與換熱。
[0042]而此時主冷凝蒸發器3內的液氧冷媒因為與上升的氮氣進行換熱后氣化成為氣體蒸發，蒸發的氣體經過外設的循環換熱器9復熱后，并經過循環壓縮機10加壓，冷卻后進入塔釜4上升循環參與精餾，進而實現系統內部的制冷循環以及冷媒的循環利用。
[0043]在所述主塔1的一側同時還包括一個付塔2，該付塔2與主塔1下段15的中間部位連通。在精餾過程中，氮氣的沸點最低，氬氣與氧氣的沸點相近，在主塔1內氧氣與氬氣都無法上升至主塔1的頂部，所以，只有氮氣能夠在主塔1頂部被分離出來，8-12%氬餾分集聚在主塔1下段15的中部位置，被送入付塔2進行氧、氬分離。
[0044]此時，付塔2中所需要的最初的回流液可以通過從主塔1底部的塔釜4中抽取部分液氧冷媒經過液氧栗11并通過回流閥13被送入付塔2頂部的氬冷媒蒸發器內，與上升的氬氣進行換熱。
[0045]在付塔2內，因為氧的沸點高于氬的沸點，所以，氬更容易轉化為氣體蒸發上升。氬氣上升至付塔2頂部，一部分作為產品引出，并經過外部的氬氣換熱器8復熱至常溫后被回收。大部分氬氣會進入付塔2頂部的氬冷凝蒸發器5內與其內的液氧冷媒進行換熱轉化為液氬冷凝回流，同時氬冷凝蒸發器5內的液氧冷媒會轉化為氧氣排出，并經氧氣換熱器6復熱達到常溫后作為產品回收。
[0046]所以，通過本發明提供的外冷式單級精餾單級精餾空分裝置，能夠實現單級精餾能夠完全分離空氣，生產2N純氧和5N純氮。
[0047]為補償精餾過程冷損，可單獨或組合使用L02。LN2、LAr分別從各自進液口進行補充，保證精饋過程連續進行。
[0048]1.外冷式空分流程設計方法的特點
[0049]1)外冷式空分流程設計方法將制冷和精餾兩項工藝分開，以精餾為主，制冷服務并服從于精餾，擺脫了兩者之間的互相干擾和制約。這樣可以將雙因素問題變為單因素問題，將復雜問題用簡單的方法解決，大大拓展了空分流程設計的自由發揮空間。
[0050]2)打破了傳統空分流程一成不變的固定模式，充分發揮外冷式空分流程可多樣性變化的特點，適應了用戶對產品多樣性和負荷變化的要求
[0051]3)外冷空分裝置具有啟動速度快，開停靈活方便，負荷可大范圍調節的特點。而且流程多變，產品純度，配比，出塔壓力，精餾參數均可以優化選擇。對不同要求的用戶采取針對性設計，可以收到系統節能的最佳效果
[0052]4)專事低溫精餾設計，有利于采用精餾技術的最新成果和技術創新。通過將外冷技術，帶壓精餾技術，內嵌林德循環制冷技術，單級精餾技術等植入空分流程中，拓展了空分節能的方法和措施，收獲明顯的節能效果。
[0053]外冷式單級低壓精餾空分裝置的特點:
[0054]1)外冷空分裝置啟動迅速，開停方便。不受補冷速度限制，啟動階段加大補冷，快速將設備冷至工作狀態。熱啟動可控制在8小時以內。停機8小時，冷啟動時間0.5-1小時以內。停機時間24小時，1-2小時可恢復正常工況，啟動即可進入供氧工況。
[0055]2)調節靈活，運轉平穩。外冷方式實現了及時、快速、精準補冷。補冷不影響精餾工況，補冷路線短。因此調節靈活，運轉平穩。
[0056]3) 一改傳統空分氣態補冷方式，米用液態補冷。溫度低，冷量大，可以增大回流比改善精餾過程，提高分離效率。
[0057]4)采用一塔多機配置，通過開停機空壓機，改變原料氣量，實現大范圍分檔調負荷。總電耗隨產量呈線性變化，單耗保持不變。
[0058]5)林德制冷循環以氧為工質，制冷效率高。
[0059]6)帶壓精餾空分塔直徑可縮小一半以上，大型及特大型空分設備制造難題迎刃而解。
[0060]7)取消了高速運轉的膨脹機。空分塔完全由靜止設備組成，消除了機械故障，安全性和穩定性更高。
[0061]以上，雖然說明了本發明的幾個實施方式，但是這些實施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本發明的范圍。對于這些新的實施方式，能夠以其他各種方式進行實施，在不脫離本發明的要旨的范圍內，能夠進行各種省略、置換、及變更。這些實施方式和其變形，包含于本發明的范圍和要旨中的同時，也包含于權利要求書中記載的發明及其均等范圍內。
【主權項】
1.外冷式單級精餾空分裝置，其特征在于，包括主塔、付塔、冷凝蒸發器，換熱器、循環壓縮機、液氧栗、節流閥和輸送管道； 所述冷凝蒸發器包括主冷凝蒸發器、氬冷凝蒸發器，其中所述主冷凝蒸發器和氬冷凝蒸發器分別設置在所述主塔和付塔的頂部；所述付塔的底部與主塔下段的中部連通； 所述換熱器包括氧氣換熱器、氮氣換熱器、粗氬換熱器、循環換熱器； 所述主塔的中部設有原料空氣進料口，原料空氣分別通過所述氧氣換熱器、氮氣換熱器和粗氬換熱器預冷至飽和溫度后通過輸送管道從所述主塔中部進入主塔。所述主塔底部設有液氧輸入口，從該液氧輸入口注入液氧。氮氣從主塔的頂部引出并通過氮氣換熱器復熱至常溫后回收；液體回流至主塔底部分離出液氧通過主塔外部配設的帶有節流閥以及液氧栗的輸送管道進入主塔頂部的主凝蒸發器以及付塔頂部的氬冷凝蒸發器，作為該兩個冷凝蒸發器的冷媒； 主塔中，部分氮氣進入主凝蒸發器與液氧冷媒進行換熱，液氧冷媒轉化為氣體蒸發排出后進入所述循環換熱器，并通過所述循環壓縮機加壓，預冷后進入主塔底部塔釜上升，氮氣冷凝回流與主塔底部上升的氧氣循環精餾； 位于主塔下段的氬餾分進入付塔，在付塔內，氬氣上升至付塔塔頂，一部分引出后通過所述氬氣換熱器復熱至常溫后回收，其余繼續冷凝回流。液氧在氬冷凝蒸發器內，參與換熱后轉化為氧氣，再通過所述氧氣換熱器復熱至常溫后回收。2.根據權利要求1所述的外冷式單級精餾空分裝置，其特征在于，所述主塔頂部設有液氮輸入口。3.根據權利要求1所述的外冷式單級精餾空分裝置，其特征在于，所述氬冷凝蒸發器上設有液氬輸入口。4.根據權利要求1所述的外冷式單級精餾空分裝置，其特征在于，所述主塔塔釜與所述主凝蒸發器連通的回路上設有節流閥，與氬冷凝蒸發器連通的回路上設有回流閥以及所述液氧栗。5.根據權利要求1所述的外冷式單級精餾空分裝置，其特征在于，所述氧氣換熱器、氮氣換熱器以及氬氣換熱器均為板式換熱器。6.外冷式單級精餾空分方法，其特征在于，包括以下步驟: a.將預處理凈化后的原料空氣送入熱換器與返流氣體換熱后預冷至飽和溫度，并通過主塔中部的加料口送入主塔內； b.向主塔底部的第二冷凝蒸發器內注入液氧，與該冷凝蒸發器內的液氧冷媒進行換熱，產生的氧氣上升，并與中部的飽和原料空氣中的液氮進行換熱，氮氣上升至主塔頂部，大部分被引出，經過氮氣換熱器復熱至常溫后回收，氧氣冷凝回流；同時，位于主塔下段中部的氬氣以及大部分氧氣進入付塔，其中的大部分氬氣上升至所述付塔頂部； c.將持續回流至主塔底部的液氧通過液氧栗以及節流閥分別送入所述主塔頂部的第一冷凝蒸發器和所述付塔頂部的第三冷凝蒸發器內作為液氧冷媒使用，所述第一冷凝蒸發器內的液氧冷媒與進入該冷凝蒸發器內的氮氣換熱后轉化為氧氣從第一冷凝蒸發器內排出，并經過循環蒸發器復熱后，通過循環壓縮機加壓液化后再次轉化為液氧冷媒進行所述第二冷媒蒸發器內，同時氮氣冷凝回流再次作為上升氧氣的回流液；付塔中的大部分氬氣上升至所述付塔的頂部，并被引出，通過氬氣換熱器復熱至常溫后被回收，部分氬氣進入所述第三冷凝蒸發器內，并與其內的液氧冷媒換熱冷凝回流，而液氧冷媒轉化為氧氣從所述第三冷凝蒸發器內排出，并經過氧氣換熱器復熱至常溫后被回收。7.根據權利要求6所述的外冷式單級精餾空分方法，其特征在于，所述第一冷凝蒸發器上設有液氮輸入口。8.根據權利要求6所述的外冷式單級精餾空分方法，其特征在于，所述第三冷凝蒸發器上設有液氬輸入口。9.根據權利要求6所述的外冷式單級精餾空分方法，其特征在于，步驟c中，所述第一冷凝蒸發器和所述第二冷凝蒸發器的連通管路上設有第一節流閥，所述節流閥設在靠近所述第二冷凝蒸發器的一端； 所述第二冷凝蒸發器和所述第三冷凝蒸發器的連通管路上復合配設有液氧栗和第二節流閥。10.根據權利要求6所述的外冷式單級精餾空分方法，其特征在于，所述步驟d中還包括，將回收的常溫氬氣再送入精氬塔內繼續提純。
【專利摘要】本發明提供了外冷式單級精餾空分裝置，包括主塔、付塔、主冷凝蒸發器，塔釜、氬冷凝蒸發器、換熱器、循環壓縮機、液氧泵、節流閥和輸送管道。所述付塔的底部與主塔下段的中部連通；所述換熱器包括氧氣換熱器、氮氣換熱器、粗氬換熱器、循環換熱器。將液氧作為餾出物同時也作為冷凝蒸發器的冷媒，實現系統內部的制冷循環。而且將主塔底部的液氧作為冷媒通過節流閥和液氧泵及輸送管道直接輸送至主塔和付塔塔頂的冷凝蒸發器內，極大地節省了工藝流程提高了空分效率，本方案實現了單級帶壓精餾分離空氣，生產雙高產品。不僅工藝流程大大簡化，而且使分離能耗降低30％以上。
【IPC分類】F25J3/04
【公開號】CN105423703
【申請號】CN201510940808
【發明人】毛文軍, 張英辰
【申請人】新疆天辰氣體有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月16日