專(zhuān)利名稱(chēng)：從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體分離方法及裝置領(lǐng)域，尤其涉及從空氣中制取低純度氧氣(90 97%)的裝置。
背景技術(shù)：
跨入21世紀(jì)以來(lái)，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和鋼鐵、煤化工、石化等上游產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，對(duì)空分設(shè)備的需求旺盛，使空分設(shè)備產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，空分設(shè)備產(chǎn)能每年已達(dá)到400萬(wàn)NmVh以上。據(jù)資料載，我國(guó)規(guī)劃2015年煤化工所需空分設(shè)備制氧能力為600萬(wàn)/Nm3/h左右，僅此一項(xiàng)市場(chǎng)空間就大得驚人。安全可靠，節(jié)能減排，這是對(duì)空分設(shè)備的基本要求和前提條件，是建設(shè)資源節(jié)約 型、環(huán)境友好型社會(huì)和科學(xué)發(fā)展的需要，也是市場(chǎng)期望。蓬勃發(fā)展新興的煤化工行業(yè)與成熟的鋼鐵冶金等行業(yè)都需要大量低純度的氧氣。為保護(hù)環(huán)境，捕捉二氧化碳，富氧燃燒也成為了電廠發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。因此，研發(fā)安全可靠、節(jié)能降耗的大型化、低純度深冷法空分已迫在眉睫。而目前常規(guī)的深冷法分離所用的雙塔精餾能耗較高，制約了低純度的氧氣的大規(guī)模環(huán)保應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種能耗更低的從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置。本實(shí)用新型目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，包括空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)及精餾系統(tǒng)，所述精餾系統(tǒng)包括主換熱器、高壓塔、低壓塔、主冷凝蒸發(fā)器和過(guò)冷器，所述精餾系統(tǒng)還包括中壓塔，所述中壓塔的氮?dú)夤苈芬来芜B接所述主冷凝蒸發(fā)器、所述過(guò)冷器和所述低壓塔的氦氣出口，所述中壓塔的液空管路依次連接所述過(guò)冷器和所述低壓塔，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)將空氣壓縮成兩路不同壓力等級(jí)空氣，并分別各自依次連接一路空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)后連接所述精餾系統(tǒng)其中較低壓力空氣管路通過(guò)其空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)以及所述主換熱器后，一路連接所述中壓塔，另一路通過(guò)冷卻降壓裝置后連接所述低壓塔；另外較高壓力空氣管路通過(guò)其空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)以及壓縮裝置和所述主換熱器后分別連接所述中壓塔和高壓塔。作為優(yōu)選方式，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)包括一臺(tái)中抽式的空氣壓縮機(jī)，或者兩臺(tái)串聯(lián)成兩級(jí)的空氣壓縮機(jī)。作為優(yōu)選方式，所述空氣預(yù)冷系統(tǒng)包括空氣冷卻塔、水冷塔，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)的兩路不同壓力等級(jí)空氣管路上的空氣預(yù)冷系統(tǒng)共用水冷塔。作為優(yōu)選方式，所述冷卻降壓裝置和壓縮裝置分別為增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端和增壓端。各設(shè)備作用為[0011 ] 空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)主要用于過(guò)濾原料空氣中的物理雜質(zhì)以及原料空氣的壓縮。空氣冷卻塔主要用于壓縮后的空氣的冷卻，利用冷卻水和冷凍水，把空氣冷卻至14°C左右。水冷卻塔主要依靠來(lái)自冷箱的干燥氮?dú)?，提供空氣冷卻塔所需的低溫冷凍水。純化器主要用于脫除原料空氣中的二氧化碳和水。增壓透平膨脹機(jī)主要用于提供空氣分離所需冷量，以及增壓和降壓。增壓機(jī)后冷卻器主要用于冷卻增壓空氣的溫度。主換熱器主要用于原料空氣及返流氧氣、氮?dú)獾鹊膿Q熱。 高壓塔、中壓塔、低壓塔主要用于氧、氮的低溫分離。主冷凝蒸發(fā)器主要用于提供各塔體的上升氣體或回流液。過(guò)冷器主要用于液空及液氮的過(guò)冷。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型采用將原料空氣分成兩路不同壓力等級(jí)的空氣，并分別進(jìn)行預(yù)冷、純化，最后采用高壓塔、中壓塔、低壓塔精餾系統(tǒng)，以對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)最小的改動(dòng)，卻可以比常規(guī)的深冷法分離所用的雙塔精餾能耗低 8%以上(以6000空分裝置為例，見(jiàn)下表)，取得極佳的技術(shù)效果，可用于氧氣純度在90% 97%的用戶(hù)，比如富氧燃燒發(fā)電、煉鐵及其他煤化工行業(yè)。此外，兩路空氣預(yù)冷系統(tǒng)共用水冷塔以及增壓透平膨脹機(jī)兼具冷卻降壓裝置和壓縮裝置作用的方式，也使得其可以進(jìn)一步降低能耗。
常規(guī)探柃法分高本實(shí)用新型深冷法分離 氧氣產(chǎn)量60326032
氧氣純度95%95%
原料壓縮機(jī)參數(shù)___
流量(NmVh)29000
出口壓力=5. SlPa. A低壓:3. 2MPa. A (SlOOONmVh)
高壓=5. 8MPa. A (17000Nm:/h)
壓縮機(jī)功率比較(kw) 25642310

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)備流程示意圖；其中自潔式過(guò)濾器I、第一空氣壓縮機(jī)2，第二空氣壓縮機(jī)3、第一空氣冷卻塔41、第一空氣冷卻塔42、水冷塔7、第一常溫水泵51、第二常溫水泵52、第一低溫水泵61、第二低溫水泵62、第一純化器81、第二純化器82、第三純化器91、第四純化器92、增壓透平膨脹機(jī)17、增壓后冷卻器18、主換熱器10、過(guò)冷器15、高壓塔12、中壓塔11、低壓塔16、、第一主冷凝蒸發(fā)器14、第二主冷凝蒸發(fā)器13。
具體實(shí)施方式
[0025]下列非限制性實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型。如圖I所示，一種用于前述從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離方法的裝置，包括空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)、增壓透平膨脹機(jī)系統(tǒng)及精餾系統(tǒng)，空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)包括自潔式過(guò)濾器I、兩臺(tái)串聯(lián)成兩級(jí)的第一空氣壓縮機(jī)2和第二空氣壓縮機(jī)3，兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)將原料空氣壓縮成兩路不同壓力等級(jí)的空氣，或者兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)也可以采用中抽方式合為一臺(tái)空氣壓縮機(jī)?？諝忸A(yù)冷系統(tǒng)包括第一空氣冷卻塔41、第二空氣冷卻塔42、水冷塔7、第一常溫水泵51、第二常溫水泵52、第一低溫水泵61、第二低溫水泵62，第一空氣冷卻塔41和第二空氣冷卻塔42共用水冷塔7，其中第一常溫水泵51、第一低溫水泵61為第一空氣冷卻塔41供水，第二常溫水泵52、第二低溫水泵62為第二空氣冷卻塔42供水，或者兩套空氣冷卻塔的常溫水泵和低溫水泵可以組合為一套，然后其兩組第一、二常溫水泵和低溫水泵可采用備用方式。空氣純化系統(tǒng)包括第一、二純化器81、82，第三、四純化器91、92及再生系統(tǒng)，純化器的吸附劑采用分子篩和氧化鋁，并利用返流氮?dú)鈱?duì)純化器進(jìn)行再生。增壓透平膨脹機(jī)系統(tǒng)包括增壓透平膨脹機(jī)17和增壓后冷卻器18。精餾 系統(tǒng)包括主換熱器10、高壓塔12、中壓塔11、低壓塔16、第一主冷凝蒸發(fā)器14、第二主冷凝蒸發(fā)器13和過(guò)冷器15，高壓塔12和中壓塔11采用篩板塔或者規(guī)整填料塔；低壓塔16采用規(guī)整填料塔；主換熱器10、第一主冷凝蒸發(fā)器14和第二主冷凝蒸發(fā)器13均采用板翅式換熱器。中壓塔11的氮?dú)夤苈芬来芜B接第一主冷凝蒸發(fā)器14、過(guò)冷器15和低壓塔16的氦氣出口后，其產(chǎn)品氮?dú)夂透邏核?2、低壓塔16的產(chǎn)品氮?dú)庖徊⑦M(jìn)入系統(tǒng)產(chǎn)品氮?dú)夤苈?，中壓?1的液空管路依次連接過(guò)冷器15和低壓塔16后參與進(jìn)一步的分離。本裝置空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)將空氣壓縮成兩路不同壓力等級(jí)空氣，并分別各自依次連接一路空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)后連接精餾系統(tǒng)其中較低壓力空氣管路通過(guò)第一空氣冷卻塔41、第一、二純化器81、82，以及主換熱器10后，一路連接中壓塔11進(jìn)行精餾，另一路通過(guò)增壓透平膨脹機(jī)17的膨脹端后連接低壓塔16進(jìn)行精餾；另外較高壓力空氣管路通過(guò)第二空氣冷卻塔42、第三、四純化器91、92以及增壓透平膨脹機(jī)17的增壓端和主換熱器10后分別連接中壓塔11和高壓塔12進(jìn)行精餾。主要流程描述空氣流路空氣經(jīng)過(guò)自潔式過(guò)濾器I后，進(jìn)入第一空氣壓縮機(jī)2，經(jīng)壓縮后一部分空氣進(jìn)入第一空氣冷卻塔41，冷卻到14°C左右，進(jìn)入第一、二純化器81、82去除0)2和水份。進(jìn)過(guò)純化后空氣經(jīng)過(guò)主換熱器10冷卻后，一部分進(jìn)入中壓塔11進(jìn)行精餾，一部分經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹機(jī)17膨脹后進(jìn)入低壓塔16進(jìn)行精餾；另一部分繼續(xù)經(jīng)過(guò)第二空氣壓縮機(jī)3壓縮后，進(jìn)入第二空氣冷卻塔42，冷卻到14°C左右，進(jìn)入第三、四純化器91、92去除CO2和水份。經(jīng)過(guò)進(jìn)化后的空氣進(jìn)入增壓透平膨脹機(jī)17的增壓端增壓后，進(jìn)入增壓機(jī)后冷卻器18冷卻，經(jīng)主換熱器10冷卻后，分別進(jìn)入高壓塔12和中壓塔11進(jìn)行精餾。氧氣流路從低壓塔16底部產(chǎn)生的氧氣，經(jīng)過(guò)主換熱器10復(fù)熱后送出冷箱。氮?dú)饬髁繌牡蛪核?6頂部產(chǎn)生的氮?dú)?，?jīng)過(guò)過(guò)冷器15、主換熱器10復(fù)熱后，除產(chǎn)品氮?dú)馔?，其他全部送入水冷卻塔7冷卻水。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，包括空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)及精餾系統(tǒng)，所述精餾系統(tǒng)包括主換熱器、高壓塔、低壓塔、主冷凝蒸發(fā)器和過(guò)冷器，其特征在于所述精餾系統(tǒng)還包括中壓塔，所述中壓塔的氮?dú)夤苈芬来芜B接所述主冷凝蒸發(fā)器、所述過(guò)冷器和所述低壓塔的氦氣出口，所述中壓塔的液空管路依次連接所述過(guò)冷器和所述低壓塔，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)將空氣壓縮成兩路不同壓力等級(jí)空氣，并分別各自依次連接一路空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)后連接所述精餾系統(tǒng)其中較低壓力空氣管路通過(guò)其空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)以及所述主換熱器后，一路連接所述中壓塔，另一路通過(guò)冷卻降壓裝置后連接所述低壓塔；另外較高壓力空氣管路通過(guò)其空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)以及壓縮裝置和所述主換熱器后分別連接所述中壓塔和高壓塔。
2.如權(quán)利要求I所述的從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，其特征在于所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)包括一臺(tái)中抽式的空氣壓縮機(jī)，或者兩臺(tái)串聯(lián)成兩級(jí)的空氣壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求I所述的從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，其特征在于所述空氣預(yù)冷系統(tǒng)包括空氣冷卻塔、水冷塔，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)的兩路不同壓力等級(jí)空氣管路上的空氣預(yù)冷系統(tǒng)共用水冷塔。
4.如權(quán)利要求I所述的從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，其特征在于所述冷卻降壓裝置和壓縮裝置分別為增壓透平膨脹機(jī)的膨脹端和增壓端。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置，屬于氣體分離裝置領(lǐng)域，包括空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)及精餾系統(tǒng)，所述精餾系統(tǒng)包括主換熱器、高壓塔、低壓塔、主冷凝蒸發(fā)器和過(guò)冷器，所述精餾系統(tǒng)還包括中壓塔，所述空氣過(guò)濾壓縮系統(tǒng)將空氣壓縮成兩路不同壓力等級(jí)空氣，并分別各自依次連接一路空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣純化系統(tǒng)后連接所述精餾系統(tǒng)。本實(shí)用新型是一種能耗更低的從空氣中制取低純度氧氣的深冷法分離裝置。
文檔編號(hào)F25J3/04GK202547275SQ201220167420
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者謝波, 魏義江, 黃科 申請(qǐng)人:四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司