專(zhuān)利名稱(chēng)：氧氣自增壓空分裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空氣分離設(shè)備，尤其涉及一種氧氣自增壓空分設(shè)備。
背景技術(shù)：
空氣分離設(shè)備被廣泛的應(yīng)用于石油、化工、建材、冶金及環(huán)保等領(lǐng)域。其中氧氣作為助燃劑，更是且有不可替代的作用。
在玻璃生產(chǎn)線(xiàn)上，絕大部分浮法玻璃熔窯采用重油加熱后用壓縮空氣霧化送入窯內(nèi)燃燒熔化原料，用空分設(shè)備制取的氮?dú)庾麇a槽保護(hù)氣。
為保證重油燃燒充分需加入大量助燃風(fēng)，但普通空氣中78%為氮?dú)?，不能參與燃燒，只能作煙氣排放，還帶走部分熱量，降低了熱效率。而空分設(shè)備在生產(chǎn)氮?dú)獾耐瑫r(shí)，也獲得副產(chǎn)品氧氣或富氧。氧氣是一種助燃劑，可以利用氧氣這一特性，將空分設(shè)備制取的副產(chǎn)品送入熔窯內(nèi)助燃，節(jié)能降耗。利用氧氣助燃一方面可提髙火焰溫度、加快燃料燃燒速度，節(jié)約燃料；另一方面還可減少煙氣排放量，提高燃料熱利用率，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
但是以往為浮法線(xiàn)配備的空分設(shè)備其氧氣或富氧壓力只有0.03MPa(表壓，下同)，加上管道壓力損失，送入熔窯氧氣壓力只有0.02MPa。噴氧量不好調(diào)節(jié)，噴氧槍不容易控制，若伸入太深，因窯內(nèi)溫度高，有燒槍的危險(xiǎn)；收回多又會(huì)損傷池壁。最有效的辦法是提高氧氣壓力，而且氧氣壓力不需太髙，只要使氧氣壓力維持在0.15MPa左右即可。同時(shí)含氧增加可使節(jié)能效果更佳，實(shí)驗(yàn)證明，95%含氧量的富氧有最大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，其原因是氧含量降低將使燃料成本上升，氧含量提髙將使氧氣提取率下降，制氧成本增加。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種氧氣自增壓空分設(shè)備，可同時(shí)生產(chǎn)供玻璃生產(chǎn)線(xiàn)錫槽作保護(hù)氣的高純氮?dú)狻⒐┲嫉膲毫?.15MPa左右的富氧氣的空分設(shè)備，氧氣壓力增加不需采用液氧泵或氧壓機(jī)，而是利用液氧自身的液柱靜壓力，使氧氣壓力升髙。其不但滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品氮?dú)獾男枨?，而且生產(chǎn)出空分副產(chǎn)品富氧氣，其壓力、純度均可滿(mǎn)足重油助燃之需，節(jié)省了用戶(hù)的一次性投資，大幅降低了玻璃生產(chǎn)成本，為用戶(hù)創(chuàng)造了更髙收益。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種氧氣自增壓空分裝置，包括將外部空氣進(jìn)行壓縮的空氣壓縮機(jī)、對(duì)空氣壓縮機(jī)輸出的空氣進(jìn)行凈化的分子篩純化裝置、對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)行膨脹制冷的增壓透平膨脹裝置、將經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹裝置的空氣分離成氧和氮的精餾塔以及供空分裝置中的氣體進(jìn)行熱交換的換熱器，所述精餾塔包括上塔和下塔，所述上塔底部設(shè)有主冷凝蒸發(fā)器，所述空分裝置還包括將經(jīng)過(guò)分子篩純化裝置凈化的空氣以及由精餾塔分離出來(lái)的液氧分別冷凝蒸發(fā)成液空和氧氣的輔助冷凝蒸發(fā)器，所述輔助冷凝蒸發(fā)器低于主冷凝蒸發(fā)器設(shè)置，輔助冷凝蒸發(fā)器的液空輸出端與下塔連通。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的技術(shù)方案是 一種氧氣自增壓空分裝置，包括將外部空氣進(jìn)行壓縮的空氣壓縮機(jī)、對(duì)空氣壓縮機(jī)輸出的空氣進(jìn)行凈化的分子篩純化裝置、對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)行膨脹制冷的增壓透平膨脹裝置、將經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹裝置的空氣分離成氧和氮的精餾塔以及供空分裝置中的氣體迸行熱交換的換熱器，所述精餾塔包括上塔和下塔，所述上塔底部設(shè)有主冷凝蒸發(fā)器，所述空分裝置還包括將經(jīng)過(guò)分子篩純化裝置凈化的空氣以及由精餾塔分離出來(lái)的液氧分別冷凝蒸發(fā)成液空和氧氣的輔助冷凝蒸發(fā)器，所述輔助冷凝蒸發(fā)器低于主冷凝蒸發(fā)器設(shè)置，輔助冷凝蒸發(fā)器的液空輸出端與下塔連通。
所述增壓透平膨脹裝置包括同軸異端設(shè)置的增壓機(jī)和膨脹機(jī)，所述增壓機(jī)輸入端與分子篩純化裝置的輸出端相連通，所述增壓機(jī)的輸出端經(jīng)過(guò)換熱器冷卻后與膨脹機(jī)的輸入端連通，所述膨脹機(jī)的輸出端與下塔連通。
所述下塔底部設(shè)有將液空送入上塔的連通管道，所述連通管道上設(shè)有節(jié)流閾；所述精餾塔外還設(shè)有與主冷凝蒸發(fā)器以及下塔頂部的液氮出口連通的液氮輸出管、與主冷凝蒸發(fā)器以及下塔頂部的氣氮出口連通的氣氮輸出管、與上塔底部連通的液氧輸出管以及與上塔頂部連通的污氮輸出管；所述液氮輸出管與空分裝置外部連通；所述氣氮輸出管經(jīng)過(guò)換熱器后與空分裝置外部連通；所述污氮輸出管經(jīng)過(guò)換熱器換熱后與分子篩純化裝置連通。
所述輔助冷凝蒸發(fā)器設(shè)有上下設(shè)置并連通的氧氣出口和液氧進(jìn)口、以及上下設(shè)置并另外連通的空氣進(jìn)口和液空出口，所述液氧進(jìn)口與液氧輸出管連接，所述分子篩純化裝置的空氣輸出端經(jīng)過(guò)后換熱器與空氣進(jìn)口連通，所述液空出口與下塔連通，所述氧氣出口經(jīng)過(guò)換熱器后輸出空分裝置外。
所述空分裝置還包括過(guò)冷器，所述連通管道、污氮輸出管和液氮輸出管分別經(jīng)過(guò)過(guò)冷器。
所述空分裝置還包括設(shè)于空氣壓縮機(jī)和分子篩純化裝置之間的預(yù)冷裝置。
所述分子篩純化裝置包括分子篩吸附器和電加熱器。 本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是
1. 本實(shí)用新型通過(guò)主冷凝蒸發(fā)器與輔助冷凝蒸發(fā)器的高度位差，利用 液氧自身的液柱靜壓力，流入冷箱底部的液氧壓力升髙，使得液氧自增壓得 到壓力>0.15 MPa的氧氣，其氧氣壓力升高不需氧壓機(jī)或液氧泵等增壓設(shè) 備，大大提髙了設(shè)備的安全運(yùn)行周期；所得氧氣的壓力、純度均可滿(mǎn)足重油 助燃之需，節(jié)省了用戶(hù)的一次性投資，大幅降低了玻璃生產(chǎn)成本，為用戶(hù)創(chuàng) 造了更髙收益。
2. 本實(shí)用新型冷水機(jī)組的全低壓分子篩吸附流程，有效防止水分、二 氧化碳進(jìn)入冷箱中低溫設(shè)備，運(yùn)行壓力低，安全可靠。
3. 本實(shí)用新型的增壓透平膨脹裝置利用進(jìn)裝置的部分壓力空氣膨脹制 冷，膨脹后的空氣送入下塔參與精餾，提高了精餾效率。降低了空壓機(jī)的排 氣壓力，從本質(zhì)上做到了低壓流程，起到了節(jié)能的效果。
4. 本發(fā)明空分設(shè)備的空氣壓縮機(jī)排氣調(diào)節(jié)范圍為75% 105%，達(dá)到節(jié) 能的目的。


圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例輔助冷凝蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中l(wèi)空氣壓縮機(jī)；2分子篩純化裝置；21分子篩吸附器；22電加熱 器；3增壓透平膨脹裝置；31增壓機(jī)；32膨脹機(jī)；4換熱器；41增壓空氣 冷卻器；5精餾塔；51上塔；52下塔；53主冷凝蒸發(fā)器；54節(jié)流閥；55連 通管道；56液氮輸出管；57氣氮輸出管；58液氧輸出管；59污氮輸出管； 6輔助冷凝蒸發(fā)器；61氧氣出口； 62液氧進(jìn)口； 63空氣進(jìn)口； 64液空出口； 7過(guò)冷器；8預(yù)冷裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
實(shí)施例如圖1所示， 一種氧氣自增壓空分裝置，包括將外部空氣進(jìn)行
6壓縮的空氣壓縮機(jī)1、對(duì)空氣壓縮機(jī)1輸出的空氣進(jìn)行凈化的分子篩純化裝置2、對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)行膨脹制冷的增壓透平膨脹裝置3、將經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹裝置3的空氣分離成氧和氮的精餾塔5以及供空分裝置中的氣體進(jìn)行熱交換的換熱器4。所述換熱器4和精餾塔5位于冷箱9內(nèi)。
所述空分裝置還包括設(shè)于空氣壓縮機(jī)1和分子篩純化裝置2之間的所述預(yù)冷裝置8為冷水機(jī)組，其根據(jù)冷卻水溫度和冷卻水量的變化，熱氣旁通閥輔佐調(diào)節(jié)，最終達(dá)到系統(tǒng)的制冷量調(diào)節(jié)，恒定冷卻水的初期溫度，以達(dá)到冷卻空氣并使空氣溫度穩(wěn)定在一定的范圍。
所述精餾塔5包括上塔51和下塔52，所述上塔51底部設(shè)有主冷凝蒸發(fā)器53,其中上、下塔采用全鋁結(jié)構(gòu)高效對(duì)流篩板，塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，并采用特殊工藝制作，充分保證塔板的水平度，塔板效率高，產(chǎn)品提取率高。
所述空分裝置還包括將經(jīng)過(guò)分子篩純化裝置2凈化的空氣以及由精餾塔5分離出來(lái)的液氧分別冷凝蒸發(fā)成液空和氧氣的輔助冷凝蒸發(fā)器6,所述輔助冷凝蒸發(fā)器6位于冷箱9內(nèi)的底部低于主冷凝蒸發(fā)器53設(shè)置，輔助冷凝蒸發(fā)器6的液空輸出端與下塔52連通。
增壓透平膨脹裝置3共有二臺(tái)(一用一備)，所述增壓透平膨脹裝置3包括同軸異端設(shè)置的增壓機(jī)31和膨脹機(jī)32,其中增壓機(jī)31位于冷箱9夕卜，膨脹機(jī)32位于冷箱9內(nèi)。所述增壓機(jī)31輸入端與分子篩純化裝置2的輸出端相連通，所述增壓機(jī)31的輸出端經(jīng)過(guò)換熱器4冷卻后與膨脹機(jī)32的輸入端連通，所述膨脹機(jī)32的輸出端與下塔52連通。膨脹機(jī)32的作功由與膨脹機(jī)32同軸異端匹配的增壓機(jī)31回收，用以提髙膨脹機(jī)32的進(jìn)口壓力，增加焓降，減少膨脹空氣量，同時(shí)也提髙了整套空氣分離裝置的液體產(chǎn)品提取量。
所述下塔52底部設(shè)有將液空送入上塔51的連通管道55，所述連通管道55上設(shè)有節(jié)流閥54;所述精餾塔5外還設(shè)有與主冷凝蒸發(fā)器53以及下塔52頂部的液氮出口連通的液氮輸出管56、與主冷凝蒸發(fā)器53以及下塔52頂部的氣氮出口連通的氣氮輸出管57、與上塔51底部連通的液氧輸出管58以及與上塔51頂部連通的污氮輸出管59;所述液氮輸出管56與冷箱9外部連通；所述氣氮輸出管57經(jīng)過(guò)換熱器4后與冷箱9外部連通；所述污氮輸出管59經(jīng)過(guò)換熱器4換熱后與分子篩純化裝置2連通。所述輔助冷凝蒸發(fā)器6設(shè)有上下設(shè)置并連通的氧氣出口 61和液氧進(jìn)口 62、以及上下設(shè)置并另外連通的空氣進(jìn)口 63和液空出口 64,如圖2所示， 所述液氧進(jìn)口 62與液氧輸出管58連接，所述分子篩純化裝置2的空氣輸出 端經(jīng)過(guò)后換熱器4與空氣進(jìn)口 63連通，所述液空出口 64與下塔52連通， 所述氧氣出口 61經(jīng)過(guò)換熱器4后輸出冷箱9外?？諝夂鸵貉踉谳o助冷凝蒸 發(fā)器6中發(fā)生熱交換，分別冷凝、蒸發(fā)成液空和氧氣。
所述冷箱9內(nèi)設(shè)有過(guò)冷器7,所述連通管道55、污氮輸出管59和液氮 輸出管56分別經(jīng)過(guò)過(guò)冷器7。
所述分子篩純化裝置2包括分子篩吸附器21和電加熱器22。其中分子 篩吸附器21 —個(gè)輸入端輸入經(jīng)過(guò)冷水機(jī)組的空氣，另一輸入端輸入經(jīng)過(guò)電 加熱器22加熱的污氮， 一個(gè)輸出端向外排放雜質(zhì)氣體，另一個(gè)輸出端輸出 經(jīng)過(guò)凈化的空氣。其中分子篩吸附器21選用優(yōu)化設(shè)計(jì)的長(zhǎng)周期分子篩吸附 器，采用先進(jìn)的氣流分布裝置和結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單可靠的防偏流裝置，使得床層結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。同時(shí)電加熱器采用獨(dú)特的立式棒狀設(shè)計(jì)，確保故障率低，方
便更換。
工作時(shí)，空氣由空氣壓縮機(jī)1的空氣進(jìn)口輸入，經(jīng)過(guò)預(yù)冷裝置8冷水機(jī) 組冷卻再進(jìn)入分子篩吸附器21將C02、 H20等雜質(zhì)氣體凈化后，輸出的大 部分氣體進(jìn)入增壓透平膨脹裝置3的增壓機(jī)31增壓至1.14MPa，再經(jīng)過(guò)換 熱器4的增壓空氣冷卻器41并與其中的返流氣體氧、純氮、污氮熱交換冷 卻后，進(jìn)入膨脹機(jī)32制冷，最后送入下塔52;另一部分氣體直接進(jìn)入換熱 器4參與回收返流氣體氧、純氮、污氮的冷量，再通過(guò)空氣進(jìn)口 63進(jìn)入設(shè) 置在冷箱底部的輔助冷凝蒸發(fā)器6,與主冷凝蒸發(fā)器53流下的液氧進(jìn)行換 熱，蒸發(fā)液氧的同時(shí)自身被冷卻至全液化進(jìn)入下塔52中。
在下塔52中，空氣被分離成氮和富氧液空，上升氣氮部分在主冷凝蒸 發(fā)器53中液化成液氮，同時(shí)主冷凝蒸發(fā)器53的低壓側(cè)液氧被氣化。部份液 氮留下作為下塔52的回流液，另一部分液氮從下塔52頂部由液氮輸出管 56引出，經(jīng)過(guò)冷器7被污氮過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氮送出冷箱9外。
下塔52底部的液空通過(guò)連通管道55,先經(jīng)過(guò)過(guò)冷器7過(guò)冷再經(jīng)節(jié)流閥 54送入上塔51頂部作回流液。
由主冷凝蒸發(fā)器53形成的液氧從上塔51底部抽出，經(jīng)液氧輸出管58進(jìn)入冷箱9底部的輔助冷凝蒸發(fā)器6的液氧進(jìn)口 62中，利用液氧自身的液 柱靜壓力，使流入輔助冷凝蒸發(fā)器6的液氧被空氣蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣氧壓力 》0.15MPa，并在換熱器4中復(fù)熱后到常溫后送往冷箱9外供使用。 一小部 分液氧可以在進(jìn)入輔助冷凝蒸發(fā)器6之前被抽出，作為產(chǎn)品送往冷箱9外(圖 1中未示出)。
污氮從上塔51頂部由污氮輸出管59引出，并在過(guò)冷器7中分別與連通 管道55中的液空和液氮輸出管56中的液氮發(fā)生熱交換復(fù)熱，再在換熱器4 中復(fù)熱后送出冷箱9外并經(jīng)過(guò)加熱器22加熱后作為分子篩吸附器的再生氣 體。
產(chǎn)品氣氮經(jīng)過(guò)氣氮輸出管57引出，經(jīng)換熱器4中回收冷量后復(fù)熱后送 往冷箱9外供使用。
在返流復(fù)熱后的污氮?dú)庵谐槌鲆恍〔糠肿鳛榭諝夥蛛x裝置的密封氣充 入冷箱9 (圖1中未示出)，使冷箱9內(nèi)保持一定的正壓，以免外界大氣侵 入冷箱9而使冷箱絕9熱材料受潮，降低保溫效果。
本實(shí)用新型不但滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品氮?dú)獾男枨?，而且生產(chǎn)出空分副產(chǎn)品 富氧氣，其壓力、純度均可滿(mǎn)足重油助燃之需，降低了玻璃生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求1. 一種氧氣自增壓空分裝置，包括將外部空氣進(jìn)行壓縮的空氣壓縮機(jī)(1)、對(duì)空氣壓縮機(jī)(1)輸出的空氣進(jìn)行凈化的分子篩純化裝置(2)、對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)行膨脹制冷的增壓透平膨脹裝置(3)、將經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹裝置(3)的空氣分離成氧和氮的精餾塔(5)以及供空分裝置中的氣體進(jìn)行熱交換的換熱器(4)，所述精餾塔(5)包括上塔(51)和下塔(52)，所述上塔(51)底部設(shè)有主冷凝蒸發(fā)器(53)，其特征在于所述空分裝置還包括將經(jīng)過(guò)分子篩純化裝置(2)凈化的空氣以及由精餾塔(5)分離出來(lái)的液氧分別冷凝蒸發(fā)成液空和氧氣的輔助冷凝蒸發(fā)器(6)，所述輔助冷凝蒸發(fā)器(6)低于主冷凝蒸發(fā)器(53)設(shè)置，輔助冷凝蒸發(fā)器(6)的液空輸出端與下塔(52)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述增壓透平膨脹裝置(3)包括同軸異端設(shè)置的增壓機(jī)(31)和膨脹機(jī)(32)，所述增壓機(jī)(31)輸入端與分子篩純化裝置(2)的輸出端相連通，所述增壓機(jī)(31)的輸出端經(jīng)過(guò)換熱器(4)冷卻后與膨脹機(jī)(32)的輸入端連通，所述膨脹機(jī)(32)的輸出端與下塔(52)連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述下塔(52)底部設(shè)有將液空送入上塔(51)的連通管道(55),所述連通管道(55)上設(shè)有節(jié)流閥(54);所述精餾塔(5)外還設(shè)有與主冷凝蒸發(fā)器(53)以及下塔(52)頂部的液氮出口連通的液氮輸出管(56)、與主冷凝蒸發(fā)器(53)以及下塔(52)頂部的氣氮出口連通的氣氮輸出管(57)、與上塔(51)底部連通的液氧輸出管(58)以及與上塔(51)頂部連通的污氮輸出管(59);所述液氮輸出管(56)與空分裝置外部連通；所述氣氮輸出管(57)經(jīng)過(guò)換熱器(4)后與空分裝置外部連通；所述污氮輸出管(59)經(jīng)過(guò)換熱器(4)換熱后與分子篩純化裝置(2)連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述輔助冷凝蒸發(fā)器(6)設(shè)有上下設(shè)置并連通的氧氣出口 (61)和液氧進(jìn)口 (62)、以及上下設(shè)置并另外連通的空氣進(jìn)口 (63)和液空出口 (64)，所述液氧進(jìn)口 (62)與液氧輸出管(58)連接，所述分子篩純化裝置(2)的空氣輸出端經(jīng)過(guò)后換熱器(4)與空氣進(jìn)口 (63)連通，所述液空出口 (64)與下塔(52)連通，所述氧氣出口 (61)經(jīng)過(guò)換熱器(4)后輸出空分裝置外。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述空分裝置還包括過(guò)冷器(7),所述連通管道(55)、污氮輸出管(59)和液氮輸出管(56)分別經(jīng)過(guò)過(guò)冷器(7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述空分裝置還包括設(shè)于空氣壓縮機(jī)(1)和分子篩純化裝置(2)之間的預(yù)冷裝置(8)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣自增壓空分裝置，其特征在于所述分子篩純化裝置(2)包括分子篩吸附器(21)和電加熱器(22)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氧氣自增壓空分裝置，包括將外部空氣進(jìn)行壓縮的空氣壓縮機(jī)、對(duì)空氣壓縮機(jī)輸出的空氣進(jìn)行凈化的分子篩純化裝置、對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)行膨脹制冷的增壓透平膨脹裝置、將經(jīng)過(guò)增壓透平膨脹裝置的空氣分離成氧和氮的精餾塔以及供空分裝置中的氣體進(jìn)行熱交換的換熱器，所述精餾塔包括上塔和下塔，所述上塔底部設(shè)有主冷凝蒸發(fā)器，所述空分裝置還包括將經(jīng)過(guò)分子篩純化裝置凈化的空氣以及由精餾塔分離出來(lái)的液氧分別冷凝蒸發(fā)成液空和氧氣的輔助冷凝蒸發(fā)器，所述輔助冷凝蒸發(fā)器低于主冷凝蒸發(fā)器設(shè)置。本實(shí)用新型不但滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品氮?dú)獾男枨?，而且生產(chǎn)出空分副產(chǎn)品富氧氣，其壓力、純度均可滿(mǎn)足重油助燃之需，降低了玻璃生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)F25J3/04GK201281522SQ20082004160
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者俞士良, 張小元, 胡玖益 申請(qǐng)人:蘇州制氧機(jī)有限責(zé)任公司