一种空气分离装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在低温下利用精馏分离空气的方法和装置，该装置还包括由增压机（５）、膨胀机（６）及冷却器（１０）组成的一台低压增压透平膨胀机，该低压增压透平膨胀机将另一股原料空气经增压、冷却，并在主换热器中降温后膨胀制冷，然后送入精馏塔中的上塔（１４）与精馏。在空气分离的过程中，使用了中、低压这两种不同压力等级的膨胀机，中低压两种膨胀机在不同的压力和温度下进行膨胀，向外作功，为空气分离过程提供冷量，膨胀后的空气分别进入上、下塔参与精馏。本发明专利技术采用这样的方法和装置来分离空气，单位产品的电耗可降低约２．５％。对于大型空分装置来说，年节电可达数百万甚至上千万度，其节能效果是可观的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种空气分离的方法和装置，特别涉及到在低温下利用精馏来分离空气的方法和装置。
技术介绍
目前，在低温下利用精馏来分离空气的内压缩流程是一种公知的工业生产技术。通常的方法是经过压缩机压缩的空气在预冷系统中冷却并在净化系统中除去水蒸气，二氧化碳等有害杂质后分为两股气流。一股气流经增压、冷却后又分成两路，一路经再次增压压缩、冷却后进入冷箱，在主换热器降温液化并经降压后送入下塔，另一路作为膨胀制冷用空气流，它经过膨胀机增压机再次增压及水冷器冷却后进入换热器，降低温度后进入膨胀机，空气对外做功，降压降温后，与另一股经过换热器降温到接近饱和温度的分离用空气流汇合进入精馏塔下塔的底部。精馏塔由下塔、上塔和冷凝蒸发器组成。空气在下塔中得到初步分离，在底部获得含氧较多的富氧液空，富氧液空被引出下塔后经过过冷及节流膨胀一部分进入上塔，作为上塔的回流液，另一部分引入粗氩塔冷凝器作为冷源。在下塔的合适部位抽出污液氮，经过冷及节流降压后送入上塔合适部位作为回流液参与精馏。下塔的顶部获得氮气，少部份可作为产品经复热后外供，其余氮气在冷凝蒸发器内与液氧换热而冷凝成为液氮。该液氮的一部分成为下塔的回流液，另一部分液氮被引出冷凝蒸发器后经过过冷大部分经节流膨胀进入上塔，作为上塔的回流液，少部份也可作为产品外供。在上塔的底部获得液氧，少部分液氧可作为产品引出，一部分液氧经液氧泵升压到要求压力后再经主换热器升温汽化复热后作产品引出，大部份液氧在冷凝蒸发器内被氮气所加热成为气氧，一部分气氧也可作为产品经复热后外供，大部份气氧则作为上塔的上升气流参与精馏。上塔的顶部可获得氮气，上部可获得污氮气。在上塔的适当部位还可以抽出含氩较高的氩馏分，在制氩系统经过精馏可获得产品氩。采用这样的方法和装置来分离空气获得不同形态的氧、氮和氩，特别是液态氧、氮产品及压力氧、氮产品，单位产品的电耗较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种节能，运行费用低的空气分离装置。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种空气分离装置，包括(1)、对空气进行加压和除去有害杂质使之成为原料空气的压缩机，预冷系统和净化系统；(2)、将净化后的部分原料空气增压的增压机、冷却器以及在此压力基础上对原料空气进行增压、冷却、膨胀的中压增压透平膨胀机和高压增压压缩机及冷却器；(3)、对不同的流体进行冷热交换的主换热器、过冷器及膨胀换热器；(4)、将分离用原料空气进行分离获得产品的精馏塔及提氩系统，该精馏塔由下塔、冷凝蒸发器及上塔构成；还包括由增压机、膨胀机及冷却器组成的一台低压增压透平膨胀机，该低压增压透平膨胀机将另一股原料空气经增压、冷却，并在主换热器中降温后膨胀制冷，然后送入精馏塔中的上塔参与精馏。本专利技术的另一目的是提出一种降低电耗，节省运行费用的空气分离新方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案(1)、经过压缩机压缩，预冷系统冷却并在净化系统中除去有害杂质后的空气被分流为分离用原料空气流及增压用原料空气流，增压用原料空气流经增压机、冷却器增压冷却后又分流为中压膨胀制冷用原料空气流及高压原料空气流，中压膨胀制冷用原料空气流经中压增压透平膨胀机的增压机增压，在冷却器中冷却后进入主换热器冷却，然后经中压增压透平膨胀机的膨胀机膨胀，再与经过主换热器中的原料空气流汇合，进入精馏塔中的下塔精馏；另一股高压原料空气经增压机增压，在主换热器冷却液化再经节流阀降压后送入精馏塔中的下塔精馏；(2)、分离用原料空气流及增压用原料空气流经由下塔、冷凝蒸发器及上塔构成的精馏塔精馏后，分离成为产品液氧，产品液氮及低压纯氮、污氮和氩馏分；经过压缩机压缩，预冷系统冷却并在净化系统中除去有害杂质后的空气还被分流为一股低压膨胀制冷用原料空气流，该原料空气流经由增压机、膨胀机及冷却器组成的一台低压增压透平膨胀机的增压机中增压，在冷却器中冷却、在主换热器中降温后在膨胀机中膨胀制冷，然后送入精馏塔中的上塔参与精馏；在该空气分离方法中，低压增压透平膨胀机的增压机、膨胀机及冷却器和中压增压透平膨胀机的增压机、膨胀机及冷却器是同时开动运行的，其目的是降低能耗。在本专利技术是通过以下技术措施来实现的，本专利技术的主要技术特征是在内压缩空气分离的过程中，使用了低压增压透平膨胀机和中压增压透平膨胀机。它们在不同的压力和温度下使原料空气膨胀制冷，然后分别进入上塔和下塔参与精馏。经过压缩机压缩的空气在预冷系统中冷却并在净化系统中除去水蒸气、乙炔和二氧化碳等有害杂质后分为三股气流，一股气流经增压、冷却后又分成两路一路经再次增压、冷却后进入冷箱，在主换热器中降温液化并经降压后送入下塔；另一路作为膨胀制冷用气流，它经过中压增压透平膨胀机的增压机再次增压及水冷却器冷却后进入主换热器，降低温度后进入膨胀机，空气对外作功，降温降压后与第二股经过主换热器降温到接近饱和温度的原料空气汇合，进入精馏塔下塔的底部参与精馏；第三股原料空气经低压增压透平膨胀机的增压机增压，水冷却器冷却后进入主换热器，降温到一定温度后进入膨胀机膨胀，膨胀后的空气送入上塔参与精馏。进入下塔的空气经下塔的初步精馏后，在塔底得到富氧液空，富氧液空经过冷器过冷后分成两路一路经节流降压后送入上塔作为上塔的回流液，一路经节流降压后送入粗氩冷凝器作为冷源。在下塔的合适部位得到的污液氮，经过冷、节流降压后送入上塔作为回流液。在下塔的顶部得到纯氮气，少部分可作为产品经复热后外供，其余在冷凝蒸发器内与液氧换热而冷凝成液氮，该液氮的一部分成为下塔的回流液，另一部分液氮被引出冷凝蒸发器后经过冷器过冷，少部分可作为产品外供，大部分经节流降压后送入上塔顶部作为回流液。气、液物流经上塔的再次精馏后，在上塔的底部获得液氧，一部分液氧作为产品引出，另一部分液氧经液氧泵升压到要求压力后经主换热器升温汽化复热后作为产品引出，大部分液氧在冷凝蒸发器中被氮气加热成为气氧，少部分气氧也可作为产品经复热后外供，大部分气氧则作为上塔的上升气流参与精馏。上塔的顶部可获得氮气，上部可获得污氮气，它们在过冷器、膨胀换热器及主换热器中经复热后引出冷箱，去工艺指定位置。在上塔的适当部位还可以抽出含氩较高的氩馏分，在制氩系统经过精馏可获得产品氩。在本专利技术装置中，除中压增压透平膨胀机提供冷量外，还增加了一台低压增压透平膨胀机来提供冷量。在空气分离方法的过程中，使用了中、低压这两种不同压力等级的膨胀机，中低压两种膨胀机在不同的压力和温度下进行膨胀，向外作功，为空气分离过程提供冷量，膨胀后的空气分别进入上、下塔参与精馏。本专利技术实施上述技术措施后，可使氧气的单位电耗下降约2.5％，对于大型空分装置来说，年节电可达数百万甚至上千万度，节能效果明显。附图说明图1本专利技术的结构原理流程图；在图1中，1为增压压缩机，3为增压机、4为膨胀机，5为增压机、6为膨胀机，2为高压增压压缩机，7、8、9、10为水冷却器，11为主换热器，12为下塔，13为冷凝蒸发器，14为上塔，15为过冷器，16为膨胀换热器，17为液氧泵。相关的物料流作如下编号101为原料空气，102是直接进主换热器的原料空气，103为增压用原料空气，104为中压增压膨胀空气流，105为高压原料气流，106为进下塔底部的原料空气流，107为富氧液空，108为去粗氩冷凝器的富本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气分离装置，包括：（１）、对空气进行加压和除去有害杂质使之成为原料空气的压缩机，预冷系统和净化系统；（２）、将净化后的部分原料空气增压的增压机（１）、冷却器（７）以及在此压力基础上对原料空气进行增压、冷却、膨胀的中压增 压透平膨胀机（３、４、９）和高压增压压缩机（２）及冷却器（８）；（３）、对不同的流体进行冷热交换的主换热器（１１）、过冷器（１５）及膨胀换热器（１６）；（４）、将分离用原料空气进行分离获得产品的精馏塔及提氩系统，该精馏塔由下 塔（１２）、冷凝蒸发器（１３）及上塔（１４）构成；其特征在于：还包括由增压机（５）、膨胀机（６）及冷却器（１０）组成的一台低压增压透平膨胀机，该低压增压透平膨胀机将另一股原料空气经增压、冷却，并在主换热器中降温后膨胀制冷，然 后送入精馏塔中的上塔（１４）参与精馏。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江楚标，付履南，
申请(专利权)人：四川空分设备集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]