一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，包括一級精餾塔、二級精餾塔、冷凝蒸發器、換熱器、過冷器，提供補充壓力氮氣的壓力氮管網經換熱器與一級精餾塔的頂部連接；接近液化點的原料空氣與一級精餾塔連接；去液化空氣在換熱器被冷流體液化過冷獲得的液體空氣與一級精餾塔連接，所述一級精餾塔的頂部與二級精餾塔的底部通過冷凝蒸發器連接。采用本方案可獲得更多的氮產品；也可獲得壓力氧氣。本實用新型克服常規氮循環的缺點,結合了空氣液化換熱的優點，避免了產氮能力降低的缺點，適用多種裝置。
【專利說明】一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種空分裝置，是一種能有效增加氮氣產量，提高氧提取率，尤其是針對氮氧產量之比較高的情況下能顯著降低能耗且簡單可行的空氣分離裝置，具體為補充壓力氮進氣的空分裝置。

【背景技術】
[0002]工業的發展使得生產工藝逐步多樣化，用戶對空分裝置的生產能力也提出了更多的要求。空分裝置輸出的氮氧比對整個工藝流程和裝置的能耗將產生重要的影響。在常規空分流程中，受氧提取率的限制，所需空氣量會隨制氧量的增加而增大，從而使能耗增加，由于設備長期運行，節能也就至關重要。
[0003]某些化工工藝對氮氣的需求量很大，如合成氨，煤制烯烴等，氧氮極不平衡，常規流程氧富裕氮不足，而氧的分離功耗比氮大，氧放空能耗增高顯著。有些工藝要求氮的壓力很高，規格較多，氮氣若采用外壓縮，壓力匹配困難；高壓氮壓縮因氮易窒息，泄漏容易造成安全事故，使用單位不推薦高壓氮采用外壓縮；氮流量小，壓力高采用活塞壓縮需備機及更換易損件維護復雜，透平壓縮效率低且有時無法實現；化工裝置空分因出于安全考慮普遍采用氧內壓縮，部分裝置氧內壓縮規模小，增壓空氣流量少，氮內壓縮氮產量可提高增壓空氣流量；上規模的化工空分裝置一般采用蒸汽驅動一拖二，使用者不希望有過多的壓縮機，有些工藝要求氮產品壓力規格較多，若采用外壓縮，壓力匹配困難，若匹配壓力，則壓縮機過多投資費用高，維護費用高，影響系統的可靠性，且需要消耗大量電力，電驅費用高。
[0004]一般化工空分裝置使用者推薦采用氮內壓縮，若采用常規空氣液化流程，氮產量急劇下降，氣態空氣精餾一般僅能獲得40~47%的壓力氮；若采用氮循環氮液化流程:冷損大，循環量大，氮壓力要求更高，與氮氣產品壓力匹配困難，高壓氮壓縮具有一定的泄漏窒息安全風險。氮循環管路長設備較多，氮純度要求高，需要長時間置換，氮純度合格慢。
[0005]另一種情況是液體空分需要較多的氮產品，采用常規空氣循環不能滿足要求，用戶不愿采取常規氮循環的液體空分裝置。


【發明內容】

[0006]本實用新型正是針對以上技術問題，提供一種能有效提高氧提取率，降低能耗、操作簡便的補充壓力氮氣進氣的空分裝置。采用本方案可同時獲得更多的氮氣產品及液態產品貯存作為備用，由此獲得的液氧也可通過液位高度差或液氧泵增壓后與增壓空氣換熱獲得壓力氧氣；獲得補充的液氮也可通過液氮泵加壓與空氣換熱，獲得更高壓力的內壓縮氮氣。
[0007]具體技術方案如下:
[0008]一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，包括一級精餾塔1、二級精餾塔2、冷凝蒸發器3、換熱器4、過冷器5，提供補充壓力氮氣的壓力氮管網經換熱器4與一級精餾塔的頂部連接；提供原料空氣8的管道與一級精餾塔I連接；提供去液化空氣9的管道連接換熱器4，所述去液化空氣9在換熱器4中被液化過冷獲得液空10，所述換熱器4與一級精餾塔I連接，所述一級精餾塔I的頂部與二級精餾塔2的底部通過冷凝蒸發器3連接。
[0009]作為可選方式，上述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，所述補充壓力氮的來源不限，既可來源于氮壓機，也可來源于氮管網。
[0010]作為可選方式，上述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，在冷凝蒸發器3與換熱器4之間連接液氧泵11。
[0011]作為可選方式，上述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，冷凝蒸發器3冷凝的液氮12與液氮泵20連接，所述液氮泵20與換熱器4連接。
[0012]作為可選方式，上述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，所述冷凝蒸發器3獲得的液氧通過液氧靜液柱或液氧泵11與氧增壓器22連接，液氧蒸發形式為全浸方式，所述氧增壓器22的氧氣出口與換熱器4連接。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0014]1、通過補充壓力氮氣進空分裝置，并經主冷凝蒸發器冷凝，增加二級精餾塔的液氮回流量，氧氮氬分離更徹底，以獲得更多的氮產品，同時提高氧氬的收率。
[0015]2、本實用新型補充壓力氮冷凝可獲得更多的液氮，便于實現液氮泵增壓氮內壓縮。
[0016]3、本實用新型由于可通過外部氮壓機補充壓力氮，補氣調節范圍大，氧氮產品比例可靈活調節，便于實現精餾最優匹配，使能耗達到最低；常規流程很難實現精餾匹配，氧氮比例較為固定，調整有限。
[0017]4、本實用新型克服常規中壓氮循環內壓縮的缺點:氮壓縮比空氣壓縮能耗高，氮氣比空氣液化熱低，氮氣比空氣與液氧換熱需要更高的壓力；高壓氮壓機泄漏窒息危險大，氮循環冷損大；本實用新型結合了空氣液化換熱的優點:補充氮氣量較小，壓力低，換熱器處理氣量少，裝置冷損少，空氣增壓換熱效果好，壓力無需很高，流量小，液空容易被二級精餾塔吸收處理。
[0018]5、本實用新型安全性高:氧氮內壓縮仍采用空氣增壓換熱，避免高壓氮壓機泄漏的危險，氮壓機壓力一般較低，泄漏風險小。
[0019]6、本實用新型氮內壓縮采用空氣增壓換熱，避免小流量高壓力低效率壓縮，可進一步增大空氣增壓機流量，提高其壓縮效率，也便于一拖二機器匹配。
[0020]7、本實用新型便于氮泵內壓縮，易于克服氮產品壓力與壓縮機不匹配；或氮產品壓力高流量小；用戶不愿接受活塞氮壓機或氮壓機數量過多，投資費用高或占地面積大，維護工作量大而不適于氮外壓縮的缺點；同時可大大減少電力消耗。
[0021]8、本實用新型可通過簡單處理，避免大多數空分裝置采用中壓氮循環。
[0022]9、本實用新型具有流程組織優化，簡單，設備投入成本低，氮管道置換容易，啟動快，可降低能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0024]圖1為實施例1中補充壓力氮進氣，氧內壓縮空分裝置的示意圖；
[0025]圖2為實施例2中補充壓力氮進氣，氧氮內壓縮空分裝置的示意圖；
[0026]圖3為實施例3中補充壓力氮進氣，空氣循環液體空分裝置的示意圖；
[0027]圖4為實施例4中補充壓力氮進氣，氧增壓空分裝置的示意圖。
[0028]附圖標記:1為一級精餾塔、2為二級精餾塔、3為冷凝蒸發器、4為換熱器、5為過冷器、6為補充壓力氮氣、7為低溫補充壓力氮氣、8為原料空氣、9為去液化空氣、10為液空、11為液氧泵、12為液氮、13為富氧液空、14為貧氧液空、15為產品液氮、16為產品液氧、17為低壓氮氣、18為污氮、19為內壓縮氮、20為液氮泵、21為內壓縮氧氣、22為氧增壓器。

【具體實施方式】
[0029]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面結合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。但不應將此理解為本實用新型的上述主題范圍僅限于下述實施例。
[0030]實施例1:
[0031]a)原料空氣8經換熱器4冷卻到接近液化點送入一級精餾塔I的下部。
[0032]b)去液化的空氣9經換熱器4冷卻，主要被內壓縮液氧液化成液空10送入一級精餾塔I的中下部。
[0033]c)在一級精餾塔I內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，越往上塔板中液空的重組分越少。所述一級精餾塔I頂部獲得純壓力氮氣。
[0034]d)來自管網的補充壓力氮氣6經換熱器4冷卻，獲得低溫補充壓力氮氣7，進入一級精餾塔I頂部，兩股壓力氮氣匯合送入冷凝蒸發器3的冷凝側入口，氮氣被液氧冷凝，從冷凝側出口獲得液氮12。
[0035]e)冷凝蒸發器3出口獲得的液氮12部分回流至一級精餾塔I參與精餾，一部分經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2頂部參與精餾。一部分作為產品液氮15導出。
[0036]f) 一級精餾塔I中下部貧氧液空14經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2上部參與精餾。一級精餾塔I底部的富氧液空13經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2中上部參與精餾。
[0037]g)在二級精餾塔2內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，重組分被洗下，越往上重組分越少。在二級精餾塔2獲得低壓氮氣，在二級精餾塔2底部獲得的液氧進入冷凝蒸發器3被一級精餾塔I頂部的氮氣蒸發獲得二級精餾塔2的上升蒸汽，同時最終獲得產品液氧16。
[0038]h)冷凝蒸發器3抽取的液氧經液氧泵11加壓或通過液氧高度差(靜液柱)增壓進入換熱器4復熱獲得內壓縮氧氣21。
[0039]i)從二級精餾塔2頂部引出的低壓氮氣依次由過冷器5和換熱器4復熱后成為常溫低壓氮氣17送出冷箱，去用戶低壓氮管網。
[0040]j)在二級精餾塔2上部引出的調節頂部氮氣純度的污氮氣，依次由過冷器5和換熱器4復熱后成為常溫污氮18，送出冷箱。
[0041]實施例2:
[0042]a)原料空氣8經換熱器4冷卻到接近液化點送入一級精餾塔I的下部。
[0043]b)去液化的空氣9經換熱器4冷卻，主要被內壓縮液氧液化成液空10送入一級精餾塔I的中下部。
[0044]c)在一級精餾塔I內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，越往上塔板中液空的重組分越少。所述一級精餾塔I頂部獲得純壓力氮氣。
[0045]d)來自管網的補充壓力氮氣6經換熱器4冷卻，獲得低溫補充壓力氮氣7，進入一級精餾塔I頂部，兩股壓力氮氣匯合送入冷凝蒸發器3的冷凝側入口，氮氣被液氧冷凝，從冷凝側出口獲得液氮12。
[0046]e)冷凝蒸發器3出口獲得的液氮12部分回流至一級精餾塔I參與精餾，一部分經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2頂部參與精餾。一部分作為產品液氮15導出。
[0047]f) 一級精餾塔I中下部貧氧液空14經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2上部參與精餾。一級精餾塔I底部的富氧液空13經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2中上部參與精餾。
[0048]g)在二級精餾塔2內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，重組分被洗下，越往上重組分越少。在二級精餾塔2獲得低壓氮氣，在二級精餾塔2底部獲得的液氧進入冷凝蒸發器3被一級精餾塔I頂部的氮氣蒸發獲得二級精餾塔2的上升蒸汽，同時最終獲得產品液氧16。
[0049]h)冷凝蒸發器3抽取的液氧經液氧泵11加壓或通過液氧高度差(靜液柱)增壓進入換熱器4復熱獲得內壓縮氧氣21。
[0050]i)從二級精餾塔2頂部引出的低壓氮氣依次由過冷器5和換熱器4復熱后，成為常溫低壓氮氣送出冷箱，進入在二級精餾塔2上部引出的調節頂部氮氣純度的污氮氣18，依次由過冷器5和換熱器4復熱后成為常溫低壓氮氣17送出冷箱，去用戶低壓氮管網。
[0051]j)冷凝蒸發器3冷凝側獲得的部分液氮經液氮泵加壓，壓力氮氣也可通過液化經自增壓(液氮高度差)增壓進入換熱器4復熱獲得內壓縮氮氣19。
[0052]實施例3:
[0053]a)原料空氣8經換熱器4冷卻到接近液化點送入一級精餾塔I的下部。
[0054]b)去液化的空氣9經換熱器4冷卻，主要被內壓縮液氧液化成液空10送入一級精餾塔I的中下部。
[0055]c)在一級精餾塔I內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，越往上塔板中液空的重組分越少。所述一級精餾塔I頂部獲得純壓力氮氣。
[0056]d)來自管網的補充壓力氮氣6經換熱器4冷卻，獲得低溫補充壓力氮氣7，進入一級精餾塔I頂部，兩股壓力氮氣匯合送入冷凝蒸發器3的冷凝側入口，氮氣被液氧冷凝，從冷凝側出口獲得液氮12。
[0057]e)冷凝蒸發器3出口獲得的液氮12部分回流至一級精餾塔I參與精餾，一部分經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2頂部參與精餾。一部分作為產品液氮15導出。
[0058]f) 一級精餾塔I中下部貧氧液空14經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2上部參與精餾。一級精餾塔I底部的富氧液空13經過冷器5冷卻后送入二級精餾塔2中上部參與精餾。
[0059]g)在二級精餾塔2內從下而上的氣體在塔板或填料上與自上而下的液體進行傳熱傳質；經過精餾洗滌，重組分被洗下，越往上重組分越少。在二級精餾塔2獲得低壓氮氣，在二級精餾塔2底部獲得的液氧進入冷凝蒸發器3被一級精餾塔I頂部的氮氣蒸發獲得二級精餾塔2的上升蒸汽，同時最終獲得產品液氧16。
[0060]h)冷凝蒸發器3抽取的液氧產品去用戶。
[0061 ] k)從二級精餾塔2頂部引出的低壓氮氣依次由過冷器5和換熱器4復熱后送出冷箱，成為常溫低壓氮氣17送出冷箱，去用戶低壓氮管網。
[0062]i)在二級精餾塔2上部引出的調節頂部氮氣純度的污氮氣，依次由過冷器5和換熱器4復熱后為常溫污氮18，送出冷箱。
[0063]實施例4:
[0064]基本類似實施實例1，主要用于氧壓力較低，為安全考慮，壓力氧蒸發采用外置氧增壓器22浴式全浸操作，而不是在換熱器4中蒸發.
[0065]本實用新型通過采取補充壓力氮進氣的空分裝置，提高二級精餾塔的回流比提高氧氮氬的分離，可獲得更多的氮產品和氬產品，使得在生產等量氧的條件下消耗更少的原料空氣，同時尤其適用于氮氧產量之比較高的空分裝置。具有流程優化、實施簡單、能耗低，調節靈活、經濟效益最大化等優點。
[0066]本實用新型并不局限于前述的【具體實施方式】。本實用新型擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。本說明書中公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
【權利要求】
1.一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，包括一級精餾塔(I)、二級精餾塔(2)、冷凝蒸發器(3)、換熱器(4)、過冷器(5)，其特征在于:提供補充壓力氮氣的壓力氮管網經換熱器(4)與一級精餾塔的頂部連接；提供原料空氣(8)的管道與一級精餾塔(I)連接；提供去液化空氣(9)的管道連接換熱器(4)，所述去液化空氣(9)在換熱器(4)中被液化過冷獲得液空(10)，所述換熱器(4)與一級精餾塔(I)連接，所述一級精餾塔(I)的頂部與二級精餾塔(2)的底部通過冷凝蒸發器(3)連接。
2.如權利要求1所述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，其特征在于:在冷凝蒸發器(3)與換熱器(4)之間連接液氧泵(11)。
3.如權利要求1或2所述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，其特征在于:冷凝蒸發器(3 )冷凝的液氮(12 )與液氮泵(20 )連接，所述液氮泵(20 )與換熱器(4)連接。
4.如權利要求1或2所述的一種帶補充壓力氮進氣的空分裝置，其特征在于:所述冷凝蒸發器(3)獲得的液氧通過液氧高度差或液氧泵(11)與氧增壓器(22)連接，所述氧增壓器(22)的氧氣出口與換熱器(4)連接；所述液氧蒸發形式為全浸方式。
【文檔編號】F25J3/04GK204240704SQ201420650913
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】黃震宇, 郭正奎, 馬延華, 張偉 申請人:四川空分設備(集團)有限責任公司