外冷式低純氧空分系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空分領(lǐng)域，具體涉及外冷式低純氧空分系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧氣在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛地用途?？諝庵泻?1% (體積濃度)的氧氣，是最廉價的制氧原料，因此，氧氣一般都通過空氣分離制取。
[0003]工業(yè)上制取氧氣的方法很多，常見的有電解水法(同時制取氫氣和氧氣)和分離空氣制取氧氣法兩種。電解水制氧的方法由于耗電量大，只有在使用氫氣的企業(yè)考慮綜合利用?？辗种蒲跤袃煞N分離方法，一是全低壓吸附工藝，二是深度冷凍法分離空氣同時制取氧氣和氮氣。
[0004]空分裝置是以空氣為原料制備氧氣和氮氣及氬氣等惰性氣體的分離裝置?？辗謾C組制備氧氣、氮氣、惰性氣體(如氬氣)使用的主要原料就是充斥于大氣層的空氣。通過對空氣進行壓縮、膨脹制冷，進而使空氣液化，利用分餾裝置精餾提純，在空氣中分離出氧氣、氮氣和惰性氣體(如氬氣)等產(chǎn)品。生產(chǎn)中使用的原料空氣不需要特殊開發(fā)過程，可以在生產(chǎn)地隨意獲得。目前空分行業(yè)是屬于化工產(chǎn)業(yè)的一個分支行業(yè)。
[0005]中國專利201420741565.0，公開了一種新型低純氧空分裝置，包括上塔、下塔、冷凝蒸發(fā)器、空氣輸入管道、液氧蒸發(fā)器、主換熱器、氧氣輸出管道，冷凝蒸發(fā)器設(shè)在下塔的上方，上塔的底部通過液氧栗與冷凝蒸發(fā)器連接，冷凝蒸發(fā)器的底部通過液氧輸送管與液氧蒸發(fā)器連接；下塔的底部通過富氧液空管道與上塔的中部連接，空氣輸入管道通過主換熱器分別于下塔的底部、液氧蒸發(fā)器連接，氧氣輸出管道通過主換熱器與液氧蒸發(fā)器連接；液氧蒸發(fā)器通過貧液空輸出管與上塔的上部連接；所述上塔為填料塔，下塔為篩板塔。
[0006]從上述方案可以看出，其裝置設(shè)備設(shè)置依然相對復雜，能耗相當對較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種外冷式低純氧空分系統(tǒng)，該裝置將傳統(tǒng)空分下塔與外冷技術(shù)結(jié)合即可自成系統(tǒng)，獨立運行，結(jié)構(gòu)相對簡單，能耗低，啟動迅速，開停方便，用液氧補冷時，通氣即可送氧。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種外冷式低純氧空分方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0010]外冷式低純氧空分系統(tǒng)，包括下塔、冷凝蒸發(fā)器、氧氣輸入口、氧氣換熱器、氮氣換熱器、節(jié)流閥和輸送管道；
[0011]所述冷凝蒸發(fā)器設(shè)在所述下塔的頂部，所述節(jié)流閥設(shè)在所述下塔的外側(cè)；
[0012]通過所述氧氣輸入口向所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)送入液氧；原料空氣經(jīng)過所述氧氣換熱器、氮氣換熱器預冷至飽和溫度后進入所述下塔的底部，其中的氮氣上升至下塔的頂部，并進入所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，部分氮氣與其內(nèi)的液氧進行熱交換，冷凝為液氮回流，部分氮氣從所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，并通過氮氣換熱器復熱至常溫后回收；液氧轉(zhuǎn)化為氧氣從所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，并通過氧氣換熱器復熱至常溫后回收；
[0013]停滯在下塔底部的液氧排出下塔，并通過配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，作為冷源參與上述熱交換。
[0014]本發(fā)明還提供了外冷式低純氧空分方法，包括以下步驟:
[0015]a.將常溫的原料空氣分別經(jīng)過氧氣換熱器和氮氣換熱器預冷至飽和溫度后送入下塔的底部；
[0016]b.從液氧輸入口向冷凝蒸發(fā)器內(nèi)輸送液氧，從下塔底部上升至冷凝蒸發(fā)器內(nèi)的氮氣與補充的液氧熱交換，液氧轉(zhuǎn)化為氧氣從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，部分氮氣轉(zhuǎn)化為液氮作為回流液回流至下塔；
[0017]c.精餾空分后滯留在下塔底部的液氧排出下塔，并通過下塔外部的配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道，輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)參與熱交換；
[0018]d.從所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出的氧氣和氮氣分別通過氧氣換熱器和氮氣換熱器復熱至常溫后回收。
[0019]通過本發(fā)明提供的外冷式低純氧空分系統(tǒng)及方法，將滯留在下塔底部的液氧，在精餾空分的循環(huán)過程中直接通過外設(shè)的配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道直接輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，使其參與熱交換，最終轉(zhuǎn)化為氧氣從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，不僅提高了精餾空分效率，同時節(jié)省了大量能量。
[0020]直接使用外部冷源液氧進行補冷，相比較傳統(tǒng)工藝中使用的制冷壓縮后的冷源進行補冷，本方案中補冷溫度低，冷量大，增大了回流比，提高了精餾效率。
[0021]本發(fā)明提供的外冷式低純氧空分裝置，設(shè)備啟動迅速，開停方便，不受制于制冷速度，啟動階段加大補冷，快速將設(shè)備冷卻至工作狀態(tài)，停機8小時內(nèi)，冷啟動在0.5-1小時。用液氧補冷時，通氣即可送氧。外冷方式可實現(xiàn)及時、快速、精準補冷，不會對精餾工況產(chǎn)生影響，因此，調(diào)節(jié)靈活，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
[0022]本發(fā)明提供的外冷式低純氧空分系統(tǒng)及方法，可同時生產(chǎn)低純氧和高純壓力氮氣，氧氣純度為40% -50%，最適合高爐供氣，氮氣的純度可達到5個9，兩種產(chǎn)品均可利用。并促進高爐供氧“系統(tǒng)節(jié)能”，綜合節(jié)能效果超過50%。
[0023]可以通過調(diào)節(jié)供給原料空氣的壓力，進而調(diào)節(jié)排出氧氣的壓力，滿足不同用戶的個性化需求。當排出較低壓力的氧氣即可滿足用戶需求時，可以調(diào)節(jié)原料空氣的供給壓力較低，當需要較高壓力才可滿足用戶的用氧需求時，可調(diào)高原料空氣的供給壓力。
[0024]本流程也可滿足工業(yè)窯爐，垃圾焚燒，低熱值燃料利用供氧需求，為建材，環(huán)保行業(yè)節(jié)能減排提供技術(shù)支撐。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的外冷式低純氧空分系統(tǒng)圖；
[0026]1.下塔，2.冷凝蒸發(fā)器，3.氧氣換熱器，4.氮氣換熱器，5.節(jié)流閥，6.液氧輸入
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【具體實施方式】
[0027]參照附圖對本發(fā)明的外冷式低純氧空分系統(tǒng)及方法的實施方式進行說明。
[0028]圖1為本實施方式的外冷式低純氧空分系統(tǒng)圖。
[0029]如圖1所示，常溫空氣分別通過氧氣換熱器3和氮氣換熱器4預冷至飽和溫度后進入下塔11的底部。因為在同等壓力下氮