一种具有氮液化器的空气分离装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在具有氮液化器的全低压空气分离流程中生产较高压力的气态氧气产品的装置和方法。在本发明专利技术中首先抽取低压塔底部收集的高纯液氧，并通过至少一台液氧泵进行加压得到加压后的高纯液氧，利用氮液化器中现有的压缩机和/或增压机产生了一股具有匹配压力的氮气换热流股用于在换热器中蒸发加压后的高纯液氧，获得较高压力的气态氧气产品。本发明专利技术高效地整合了现有的空气分离装置和氮液化器，节省了设备投入并优化了能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种具有氮液化器的空气分离装置和方法
本专利技术属于低温空气分离领域，涉及一种具有氮液化器的空气分离装置和方法。
技术介绍
在许多化工工程(例如煤化工、富氧燃烧等)中，需要很大量的气态氧气产品，在一些示例中，需要高达100至200吨每天的氧气。在这个量级下，低温空气分离装置是产生氧气产品的优选方法。在低温空气分离装置中，空气被压缩然后净化除掉例如二氧化碳、湿气和烃等较高沸点杂质。得到的压缩且净化的原料空气可在主换热器中冷却至适于其精馏的温度，并接着引入到具有高压塔和低压塔的精馏系统中。在低温空气分离流程中，已冷却至适于精馏温度的空气在高压塔中产生氮越来越富集的上升气相，所得富氮塔顶产物冷凝产生氧越来越富集的下降液相。液相和气相通过传质接触元件进行接触，所述传质接触元件可以是塔板或者是结构化填料。在任何情况下，所述接触在高压塔中产生富氧的粗制富集液体塔底产物，然后将粗制富集液体塔底产物导入低压塔中以进一步的精馏，在低压塔中收集到塔底高纯液氧和在高压塔中形成富氮塔顶产物。高压塔可通过冷凝器-再沸器热联接到低压塔，所述冷凝器-再沸器靠近低压塔的底部放置。在冷凝器-再沸器中，所述低压塔底高纯液氧部分蒸发，由高压塔富氮塔顶产物构成的富氮蒸气流进入冷凝器-再沸器中，并相对于高纯液氧的蒸发而冷凝产生高纯液氮，该高纯液氮用于在高压塔和低压塔中进行回流，或者至少部分可作为产品。现有技术中，氮液化器可以向空气分离装置提供冷量。在某些氮液化器的设置中具有双涡轮增压机，所述双涡轮增压机以特别的排列从而提供有利的机械设计参数和有效的冷却曲线特征。来自高压塔的低压氮和/或来自低压塔的超低压氮，通过空气分离装置的主换热器复热后可以得到低压氮和/或超低压氮产品，部分低压氮和/或超低压氮产品可加料到氮液化器中进行液化。液化所得富氮液流可返回到高压塔和/或低压塔顶部以提供冷量，也可部分导入液氮储罐进行储存。在全低压空气分离流程中，主空气压缩机的工作压力接近于下塔即高压塔的压力，因为具有较低的能耗而被广泛运用。然而，若客户要求在全低压流程中生产较高压力的气态氧气产品，则需要从塔中抽取一股液氧产品流，并通过至少一台液氧泵进行加压再进入换热器蒸发获得气态氧气产品；较优地抽取低压塔底部收集的高纯液氧，并通过液氧泵进行加压再进入换热器蒸发获得高纯气态氧气产品但是存在一个问题，由于换热器的设计要求，需要有一股具有匹配压力的换热流股用于蒸发该加压后的高纯液氧。现有技术中，通常会使用氮气产品压缩机将至少一部分低压氮和/或超低压氮产品增压至需要的压力，再进入主换热器用于蒸发加压后的高纯液氧，然后这一部分氮气再送回高压塔的顶部。有鉴于此，如何充分利用氮液化器中现有的压缩机和/或增压机产生用于蒸发较高压力液氧产品流的富氮蒸气流，设计一种新的具有氮液化器的空气分离装置和方法，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
技术实现思路
为了实现上述专利技术目的，本专利技术公开了一种具有氮液化器的空气分离方法，所述方法包括：在至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔的精馏系统中分离原料空气，该原料空气是经主空气压缩机压缩且经过净化的干燥空气；在高压塔和/或低压塔抽取至少一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，输送入氮液化器的第一氮气压缩机增压；所述氮液化器还包括至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器，至少部分增压后的富氮蒸气流经所述膨胀机膨胀产生冷量使得至少部分增压后的富氮蒸气流液化，经第二换热器输入分离器，得到富氮液流，至少部分富氮液流导入到高压塔或低压塔中；其中，从高压塔和/或低压塔中抽取至少一液氧产品流，经第一泵增压后所述液氧产品流在第一换热器或第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品输出。更进一步地，若所述液氧产品流在第一换热器与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，经过第一换热器换热的至少部分增压后的富氮蒸气流被送入高压塔的顶部。更进一步地，所述氮液化器包括第一氮气压缩机、第一膨胀机、第二换热器和第一分离器；还包括第一增压机、第二膨胀机和第二增压机；在高压塔顶部抽取第一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，连接至氮液化器的第一氮气压缩机；在所述氮液化器中，包含第一富氮蒸气流的第一氮气经过第一氮气压缩机增压之后，分为两部分：第一部分第一氮气连续进入第一增压机和第二增压机增压，经过增压机的冷却器冷却后进入第二换热器并分为两股；第一股(j11)在第二换热器中冷却后经过节流连接至第一分离器；第二股(j12)由第二换热器中间位置抽出进入第二膨胀机进行膨胀，形成第二涡轮排气流并输送入至第一分离器；所述送入第一分离器的流股的气相和液相在第一分离器中分开以形成第一气相流和第一液相流；第一气相流返回第二换热器复热后，与第一富氮蒸气流合并输送至第一氮气压缩机的入口；第二部分第一氮气经过第二换热器部分冷却后，由第二换热器中间位置抽出进入第一膨胀机进行膨胀，形成第一涡轮排气流并返回第二换热器，在第二换热器中与第一气相流合并进行复热；所述第一氮气至少由第一富氮蒸气流及第一气相流构成；所述富氮液流由第一液相流构成；至少部分第一富氮蒸气流通过第一氮气压缩、第一增压机和第二增压机增压；所述液氧产品流在第一换热器或氮液化器的第二换热器中与至少部分增压后的第一富氮蒸气流进行换热。更进一步地，通过使用第一泵将所述液氧产品流增压至不同压力范围，以达到所需的气态氧气产品的压力。更进一步地，所述液氧产品流是从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取的高纯液氧。更进一步地，所述氮液化器还包括第二氮气压缩机、第三换热器和第二分离器；在低压塔顶部抽取第二富氮蒸气流，依次经过冷器和第一换热器复热后，输送至氮液化器的第二氮气压缩机；包含第二富氮蒸气流的第二氮气经过第二氮气压缩机增压之后，与所述第一气相流合并输送至第一氮气压缩机。更进一步地，至少部分第一液相流经过节流连接至第二分离器，在第二分离器中气相和液相分开以形成第二气相流和第二液相流；第二气相流返回第二换热器复热后，与第二富氮蒸气流合并输送至第二氮气压缩机的入口；第二液相流输送至第三换热器与至少部分第一液相流进行换热后，与第二气相流合并返回第二换热器。更进一步地，所述第二氮气至少由第二富氮蒸气流及第二气相流构成。更进一步地，第一膨胀机做功为第一增压机提供动力；第二膨胀机做功为第二增压机提供动力。更进一步地，所述第一换热器和过冷器可以合并为一个主换热器。此外，本专利技术还公开了一种具有氮液化器的空气分离装置，所述装置包括：一精馏系统，其至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔；一主空气压缩机，原料空气管路通入主空气压缩机；第一换热器；一过冷器；及一氮液化器，其包括第一氮气压缩机、至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器；将至少部分富氮液流导入到高压塔和/或低压塔中的管路；其中，还包括从高压塔和/或低压塔中抽取所述液氧产品流，使得所述液氧产品流在第一换热器或氮液化器的第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：所述方法包括：/n(a)在至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔的精馏系统中分离原料空气，该原料空气是经主空气压缩机压缩且经过净化的干燥空气；/n(b)在高压塔和/或低压塔抽取至少一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，输送入氮液化器的第一氮气压缩机增压；/n(c)所述氮液化器还包括至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器，至少部分增压后的富氮蒸气流经所述膨胀机膨胀产生冷量使得至少部分增压后的富氮蒸气流液化，经第二换热器输入分离器，得到富氮液流，至少部分富氮液流导入到高压塔或低压塔中；/n(d)其中，从高压塔和/或低压塔中抽取至少一液氧产品流，经第一泵增压后所述液氧产品流在第一换热器或第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：所述方法包括：
(a)在至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔的精馏系统中分离原料空气，该原料空气是经主空气压缩机压缩且经过净化的干燥空气；
(b)在高压塔和/或低压塔抽取至少一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，输送入氮液化器的第一氮气压缩机增压；
(c)所述氮液化器还包括至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器，至少部分增压后的富氮蒸气流经所述膨胀机膨胀产生冷量使得至少部分增压后的富氮蒸气流液化，经第二换热器输入分离器，得到富氮液流，至少部分富氮液流导入到高压塔或低压塔中；
(d)其中，从高压塔和/或低压塔中抽取至少一液氧产品流，经第一泵增压后所述液氧产品流在第一换热器或第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品输出。


2.根据权利要求1所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：若所述液氧产品流在第一换热器与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，经过第一换热器换热的至少部分增压后的富氮蒸气流被送入高压塔的顶部。


3.根据权利要求1所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：
(a)所述氮液化器包括第一氮气压缩机、第一膨胀机、第二换热器和第一分离器；还包括第一增压机、第二膨胀机和第二增压机；
(b)在高压塔顶部抽取第一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，连接至氮液化器的第一氮气压缩机；
(c)在所述氮液化器中，包含第一富氮蒸气流的第一氮气经过第一氮气压缩机增压之后，分为两部分：
第一部分第一氮气连续进入第一增压机和第二增压机增压，经过增压机的冷却器冷却后进入第二换热器并分为两股；第一股(j11)在第二换热器中冷却后经过节流连接至第一分离器；第二股(j12)由第二换热器中间位置抽出进入第二膨胀机进行膨胀，形成第二涡轮排气流并输送入至第一分离器；所述送入第一分离器的流股的气相和液相在第一分离器中分开以形成第一气相流和第一液相流；第一气相流返回第二换热器复热后，与第一富氮蒸气流合并输送至第一氮气压缩机的入口；
第二部分第一氮气经过第二换热器部分冷却后，由第二换热器中间位置抽出进入第一膨胀机进行膨胀，形成第一涡轮排气流并返回第二换热器，在第二换热器中与第一气相流合并进行复热；
(d)所述第一氮气至少由第一富氮蒸气流及第一气相流构成；
(e)所述富氮液流由第一液相流构成；
(f)至少部分第一富氮蒸气流通过第一氮气压缩、第一增压机和第二增压机增压；
(g)所述液氧产品流在第一换热器或氮液化器的第二换热器中与至少部分增压后的第一富氮蒸气流进行换热。


4.根据权利要求1所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：通过使用第一泵将所述液氧产品流增压至不同压力范围，以达到所需的气态氧气产品的压力。


5.根据权利要求1所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：所述液氧产品流是从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取的高纯液氧。


6.根据权利要求3所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：所述氮液化器还包括第二氮气压缩机、第三换热器和第二分离器；
在低压塔顶部抽取第二富氮蒸气流，依次经过冷器和第一换热器复热后，输送至氮液化器的第二氮气压缩机；包含第二富氮蒸气流的第二氮气经过第二氮气压缩机增压之后，与所述第一气相流合并输送至第一氮气压缩机。


7.根据权利要求6所述的具有氮液化器的空气分离方法，其特征在于：至少部分第一液相流经过节流连接至第二分离器，在第二分离器中气相和液相分开以形成第二气相流和第二液相流；第二气相流返回第二换热器复热后，与第二富氮蒸气流合并输送至第二氮气压缩机的入口；第二液相流输送至第三换热器与至少部分第一液相流进行换热后，与第二气相流合并返回第二换热器。


8.根据权利要求7所述的具有氮液化器的空气分离方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伯伟，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR