專利名稱：一種空氣分離的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種空氣分離的方法和裝置，特別涉及到在低溫下利用精餾來(lái)分離空氣的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明提出之前，在低溫下利用精餾來(lái)分離空氣是一種公知的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。通常的方法是經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的空氣在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后分為兩股氣流。一股氣流為膨脹制冷用空氣流，它經(jīng)過(guò)增壓機(jī)增壓及水冷器冷卻后進(jìn)入換熱器，降低溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)，空氣對(duì)外做功，降壓降溫后，再返回?fù)Q熱器復(fù)熱后回到壓縮機(jī)的進(jìn)口或去水冷塔。另一股氣流為分離用空氣流，它經(jīng)過(guò)換熱器降溫到飽和溫度或部份帶液后進(jìn)入精餾塔下塔的底部。精餾塔一般由下塔，上塔和冷凝蒸發(fā)器組成?？諝庠谙滤械玫匠醪椒蛛x，在底部獲得含氧較多的富氧液空，富氧液空被引出下塔后經(jīng)過(guò)過(guò)冷及節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔，作為上塔的回流液。下塔的頂部獲得氮?dú)?，少部份可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，其余氮?dú)庠诶淠舭l(fā)器內(nèi)與液氧換熱而冷凝成為液氮。該液氮的一部分成為下塔的回流液，另一部分液氮被引出下塔后經(jīng)過(guò)過(guò)冷大部份經(jīng)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔，作為上塔的回流液，少部份也可作為產(chǎn)品外供。在上塔的底部獲得液氧，一部份液氧可作為產(chǎn)品引出，大部份液氧在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被氮?dú)馑訜岢蔀闅庋?，一部份氣氧也可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，大部份氣氧則作為上升氣流參與精餾。上塔的頂部可獲得氮?dú)饧?或)污氮?dú)狻Ｔ谏纤倪m當(dāng)部位還可以抽提出含氬較高的餾份，在制氬系統(tǒng)通過(guò)精餾可獲得產(chǎn)品氬。下塔可以不出純液氮而出污液氮，這時(shí)上塔也只出污氮?dú)狻２捎眠@樣的方法和裝置來(lái)分離空氣獲得不同形態(tài)的氧，氮和氬，特別是液態(tài)氧、氮產(chǎn)品及(或)壓力氧、氮產(chǎn)品，單位產(chǎn)品的電耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新的低溫下空氣分離的方法和裝置，使單位產(chǎn)品的電耗較大的下降。裝置的性能價(jià)格比更優(yōu)良。使用維護(hù)也更簡(jiǎn)便。
本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的主要技術(shù)特征是在空氣分離的過(guò)程中，使用了膨脹制冷用原料空氣和返流污氮(或返流氮)這兩種不同工質(zhì)的膨脹機(jī)。膨脹制冷用原料空氣和返流污氮(或返流氮)各自在不同的壓力和不同的溫度下進(jìn)行膨脹，向外做功，為空氣分離過(guò)程提供冷量。分離過(guò)程采用雙級(jí)精餾塔，精餾塔由下塔，上塔和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓，下同)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa以上。而且返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)是增壓透平膨脹機(jī)。
經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的空氣在在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后分為兩股氣流。一股氣流為膨脹制冷用空氣流，它經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)增壓機(jī)增壓及水冷器冷卻后進(jìn)入主換熱器，降低溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)，空氣對(duì)外做功，降壓降溫后，再返回主換熱器復(fù)熱后回到壓縮機(jī)的進(jìn)口或去水冷塔。另一股氣流為分離用空氣流，它經(jīng)過(guò)主換熱器降溫到飽和溫度或部分帶液后進(jìn)入精餾塔的下塔底部后，成為下塔的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔的底部獲得含氧較多的富氧液空。該富氧液空被引出下塔后，先經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器被由上塔頂部來(lái)的返流污氮(和返流氮)過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔成為上塔的回流液之一。在下塔的頂部獲得的氮?dú)猓俨糠挚勺鳛楫a(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供。大部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔的回流液。其余的液氮從冷凝蒸發(fā)器引出后經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器被由上塔頂部來(lái)的返流污氮(和返流氮)過(guò)冷，少部分作為產(chǎn)品外供；大部分經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔的頂部成為上塔的另一支回流液。上述兩股回流液成為上塔的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品外供，大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被氮?dú)饧訜岢蓺庋?，少部分氣氧可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，其余的氣氧成為上塔的上升氣流。上塔頂部獲得的返流污氮(或返流氮)進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后返回主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入工藝預(yù)定位置。當(dāng)上塔的頂部獲得大量純氮?dú)猱a(chǎn)品(又稱返流氮)時(shí)，進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)的氣體就是產(chǎn)品氮?dú)?返流氮)。
在本發(fā)明中，在上塔的頂部獲得的返流污氮(或返流氮)的溫度較低，可以在液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器中復(fù)熱。因此返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)則可位于液氮過(guò)冷器之前；或位于液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器中間；或位于液空過(guò)冷器之后。
在本發(fā)明中，進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)的氣體也可以取自主換熱器中的返流污氮(或返流氮)的通道。
在本發(fā)明中，膨脹制冷用空氣膨脹機(jī)和返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)是同時(shí)開(kāi)動(dòng)運(yùn)行的。
在本發(fā)明中，返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)是增壓透平膨脹機(jī)。
在本發(fā)明中，下塔不出純液氮而出污液氮時(shí)，上塔也只出污氮?dú)狻?br> 在本發(fā)明中，在上塔的適當(dāng)位置抽出含氬較高的氬餾份去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
在本發(fā)明中，還設(shè)置低溫預(yù)冷器，由外界的致冷機(jī)組，如氟利昂致冷機(jī)組，氨致冷機(jī)組等向相關(guān)氣流提供冷量。
在本發(fā)明中，還設(shè)置高壓換熱器及低溫泵，在外供液體產(chǎn)品的同時(shí)，還能外供部分內(nèi)壓縮氣體產(chǎn)品。
本發(fā)明實(shí)施上述技術(shù)措施之后，單位產(chǎn)品的電耗有明顯的下降，初步測(cè)祘可降低10％?？蓛?yōu)化性能價(jià)格比。使用和維修也更方便和經(jīng)濟(jì)。


附圖1，2分別為實(shí)施例一，二的空氣分離方法和裝置示意圖。內(nèi)中設(shè)備序號(hào)如下1為膨脹機(jī)增壓機(jī)，2為水冷器，3為主換熱器，4為膨脹制冷空氣膨脹機(jī)，5為精餾塔，6為下塔，7為上塔，8為冷凝蒸發(fā)器，9為液空過(guò)冷器，10為液氮過(guò)冷器，11為返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，12為低溫預(yù)冷器，13為低溫致冷機(jī)組。此外相關(guān)的物料流也作如下編號(hào)101為原料空氣，102為制冷用原料空氣，103為分離用原料空氣，104為富氧液空，105為返流污氮(或返流氮)，106為液氧產(chǎn)品，107為液氮，108為液氮產(chǎn)品，109為氬餾分。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例一經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的在預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去水蒸汽，二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣101分為兩股氣流。一股氣流為膨脹制冷用原料空氣流102，它經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)增壓機(jī)1增壓及水冷器2冷卻后進(jìn)入主換熱器3，降低溫度后進(jìn)入膨脹制冷用空氣膨脹機(jī)4，空氣對(duì)外做功，降壓降溫后，再返回主換熱器3復(fù)熱后回到壓縮機(jī)的進(jìn)口或去水冷塔。另一股氣流為分離用原料空氣流103，它經(jīng)過(guò)主換熱器3降溫到飽和溫度或部份帶液后，進(jìn)入精餾塔5的下塔6，精餾塔5由下塔6，上塔7和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器8組成。下塔6的操作壓力是0.65MPa，上塔7的操作壓力是0.08MPa。分離用原料空氣流103進(jìn)入下塔6的底部，成為下塔6的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔6的底部獲得含氧較多的富氧液空104。該富氧液空104被引出下塔6后，先經(jīng)過(guò)液空過(guò)冷器9被由上塔7頂部來(lái)的返流污氮105過(guò)冷，再經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔7成為上塔7的回流液之一。在下塔6的頂部獲得的氮?dú)?，少部分可作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，大部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔6的回流液。其余的液氮107經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器10被由上塔7頂部來(lái)的返流污氮105過(guò)冷，少部分作為產(chǎn)品108外供；大部分經(jīng)過(guò)節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔7的頂部成為上塔7的另一支回流液。上述兩股回流液成為上塔7的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔7的底部獲得液氧，少部分液氧可作為產(chǎn)品106外供，其余液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器8內(nèi)被氮?dú)饧訜岢蓺庋酰俨糠謿庋蹩勺鳛楫a(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供，其余氣氧成為上塔7的上升氣流。在上塔7的頂部獲得的返流污氮105在液氮過(guò)冷器9和液空過(guò)冷器10中復(fù)熱后進(jìn)入返流污氮膨脹機(jī)11，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后再進(jìn)入主換熱器3與原料空氣換熱，之后去工藝預(yù)定位置。膨脹制冷用空氣膨脹機(jī)4和返流污氮膨脹機(jī)11是同時(shí)開(kāi)動(dòng)運(yùn)行的。
在上塔的適當(dāng)位置抽出含氬較高的氬餾份109去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
實(shí)施例二在與實(shí)施例一相同的空氣分離方法和裝置的情況中，為了降低產(chǎn)品的能耗，在主換熱器3的適當(dāng)部位設(shè)置低溫預(yù)冷器12。并采用低溫致冷機(jī)組13向空氣提供冷量。
權(quán)利要求
1.一種空氣分離的方法，包括(1)經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，預(yù)冷系統(tǒng)冷卻并在凈化系統(tǒng)中除去有害雜質(zhì)后的空氣(101)分為膨脹制冷用用原料空氣流(102)和分離用原料空氣流(103)，(2)膨脹制冷用原料空氣流(102)經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)增壓機(jī)(1)增壓及水冷器(2)冷卻后進(jìn)入主換熱器(3)，降低溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)(4)，在膨脹機(jī)中降壓降溫后返還主換熱器(3)，出主換熱器(3)后回到壓縮機(jī)進(jìn)口或去氮水系統(tǒng)的水冷塔，(3)分離用原料空氣流(103)經(jīng)過(guò)主換熱器(3)后進(jìn)入精餾塔(5)，在精餾塔(5)內(nèi)分離成為各種形態(tài)的氧，氮產(chǎn)品和氬餾分，其特征在于(1)從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流污氮(105)(或返流氮)進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)，在該膨脹機(jī)(11)中降壓降溫后進(jìn)入主換熱器(3)復(fù)熱后去工藝預(yù)定位置，(2)膨脹制冷用原料空氣膨脹機(jī)(4)和返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)是同時(shí)開(kāi)動(dòng)運(yùn)行的，(3)精餾塔(5)的下塔(6)的操作壓力為0.65MPa(表壓)以上，而上塔(7)的操作壓力為0.08MPa(表壓)以上。
2.權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流污氮(105)(或返流氮)在進(jìn)入液氮過(guò)冷器(10)之前進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)。
3.權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流污氮(105)(或返流氮)經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器(10)之后進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)。
4.權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流污氮(105)(或返流氮)經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器(10)和液空過(guò)冷器(9)之后進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)。
5 權(quán)利要求1所述的一種空氣分離的方法，其特征在于從精餾塔(5)的上塔(7)獲得的返流污氮(105)(或返流氮)經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器(10)和液空過(guò)冷器(9)后，進(jìn)入主換熱器(3)初步復(fù)熱后進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)降壓降溫后，再進(jìn)入主換熱器(3)復(fù)熱后去工藝預(yù)定位置。
6.一種空氣分離的裝置，依次由(1)對(duì)空氣進(jìn)行加壓和除去有害雜質(zhì)使之成為原料空氣的壓縮機(jī)，預(yù)冷系統(tǒng)，和凈化系統(tǒng)，(2)對(duì)膨脹制冷用空氣進(jìn)行增壓和冷卻的膨脹機(jī)增壓機(jī)(1)，水冷器(2)，以及將膨脹制冷用空氣進(jìn)行降壓降溫的空氣膨脹機(jī)(4)，(3)對(duì)各種不同的流體進(jìn)行冷熱交換的主換熱器(3)，過(guò)冷器(9)，和(10)，(4)將分離用原料空氣進(jìn)行分離獲得產(chǎn)品的精餾塔(5)組成，其特征在于(1)還有將返流污氮(或返流氮)進(jìn)行降壓降溫的返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)，(2)精餾塔(5)是雙級(jí)精餾塔，由操作壓力為0.65MPa(表壓)以上的下塔(6)，操作壓力為0.08MPa(表壓)以上的上塔(7)和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器(8)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空氣分離裝置，其特征在于返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(11)是增壓透平膨脹機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空氣分離的裝置， 其特征在于設(shè)有低溫預(yù)冷器(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空氣分離的裝置，其特征在于由外界提供冷量的致冷機(jī)組是低溫致冷機(jī)組(13)。
全文摘要
一種空氣分離的方法和裝置，涉及到在低溫下利用精餾來(lái)分離空氣的方法和裝置。在空氣分離的過(guò)程中，使用了膨脹制冷用原料空氣和返流污氮(或返流氮)這兩種不同工質(zhì)的膨脹機(jī)。膨脹制冷用原料空氣和返流污氮(或返流氮)各自在不同的壓力和不同的溫度下進(jìn)行膨脹，向外做功，為空氣分離過(guò)程提供冷量。分離過(guò)程采用雙級(jí)精餾塔，精餾塔由下塔，上塔和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa(表壓)以上。采用這樣的方法和裝置來(lái)分離空氣，單位產(chǎn)品的電耗有明顯的下降，可優(yōu)化性能價(jià)格比，使用和維修也更方便和經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1616909SQ200410065189
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者江楚標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司