外冷式低純氧空分裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于空分領(lǐng)域，具體涉及外冷式低純氧空分裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氧氣在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛地用途?？諝庵泻?1%(體積濃度)的氧氣，是最廉價(jià)的制氧原料，因此，氧氣一般都通過空氣分離制取。
[0003]工業(yè)上制取氧氣的方法很多，常見的有電解水法(同時(shí)制取氫氣和氧氣)和分離空氣制取氧氣法兩種。電解水制氧的方法由于耗電量大，只有在使用氫氣的企業(yè)考慮綜合利用?？辗种蒲跤袃煞N分離方法，一是全低壓吸附工藝，二是深度冷凍法分離空氣同時(shí)制取氧氣和氮?dú)狻?br>[0004]空分裝置是以空氣為原料制備氧氣和氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的分離裝置。空分機(jī)組制備氧氣、氮?dú)?、惰性氣體(如氬氣)使用的主要原料就是充斥于大氣層的空氣。通過對(duì)空氣進(jìn)行壓縮、膨脹制冷，進(jìn)而使空氣液化，利用分餾裝置精餾提純，在空氣中分離出氧氣、氮?dú)夂投栊詺怏w(如氬氣)等產(chǎn)品。生產(chǎn)中使用的原料空氣不需要特殊開發(fā)過程，可以在生產(chǎn)地隨意獲得。目前空分行業(yè)是屬于化工產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分支行業(yè)。
[0005]中國專利201420741565.0，公開了一種新型低純氧空分裝置，包括上塔、下塔、冷凝蒸發(fā)器、空氣輸入管道、液氧蒸發(fā)器、主換熱器、氧氣輸出管道，冷凝蒸發(fā)器設(shè)在下塔的上方，上塔的底部通過液氧栗與冷凝蒸發(fā)器連接，冷凝蒸發(fā)器的底部通過液氧輸送管與液氧蒸發(fā)器連接;下塔的底部通過富氧液空管道與上塔的中部連接，空氣輸入管道通過主換熱器分別于下塔的底部、液氧蒸發(fā)器連接，氧氣輸出管道通過主換熱器與液氧蒸發(fā)器連接;液氧蒸發(fā)器通過貧液空輸出管與上塔的上部連接;所述上塔為填料塔，下塔為篩板塔。
[0006]從上述方案可以看出，其裝置設(shè)備設(shè)置依然相對(duì)復(fù)雜，能耗相當(dāng)對(duì)較大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種外冷式低純氧空分裝置，該裝置將傳統(tǒng)空分下塔與外冷技術(shù)結(jié)合即可自成裝置，獨(dú)立運(yùn)行，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，能耗低，啟動(dòng)迅速，開停方便，用液氧補(bǔ)冷時(shí)，通氣即可送氧。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的具體方案如下:
[0009]外冷式低純氧空分裝置，包括下塔、冷凝蒸發(fā)器、氧氣輸入口、氧氣換熱器、氮?dú)鈸Q熱器、節(jié)流閥和輸送管道；
[0010]所述冷凝蒸發(fā)器設(shè)在所述下塔的頂部，所述節(jié)流閥設(shè)在所述下塔的外側(cè)；
[0011]通過所述氧氣輸入口向所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)送入液氧;原料空氣經(jīng)過所述氧氣換熱器、氮?dú)鈸Q熱器預(yù)冷至飽和溫度后進(jìn)入所述下塔的底部，其中的氮?dú)馍仙料滤捻敳?，并進(jìn)入所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，部分氮?dú)馀c其內(nèi)的液氧進(jìn)行熱交換，冷凝為液氮回流，部分氮?dú)鈴乃隼淠舭l(fā)器內(nèi)排出，并通過氮?dú)鈸Q熱器復(fù)熱至常溫后回收;液氧轉(zhuǎn)化為氧氣從所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，并通過氧氣換熱器復(fù)熱至常溫后回收；
[0012]停滯在下塔底部的液氧排出下塔，并通過配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，作為冷源參與上述熱交換。
[0013]通過本實(shí)用新型提供的外冷式低純氧空分裝置，將滯留在下塔底部的液氧，在精餾空分的循環(huán)過程中直接通過外設(shè)的配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道直接輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，使其參與熱交換，最終轉(zhuǎn)化為氧氣從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，不僅提高了精餾空分效率，同時(shí)節(jié)省了大量能量。
[0014]直接使用外部冷源液氧進(jìn)行補(bǔ)冷，相比較傳統(tǒng)工藝中使用的制冷壓縮后的冷源進(jìn)行補(bǔ)冷，本方案中補(bǔ)冷溫度低，冷量大，增大了回流比，提高了精餾效率。
[0015]本實(shí)用新型提供的外冷式低純氧空分裝置，設(shè)備啟動(dòng)迅速，開停方便，不受制于制冷速度，啟動(dòng)階段加大補(bǔ)冷，快速將設(shè)備冷卻至工作狀態(tài)，停機(jī)8小時(shí)內(nèi)，冷啟動(dòng)在0.5-1小時(shí)。用液氧補(bǔ)冷時(shí)，通氣即可送氧。外冷方式可實(shí)現(xiàn)及時(shí)、快速、精準(zhǔn)補(bǔ)冷，不會(huì)對(duì)精餾工況產(chǎn)生影響，因此，調(diào)節(jié)靈活，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
[0016]本實(shí)用新型提供的外冷式低純氧空分裝置，可同時(shí)生產(chǎn)低純氧和高純壓力氮?dú)?，氧氣純度?0%_50%，最適合高爐供氣，氮?dú)獾募兌瓤蛇_(dá)到5個(gè)9，兩種產(chǎn)品均可利用。并促進(jìn)高爐供氧“裝置節(jié)能”，綜合節(jié)能效果超過50%。
[0017]可以通過調(diào)節(jié)供給原料空氣的壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)排出氧氣的壓力，滿足不同用戶的個(gè)性化需求。當(dāng)排出較低壓力的氧氣即可滿足用戶需求時(shí)，可以調(diào)節(jié)原料空氣的供給壓力較低，當(dāng)需要較高壓力才可滿足用戶的用氧需求時(shí)，可調(diào)高原料空氣的供給壓力。
[0018]本流程也可滿足工業(yè)窯爐，垃圾焚燒，低熱值燃料利用供氧需求，為建材，環(huán)保行業(yè)節(jié)能減排提供技術(shù)支撐。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型提供的外冷式低純氧空分裝置圖；
[0020]1.下塔，2.冷凝蒸發(fā)器，3.氧氣換熱器，4.氮?dú)鈸Q熱器，5.節(jié)流閥，6.液氧輸入口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的外冷式低純氧空分裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0022]圖1為本實(shí)施方式的外冷式低純氧空分裝置圖。
[0023]如圖1所示，常溫空氣分別通過氧氣換熱器3和氮?dú)鈸Q熱器4預(yù)冷至飽和溫度后進(jìn)入下塔11的底部。因?yàn)樵谕葔毫ο碌獨(dú)獾姆悬c(diǎn)較氧氣的沸點(diǎn)低，在下塔I內(nèi)液氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀c氣液平衡相中的固有氮?dú)庖黄鹧叵滤?1內(nèi)部上升至下塔I頂部的冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)。
[0024]開機(jī)前可以先通過液氧輸入口6向冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)充入液氧作為冷源，該冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)的冷凝部分和蒸發(fā)部分為間隔設(shè)置，也就是，進(jìn)入該冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)氮?dú)夂鸵貉醴謩e在兩個(gè)獨(dú)立空間內(nèi)，互不接觸。液氧和部分氮?dú)庠谠摾淠舭l(fā)器2內(nèi)進(jìn)行熱交換，液氧轉(zhuǎn)化為純的氧氣從冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)排出，并通過氧氣換熱器3復(fù)熱至常溫后回收。部分氮?dú)廪D(zhuǎn)化為液氮作為回流液流回至下塔I內(nèi)，未參與熱交換的氮?dú)鈴睦淠舭l(fā)器2內(nèi)排出，并通過氮?dú)鈸Q熱器4復(fù)熱至常溫后回收。
[0025]此時(shí)，因?yàn)橄滤蘒頂部的氮?dú)鉂舛群芨?，其中的一部分氮?dú)鈺?huì)直接從該冷凝蒸發(fā)器2排出被回收?；厥盏牡?dú)馄浼兌瓤蛇_(dá)到5個(gè)9。
[0026]因?yàn)檠鯕獾姆悬c(diǎn)較低，液氧和氧氣均無法上升至下塔I的頂部，回流的液氮與下塔I中部的氧氣交匯，液氮再次轉(zhuǎn)化為氮?dú)庹舭l(fā)上升，氧氣轉(zhuǎn)化為液氧回流至下塔I底部。
[0027]再次上升至冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)的氮?dú)?，部分從冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)排出，部分在冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)再次參與熱交換。
[0028]此時(shí)，殘留在下塔11底部的液氧，無法自動(dòng)到達(dá)下塔I頂部參與循環(huán)。
[0029]在傳統(tǒng)工藝中，通常將該部分液體從塔底導(dǎo)出并升溫至常溫存儲(chǔ)，之后再將其降溫至預(yù)設(shè)溫度，輸送入冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)參與循環(huán)。該過程不僅浪費(fèi)了塔底液體本身的大量冷能，同時(shí)需要額外消耗大量能量進(jìn)行再次降溫，設(shè)備構(gòu)架也比較龐大。
[0030]本實(shí)施方式中，將下塔I底部滯留的液氧排出下塔I，并通過配設(shè)有節(jié)流閥5的輸送管道直接送入下塔I頂部的冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)。下塔I底部的液體雖然不能在下塔I內(nèi)部自動(dòng)上升，但是，將其從下塔I底部排出，通過輸送管道輸送至下塔I頂部的冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)所需的壓力值較低，此時(shí)下塔I底部的壓力較大，通過下塔I外部設(shè)置的節(jié)流閥5泄壓限流后，液體能夠平穩(wěn)自動(dòng)上升至上塔頂端的冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)，液氧再次參與換熱。在該過程中，不僅節(jié)省了大量的冷能，而且空分效率大幅提高，同時(shí)整個(gè)工藝設(shè)備簡單，容易實(shí)施。
[0031]在接下來的循環(huán)中，從下塔I內(nèi)部上升至冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)的部分氮?dú)庠俅闻c從下塔I底部送入的液氧其進(jìn)行熱交換，液氧蒸發(fā)為氧氣從冷凝蒸發(fā)器2內(nèi)排出，部分氮?dú)庠俅无D(zhuǎn)化為液氮回流至下塔I內(nèi)，整個(gè)裝置以此循環(huán)。
[0032]從裝置中排出的氧氣和氮?dú)夥謩e通過氧氣換熱器3和氮?dú)鈸Q熱器4，這兩個(gè)換熱器均優(yōu)選板式換熱器，為不接觸型，二者在換熱器內(nèi)分別與進(jìn)入的常溫原料空氣進(jìn)行熱交換，二者升溫至常溫后被排出回收。因?yàn)樵撗b置中只有下塔I無上塔，所以得到的氧氣純度為40%-50%，能夠滿足工業(yè)窯爐，垃圾焚燒，低熱值燃料利用供氧需求，滿足本實(shí)用新型所要達(dá)到的制備低純氧設(shè)備的要求。
[0033]以上，雖然說明了本實(shí)用新型的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式只是作為例子提出的，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。對(duì)于這些新的實(shí)施方式，能夠以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不脫離本實(shí)用新型的要旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、置換、及變更。這些實(shí)施方式和其變形，包含于本實(shí)用新型的范圍和要旨中的同時(shí)，也包含于權(quán)利要求書中記載的實(shí)用新型及其均等范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.外冷式低純氧空分裝置，其特征在于，包括下塔、冷凝蒸發(fā)器、氧氣輸入口、氧氣換熱器、氮?dú)鈸Q熱器、節(jié)流閥和輸送管道； 所述冷凝蒸發(fā)器設(shè)在所述下塔的頂部，所述節(jié)流閥設(shè)在所述下塔的外側(cè)； 通過所述氧氣輸入口向所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)送入液氧；原料空氣經(jīng)過所述氧氣換熱器、氮?dú)鈸Q熱器預(yù)冷至飽和溫度后進(jìn)入所述下塔的底部，其中的氮?dú)馍仙料滤捻敳?，并進(jìn)入所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，部分氮?dú)馀c其內(nèi)的液氧進(jìn)行熱交換，冷凝為液氮回流，部分氮?dú)鈴乃隼淠舭l(fā)器內(nèi)排出，并通過氮?dú)鈸Q熱器復(fù)熱至常溫后回收;液氧轉(zhuǎn)化為氧氣從所述冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，并通過氧氣換熱器復(fù)熱至常溫后回收； 停滯在下塔底部的液氧排出下塔，并通過配設(shè)有節(jié)流閥的輸送管道輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，作為冷源參與上述熱交換。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外冷式低純氧空分裝置，其特征在于，所述氧氣換熱器和氮?dú)鈸Q熱器均為板式換熱器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了外冷式低純氧空分裝置，包括下塔、冷凝蒸發(fā)器、氧氣入口、氧氣換熱器、氮?dú)鈸Q熱器、節(jié)流閥和輸送管道；冷凝蒸發(fā)器設(shè)在下塔的頂部，節(jié)流閥設(shè)在下塔的外側(cè)；通過氧氣輸入口向冷凝蒸發(fā)器內(nèi)送入液氧；原料空氣經(jīng)過換熱器預(yù)冷至飽和溫度后進(jìn)入下塔的底部，其中的氮?dú)馍仙料滤捻敳?，并進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，部分氮?dú)馀c其內(nèi)的液氧進(jìn)行熱交換，冷凝為液氮回流，部分氮?dú)鈴睦淠舭l(fā)器內(nèi)排出，并通過氮?dú)鈸Q熱器復(fù)熱至常溫后回收；液氧轉(zhuǎn)化為氧氣從冷凝蒸發(fā)器內(nèi)排出，并通過氧氣換熱器復(fù)熱至常溫后回收；停滯在下塔底部的液氧排出下塔，并通過配設(shè)有節(jié)流閥的輸送輸管道輸送至下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)，作為冷源參與上述熱交換。
【IPC分類】F25J3/04
【公開號(hào)】CN205262062
【申請?zhí)枴緾N201521049819
【發(fā)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5月25日
【申請日】2015年12月16日