。上述的兩股上塔4的回流液即為上塔4的下降液流并在塔板上與原 料空氣101形成的上升氣流充分接觸并進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。在上塔4的底部獲得的 小部分液氧109經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器6過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氧外供，在上塔4的底部獲得的大部 分液氧在冷凝蒸發(fā)器3中成為氣氧并成為上塔4的上升氣流，抽取少部分該氣氧110經(jīng)復(fù) 熱后作為產(chǎn)品氣氧外供。由上塔4的頂部獲得的返流污氮111首先經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器5和液空過(guò)冷器6初步 復(fù)熱，然后進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹制冷，膨脹后的污氮?dú)?12先進(jìn)入 液空過(guò)冷器6初步復(fù)熱后再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱到常溫。復(fù)熱到規(guī)定溫度的污氮?dú)夥譃閮?路，一路污氮?dú)?13進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的增壓端增壓后，經(jīng)第四水冷卻器14 冷卻，去做純化器再生氣，另一路污氮?dú)?14繼續(xù)復(fù)熱后分為兩部分，一部分污氮?dú)?15去 預(yù)冷系統(tǒng)，另一部分污氮?dú)?16與主制冷循環(huán)中的污氮?dú)?25匯合成為循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)氣 117，進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)10。由此完成返流污氮膨脹制冷。排出循環(huán)壓縮機(jī)10的污氮?dú)?18，經(jīng)第一水冷卻器11冷卻后分為兩路，一路污氮 氣119經(jīng)主換熱器1冷卻到規(guī)定溫度后進(jìn)入高溫增壓透平膨脹機(jī)9的膨脹端膨脹，膨脹后 的污氮?dú)?20進(jìn)入主換熱器1的合適位置；另一路污氮?dú)?21先進(jìn)入高溫增壓透平膨脹機(jī) 9的增壓端增壓，再經(jīng)第二水冷卻器12冷卻后進(jìn)入低溫增壓透平膨脹機(jī)8的增壓端增壓，然 后經(jīng)過(guò)第三水冷卻器13冷卻后進(jìn)入主換熱器1冷卻到規(guī)定溫度后再分為兩路，一路經(jīng)增壓 的污氮?dú)?22進(jìn)入低溫增壓透平膨脹機(jī)8的膨脹端膨脹，膨脹后的污氮?dú)?23經(jīng)液氮過(guò)冷 器5初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱到規(guī)定溫度后與出高溫增壓透平膨脹機(jī)9 的膨脹后的的污氮?dú)?20匯合為主制冷循環(huán)中的污氮?dú)?25后繼續(xù)復(fù)熱，成為循環(huán)壓縮機(jī) 的進(jìn)氣117進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)10，另一路經(jīng)增壓的污氮?dú)釯M在主換熱器1中繼續(xù)冷卻并液 化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，再與出下塔2的污液氮104匯合為一路污液氮105，經(jīng)液氮過(guò)冷器5的過(guò) 冷并節(jié)流后進(jìn)入上塔4成為上塔4的回流液之一。由此，完成主制冷循環(huán)。循環(huán)壓縮機(jī)10 的排氣壓力大于0. 80MPa。上塔4和下塔2的操作壓力高于常規(guī)的低壓壓力。上塔4的操作壓力大于0. 07MPa (表壓)，下塔2的操作壓力大于0. 65MPa (表壓)。在本實(shí)施例中?？梢栽谏纤?的合適位置抽出含氬較高的氬餾分1 送制氬系統(tǒng) 制取氬產(chǎn)品。實(shí)施例二 參見(jiàn)附圖2所示。一種空氣分離的方法，采用包括上塔4、下塔2、冷凝蒸發(fā)器3的精餾塔對(duì)空氣進(jìn)行 精餾。該空氣分離的方法由主制冷循環(huán)提供精餾所需的大部分冷量、由返流污氮膨脹制冷 提供精餾所需的另一部分冷量。主制冷循環(huán)包括循環(huán)壓縮機(jī)10、高溫增壓透平膨脹機(jī)9、低溫增壓透平膨脹機(jī)8、 第一水冷卻器11、第二水冷卻器12、第三水冷卻器13。本實(shí)施例中的主制冷循環(huán)所采用的 循環(huán)工質(zhì)為空氣。經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻、在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽、二氧化碳等有 害雜質(zhì)的原料空氣101在主換熱器1中冷卻到要求溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔參與精 餾。原料空氣101進(jìn)入下塔2的底部并成為下塔2的上升氣流，在塔板上與下降液流充分
7接觸進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。在下塔2的底部獲得含氧較多的富氧液空103，該富氧液空 103被引出下塔2后，先經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器6被出上塔4的返流污氮111、出返流污氮增壓透 平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹后的污氣氮112過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4成為上塔4的 回流液之一。在下塔2的頂部獲得氮?dú)?，這些氮?dú)庠诶淠舭l(fā)器3中被液氧冷凝成液氮106 后出冷凝蒸發(fā)器3并分為兩路，一路液氮107回下塔2頂參與精餾，另一路液氮108經(jīng)產(chǎn)品 液氮過(guò)冷器15過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氮引出。在下塔2的適當(dāng)位置引出的污液氮104在液氮 過(guò)冷器5中過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流送入上塔4的頂部，成為上塔4的另一股回流液。上述的兩股上 塔4的回流液即為上塔4的下降液流并在塔板上與上升氣流充分接觸并進(jìn)行熱量交換和質(zhì) 量交換。在上塔4的底部獲得的小部分液氧109經(jīng)過(guò)產(chǎn)品液氧過(guò)冷器16過(guò)冷后作為產(chǎn)品 液氧外供，在上塔4的底部獲得的大部分液氧在冷凝蒸發(fā)器3中與氮?dú)鈸Q熱后成為氣氧并 成為上塔4的上升氣流。由上塔4的頂部獲得的返流污氮111首先經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器5、液空過(guò)冷器6初步復(fù) 熱后，進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹制冷，膨脹后的污氮?dú)?12，再進(jìn)入產(chǎn) 品液氧過(guò)冷器16、液空過(guò)冷器6初步復(fù)熱后再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱到規(guī)定溫度。復(fù)熱到規(guī) 定溫度的污氮?dú)夥譃閮陕?，一路污氮?dú)?13進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的增壓端增壓 后經(jīng)第四水冷卻器14冷卻，去做純化器再生氣，另一路污氮?dú)?15繼續(xù)復(fù)熱后去預(yù)冷系統(tǒng)。 由此完成返流污氮膨脹制冷。空氣218排出循環(huán)壓縮機(jī)10，經(jīng)第一水冷卻器11冷卻后與由原料空氣101分出的 一部分原料空氣102匯合，再分為兩路，一路空氣219經(jīng)主換熱器1冷卻到規(guī)定溫度后進(jìn)入 高溫增壓透平膨脹機(jī)9的膨脹端膨脹，膨脹后的空氣220進(jìn)入主換熱器1的合適位置；另一 路空氣221先進(jìn)入高溫增壓透平膨脹機(jī)9的增壓端增壓，再經(jīng)第二水冷卻器12冷卻后進(jìn)入 低溫增壓透平膨脹機(jī)8的增壓端增壓，然后經(jīng)過(guò)第三水冷卻器13冷卻后進(jìn)入主換熱器1冷 卻到規(guī)定溫度后再分為兩路，一路經(jīng)增壓的空氣222進(jìn)入低溫增壓透平膨脹機(jī)8的膨脹端 膨脹，膨脹后的空氣223經(jīng)產(chǎn)品液氮過(guò)冷器15、液氮過(guò)冷器5初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后進(jìn)入主 換熱器1，復(fù)熱到規(guī)定溫度后與出高溫增壓透平膨脹機(jī)9的膨脹端的空氣220匯合為主制冷 循環(huán)中的空氣225后繼續(xù)復(fù)熱，成為循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)氣117進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)10，另一路經(jīng)增 壓的空氣2M在主換熱器1中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，進(jìn)入下塔2參與精餾。由此， 完成主制冷循環(huán)。循環(huán)壓縮機(jī)10的排氣壓力大于0. SOMPa0上塔4和下塔2的操作壓力高于常規(guī)的低壓壓力。上塔4的操作壓力大于0. 07MPa (表壓)，下塔42的操作壓力大于0. 65MPa (表壓)。在本實(shí)施例中。可以在上塔4的合適位置抽出含氬較高的氬餾分1 送制氬系統(tǒng) 制取氬產(chǎn)品。實(shí)施例三參見(jiàn)附圖3所示。一種空氣分離的方法，采用包括上塔4、下塔2、冷凝蒸發(fā)器3的精餾塔對(duì)空氣進(jìn)行 精餾。該空氣分離的方法由主制冷循環(huán)提供精餾所需的大部分冷量、由返流污氮膨脹制冷 提供精餾所需的另一部分冷量。主制冷循環(huán)包括循環(huán)壓縮機(jī)10、高溫增壓透平膨脹機(jī)9、低溫增壓透平膨脹機(jī)8、 第一水冷卻器11、第二水冷卻器12、第三水冷卻器13。本實(shí)施例中的主制冷循環(huán)所采用的 循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)狻?br> 經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻、在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽、二氧化碳等有 害雜質(zhì)的原料空氣101在主換熱器1中冷卻到要求溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔參與精 餾。原料空氣101進(jìn)入下塔2的底部并成為下塔2的上升氣流，在塔板上與下降液流充分 接觸進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。在下塔2的底部獲得含氧較多的富氧液空103，該富氧液 空103被引出下塔2后，先經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器6被出上塔4的返流污氮111、出返流污氮增壓 透平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹后的污氣氮112、出上塔4和低溫增壓透平膨脹機(jī)8膨脹后的 純氮?dú)? 過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4成為上塔4的回流液。在下塔2的頂部獲得 氮?dú)?，這些氮?dú)庠诶淠舭l(fā)器3中被液氧冷凝成液氮106后出冷凝蒸發(fā)器3，與另一股液氮 324匯合后分成三路，一路液氮107回下塔2頂參與精餾，一路液氮327在液氮過(guò)冷器5中 被出上塔4的污氣氮111、由出上塔頂?shù)募兊獨(dú)? 和出低溫增壓透平膨脹機(jī)8膨脹端的膨 脹后純氮?dú)?23匯合成的氮?dú)? 過(guò)冷后節(jié)流進(jìn)入上塔4頂參與精餾，一路液氮108在產(chǎn) 品液氮過(guò)冷器15中被出低溫增壓透平膨脹機(jī)8膨脹端的膨脹后氮?dú)?23過(guò)冷后成為產(chǎn)品 引出。上述兩股上塔4的回流液即成為上塔4的下降液流，在塔板上與上升氣流充分接觸 并進(jìn)行熱量交換和質(zhì)量交換。在上塔4的底部獲得的小部分液氧109經(jīng)過(guò)產(chǎn)品液氧過(guò)冷器 16過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氧外供，在上塔4的底部獲得的大部分液氧在冷凝蒸發(fā)器3中成為氣 氧并成為上塔4的上升氣流。由上塔4的上部獲得的返流污氮111首先經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器5、液空過(guò)冷器6初步 復(fù)熱后，進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的膨脹端膨脹制冷，膨脹后的污氮?dú)?12，先進(jìn)入 液空過(guò)冷器6初步復(fù)熱后再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱到常溫。復(fù)熱到規(guī)定溫度的污氮?dú)夥譃閮?路，一路污氮?dú)?13進(jìn)入返流污氮增壓透平膨脹機(jī)7的增壓端增壓后經(jīng)第四水冷卻器14冷 卻，去做純化器的再生氣，另一路污氮?dú)?15繼續(xù)復(fù)熱后去預(yù)冷系統(tǒng)。由此完成返流污氮膨 脹制冷。排出循環(huán)壓縮機(jī)10的純氮?dú)?18，經(jīng)第一水冷卻器11冷卻后分為兩路，一路純氮 氣319經(jīng)主換熱器1冷卻到規(guī)定溫度后進(jìn)入高溫增壓透平膨脹機(jī)9的膨脹端膨脹，膨脹后 的純氮?dú)?20進(jìn)入主換熱器1的合適位置；另一路純氮?dú)?21先進(jìn)入高溫增壓透平膨脹機(jī) 9的增壓端增壓，再經(jīng)第二水冷卻器12冷卻后進(jìn)入低溫增壓透平膨脹機(jī)8的增壓端增壓， 然后經(jīng)過(guò)第三水冷卻器13冷卻后進(jìn)入主換熱器1冷卻到規(guī)定溫度后再分為兩路，一路經(jīng)增 壓的純氮?dú)?22進(jìn)入低溫增壓透平膨脹機(jī)8的膨脹端膨脹，膨脹后的純氮?dú)?23再經(jīng)產(chǎn)品 液氮過(guò)冷器15初步復(fù)熱后與出上塔4頂?shù)募兊獨(dú)? 匯合為一股氮?dú)?29，然后經(jīng)液氮過(guò) 冷器5、液空過(guò)冷器6初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后進(jìn)入主換熱器1，在其中復(fù)熱到規(guī)定溫度后與 出高溫增壓透平膨脹機(jī)9膨脹端的純氮?dú)?20匯合為主制冷循環(huán)中的純氮?dú)?25后繼續(xù)復(fù) 熱，成為循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)氣117進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)10，另一路經(jīng)增壓的純氮?dú)?M在主換熱器 1中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，與出冷凝蒸發(fā)器3的液氮106匯合。由此，完成主制冷 循環(huán)。循環(huán)壓縮機(jī)10的排氣壓力大于O.SOMPa。上塔4和下塔2的操作壓力高于常規(guī)的低壓壓力。上塔4的操作壓力大于0. 07MPa (表壓)，下塔42的操作壓力大于0. 65MPa (表壓)。本實(shí)施例中，主制冷循環(huán)中的純氮?dú)?25出主換熱器1之后，可引出一部分作為產(chǎn) 品氮?dú)?30去工藝預(yù)定位置。本實(shí)施例中，當(dāng)出低溫增壓透平膨脹機(jī)8的膨脹端的氮?dú)?32中帶液時(shí)，可增設(shè)氣液分離器。經(jīng)分離后獲得的氣氮按上述流路流動(dòng)，經(jīng)分離后獲得的液氮可經(jīng)過(guò)冷后作為液 氮產(chǎn)品的一部分。在本實(shí)施例中。可以在上塔4的合適位置抽出含氬較高的氬餾分1 送制氬系統(tǒng) 制取氬產(chǎn)品。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種空氣分離的方法，包括經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮并在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻、在凈化系統(tǒng)中除去有害雜質(zhì)的原料空氣(101) 在主換熱器(1)中冷卻到要求溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔參與精餾，所述的精餾塔包括上塔(4)、下塔(2)、冷凝蒸發(fā)器(3)，其特征在于所述的一種空氣分離的方法由主制冷循環(huán)提供所述的精餾所需的大部分 冷量、由返流污氮膨脹制冷提供所述的精餾所需的另一部分冷量；所述的主制冷循環(huán)包括循環(huán)壓縮機(jī)(10)、高溫增壓透平膨脹機(jī)(9)、低溫增壓透平膨 脹機(jī)(8)、水冷卻器，所述的主制冷循環(huán)中的循環(huán)工質(zhì)排出所述的循環(huán)壓縮機(jī)(10)后，經(jīng)過(guò) 所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)(9)、所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)(8)、所述的水冷卻器增壓冷 卻后并經(jīng)過(guò)初步復(fù)熱，進(jìn)入所述的主換熱器(1)中復(fù)熱到常溫，再進(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī) (10)，完成所述的主制冷循環(huán)；所述的返流污氮膨脹制冷包括返流污氮增壓透平膨脹機(jī)(7)，由所述的上塔(4)的上 部獲得的污氮?dú)?111)經(jīng)過(guò)初步復(fù)熱后進(jìn)入所述的流污氮增壓透平膨脹機(jī)(7)的膨脹端膨 脹制冷，再經(jīng)所述的過(guò)冷器初步復(fù)熱后進(jìn)入所述的主換熱器(1)中復(fù)熱到規(guī)定溫度后去工 藝預(yù)定位置，完成所述的返流污氮膨脹制冷；所述的上塔(4)和所述的下塔(2)的操作壓力高于常規(guī)的低壓壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于所述的主制冷循環(huán)中的 循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)饣蚣兊獨(dú)饣蚩諝狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于所述的上塔(4)的操作壓 力大于0.07MPa (表壓)，所述的下塔(2)的操作壓力大于0.65MPa (表壓)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空氣分離的方法，其特征在于所述的水冷卻器包括第 一水冷卻器(11)、第二水冷卻器(12)、第三水冷卻器(13)、第四水冷卻器(14)；出所述的循環(huán)壓縮機(jī)(10)的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)所述的第一水冷卻器(11)冷卻后分為兩路， 一路所述的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)所述的主換熱器(1)冷卻到規(guī)定溫度后進(jìn)入所述的高溫增壓透平膨 脹機(jī)(9)的膨脹端膨脹，膨脹后的循環(huán)工質(zhì)氣體進(jìn)入所述的主換熱器(1)的合適位置；另一 路所述的循環(huán)工質(zhì)先進(jìn)入所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)(9)的增壓端增壓，再經(jīng)所述的第二 水冷卻器(12)冷卻后進(jìn)入所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)(8)的增壓端增壓，然后經(jīng)過(guò)所述的 第三水冷卻器(13)冷卻后進(jìn)入所述的主換熱器(1)冷卻到規(guī)定溫度后分為兩路，一路經(jīng)增 壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)(8)的膨脹端膨脹并初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后 與出所述的高溫增壓透平膨脹機(jī)(9)的膨脹端的循環(huán)工質(zhì)氣體匯合并經(jīng)復(fù)熱后，成為所述 的循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)氣(117)進(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī)(10)，另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述 的主換熱器(1)中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后去工藝預(yù)定位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空氣分離的方法，其特征在于當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為污 氮?dú)鈺r(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器(1)中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后 經(jīng)節(jié)流，再與出所述的下塔(2)的污液氮(104)匯合，經(jīng)過(guò)冷節(jié)流后進(jìn)入所述的上塔(4)成 為所述的上塔(4)的回流液之一；當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)鈺r(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器 (1)中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，再與出所述的冷凝蒸發(fā)器(3)的液氮(106)匯合；當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為空氣時(shí)，所述的另一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)在所述的主換熱器(1)中繼續(xù)冷卻并液化過(guò)冷后經(jīng)節(jié)流，進(jìn)入所述的下塔(2)參與精餾。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空氣分離的方法，其特征在于當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純 氮?dú)鈺r(shí)，一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)(9 )的膨脹端膨脹后，先與 由所述的上塔(4)的頂部獲得的純氮?dú)?328)匯合，再初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后與經(jīng)所述的 高溫增壓透平膨脹機(jī)(8)的膨脹端膨脹后，再進(jìn)入所述的主換熱器(1)繼續(xù)復(fù)熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于由所述的上塔(4)的上部 獲得的所述的污氮?dú)?111)經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器(5)、液空過(guò)冷器(6)、產(chǎn)品液氧過(guò)冷器(16)、產(chǎn) 品液氮過(guò)冷器(15)、主換熱器(1)中的至少一個(gè)完成所述的初步復(fù)熱后去返流污氮膨脹機(jī) (7)的膨脹端膨脹制冷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于出所述的返流污氮增壓 透平膨脹機(jī)(7)膨脹端的污氮?dú)?112)經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器(5)、液空過(guò)冷器(6)、產(chǎn)品液氧過(guò)冷 器(16)、產(chǎn)品液氮過(guò)冷器(15)中的至少一個(gè)初步復(fù)熱后再進(jìn)入所述的主換熱器(1)繼續(xù)復(fù) 熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于由所述的上塔(2)的上部 獲得的所述的污氮?dú)?111)在所述的主換熱器(1)中復(fù)熱到規(guī)定溫度后分為兩路，一路所 述的污氮?dú)?113)進(jìn)入所述的返流污氮增壓透平膨脹機(jī)(7)的增壓端增壓后經(jīng)冷卻，去做 純化器再生氣；當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純氮?dú)饣蚩諝鈺r(shí)，另一路所述的污氮?dú)?115)去所述 的預(yù)冷系統(tǒng)，當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為污氮?dú)鈺r(shí)，另一路所述的污氮?dú)?114)分為兩部分，一部 分污氮?dú)?115)去所述的預(yù)冷系統(tǒng)，另一部分污氮?dú)?116)進(jìn)入所述的循環(huán)壓縮機(jī)(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于所述的循環(huán)壓縮機(jī)(10) 的排氣壓力大于0. 80MPa。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空氣分離的方法，其特征在于當(dāng)所述的循環(huán)工質(zhì)為純 氮?dú)鈺r(shí)，一路經(jīng)增壓的循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入所述的低溫增壓透平膨脹機(jī)(8)的膨脹端膨脹后，經(jīng)氣 液分離器分離，分離后的氣體循環(huán)工質(zhì)經(jīng)初步復(fù)熱到規(guī)定溫度后與經(jīng)所述的高溫增壓透平 膨脹機(jī)(9)的膨脹端膨脹后進(jìn)入所述的主換熱器(1)的循環(huán)工質(zhì)氣體匯合，分離后的液體 循環(huán)工質(zhì)成為產(chǎn)品液氮的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以生產(chǎn)液體空分產(chǎn)品為主的空氣分離的方法，該方法既使用了高低溫增壓透平膨脹機(jī)，又提高了上塔和下塔的操作壓力，還使用了返流污氮增壓透平膨脹機(jī)。本發(fā)明能夠降低單位液體空分產(chǎn)品的能耗，提高了空分裝置的性價(jià)比，符合節(jié)能環(huán)保的要求。
文檔編號(hào)F25J3/04GK102141337SQ20111007826
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者江楚標(biāo), 薛魯 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司