專利名稱：通過自增壓提高氧氣壓力的空氣分離設備的制作方法
技術領域：
本實用新型用于空氣分離設備，且主要針對通過低溫精餾法分離空氣的空氣分離 設備。
背景技術：
空氣分離簡稱“空分”，是指利用空氣中各組分物理性質(zhì)的不同，采用低溫液化、吸 附、膜分離等各種方法從空氣中分離出氧氣和氮氣-有時還提取氦氣、氬氣等稀有氣體的 過程。用于進行空氣分離的設備則稱為空氣分離設備或者空分設備。最常見的空氣分離設 備是利用低溫精餾原理分離空氣的設備。基本的低溫精餾空氣分離設備通常為雙塔系統(tǒng)， 該雙塔指中壓塔和低壓塔，其中低壓塔一般運行在1. 4巴(絕壓)左右，在該低壓塔的底部 通常為液氧產(chǎn)品。在典型的低溫精餾空氣分離方法中，首先通過空氣壓縮機將空氣加壓到約6巴的 絕對壓力。然后，將已加壓的空氣送到純化器單元，以便去除空氣中的雜質(zhì)，主要是在低溫 下能凝固的水分和二氧化碳。接著，將已凈化的加壓空氣進給到熱交換器，在該熱交換器中 將大部分空氣冷卻到接近其露點。此后，這部分空氣被引入雙塔系統(tǒng)以進行精餾。具體地 說，冷卻空氣被引入中壓塔的底部，并且由此向上流動，在流動過程中，該空氣與向下流動 的較冷液體進行傳熱傳質(zhì)，從而在中壓塔的頂部聚集了氮氣，而在中壓塔的底部獲得剩余 的富氧液。向下流動的較冷液體來自中壓塔和低壓塔之間的冷凝蒸發(fā)器。另外，前述熱交 換器內(nèi)的另一部分空氣在該熱交換器的中部被抽出并被送入膨脹機中，以便通過在膨脹機 中氣體膨脹降溫而產(chǎn)生空氣分離設備所需的冷量。膨脹后的空氣可以直接送到雙塔系統(tǒng)的 低壓塔中以用于精餾。最后，將從低壓塔底部提取的液氧以及從中壓塔和/或低壓塔頂部 提取的氣氮送到主換熱器中，復熱后可以成為供給用戶的氧氣產(chǎn)品以及/或者氮氣產(chǎn)品。通過上述低溫精餾法獲得的氧氣產(chǎn)品通常處于較低的壓力，比較接近大氣壓。因 此，為了使該氧氣產(chǎn)品具有較高的壓力以便滿足用戶的要求，通常為空氣分離設備設置氧 氣壓縮機或者液氧泵，使氣態(tài)氧氣產(chǎn)品或者液氧產(chǎn)生較高的壓力。然而，使用氧氣壓縮機或 者液氧泵具有可能出現(xiàn)爆炸或者著火的危險。此外，使用具有較多旋轉(zhuǎn)部件的氧氣壓縮機 或者液氧泵對整套空氣分離設備的可靠性也有不利的影響。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在解決上述現(xiàn)有技術中的一個或多個問題，以便提供一種更安全并 且可靠的空氣分離設備。具體地說，本實用新型提供了一種通過自增壓提高氧氣壓力的空氣分離設備，該 空氣分離設備包括通過管道順次連接的空氣壓縮機、空氣凈化單元、熱交換器單元、膨脹機 以及雙塔系統(tǒng)，該雙塔系統(tǒng)包括位于下部的中壓塔以及位于上部的低壓塔，并且該雙塔系 統(tǒng)在輸入以及輸出上與所述熱交換器單元連接，其特征在于，該空氣分離設備還包括一個 輔助蒸發(fā)器，該輔助蒸發(fā)器連接在雙塔系統(tǒng)的輸出端與熱交換器單元之間，并且接近地平面放置(1到2米高度)。本實用新型的空氣分離設備在較低的位置例如地平面處接收液氧，由此利用該液 態(tài)氧在下降過程中由于其自身重力產(chǎn)生的靜壓力差來為最終的氣態(tài)產(chǎn)品提供較高的壓力 (可達到約2. ^ara)，然后被進入中壓塔的空氣蒸發(fā)。所述氧產(chǎn)品的壓力是可通過液氧和 空氣壓力組合調(diào)節(jié)的(可達到約2. 5巴絕對壓力)。該空氣分離設備有效地避免了氧氣壓 縮機和/或液氧泵的使用，從而避免了使用這些裝置可能帶來的爆炸或著火的危險，并且 還避免了對空氣分離設備的可靠性產(chǎn)生不利的影響。因此，本實用新型的空氣分離設備更 安全并且運行更可靠。

下面通過附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實例。在附圖中圖1為根據(jù)本實用新型實施的空氣分離設備的結構示意圖。
具體實施方式
基于空氣分離設備中的中壓塔通常高達數(shù)十米的事實，本實用新型提出在較低的 位置接收從所述塔底部生產(chǎn)出來的液氧，該液氧在下降過程中通過其自身重力產(chǎn)生的靜壓 頭獲得了較高的壓力。下面參照圖1詳細說明本實用新型的實施方案。如圖所示，在空氣分離設備的輸入端設置有空氣壓縮機1。原料空氣首先在該空氣 壓縮機ι中被加壓到約為6巴的絕對壓力。然后，已加壓的空氣沿著管道11流入空氣分離設備的凈化單元2中，以便除去該 空氣中的水分和二氧化碳等雜質(zhì)。凈化后的空氣沿著管道21經(jīng)由換熱器單元3的熱端進 入換熱器中。在換熱器單元3中，進入的空氣通過熱交換被冷卻到其露點，并且通常以氣態(tài)形 式通過管道31、32被送到中壓塔4的底部。另外，在熱交換器單元3的中部設置有管道33， 以用于提取一部分空氣并將其送至膨脹機7。該部分空氣在膨脹機7中膨脹以生產(chǎn)空氣分 離設備所需的冷量。膨脹后的空氣通過管道71直接輸送到低壓塔5中，以用于精餾分離。在進入中壓塔4以后，仍處于氣態(tài)的空氣將沿著該中壓塔4向上流動，并且與向下 流動的較冷液體進行傳熱傳質(zhì)，從而可以在中壓塔4的頂部聚集了氮氣，向下流動的較冷 液體來自位于中、低塔中部的冷凝蒸發(fā)器6。在冷凝蒸發(fā)器6中，上升的中壓氮氣蒸發(fā)了低 壓塔底部的液氧而自身被冷凝，形成向下流動的回流液。最后，在低壓塔5的底部可以獲得 液氧。根據(jù)本實用新型，空氣分離設備還設置有輔助蒸發(fā)器8。如圖1中所示出的，該輔 助蒸發(fā)器8的輸入端通過管道51連接到低壓塔5的底部，以便接收在該低壓塔5底部生成 的液氧；該輔助蒸發(fā)器8的輸出端則通過管道52連接到換熱器單元3的冷端，以便將所接 收的自增壓后的液氧在蒸發(fā)之后送到換熱器單元3內(nèi)。復熱后作為氣氧產(chǎn)品供給到用戶。此外，還可以在中壓塔4的頂部獲得氣氮，該氣氮通過管道41同樣進入到換熱器 單元3中，復熱后形成供給到用戶的氣氮產(chǎn)品。為了充分利用由高度差產(chǎn)生的靜壓力差，優(yōu)先將輔助蒸發(fā)器8放置于盡可能接近地平面處。這樣，當液氧從低壓塔5下降到輔助蒸發(fā)器8中時，通過由該液氧自身的重力作 用產(chǎn)生最大的靜壓力差，可以在輔助蒸發(fā)器8獲得較高的氣氧壓力，例如約2. 5巴的絕對壓 力。在這種情況下必須提高進料空氣壓力至6巴絕對壓力以上以便在輔助蒸發(fā)器中把液氧 在更高的壓力下蒸發(fā)。 另外，從圖1中看出的，輔助蒸發(fā)器8接收了來自換熱器單元3的仍處于氣態(tài) 的輸入空氣。可以理解，與來自低壓塔5的液氧相比，該空氣具有較高的溫度，從而可 以蒸發(fā)所接收的液氧。此空氣壓力可根據(jù)最終的氧產(chǎn)品壓力要求調(diào)節(jié)。如氣氧產(chǎn)品約 1. 8/2. 0/2. 2/2. 5巴絕對壓力所需的壓縮機1排出空氣壓力為約5. 5/6. 0/6. 5/7. 0巴絕對 壓力。
權利要求1.一種通過自增壓提高氧氣壓力的空氣分離設備，包括通過管道順次連接的空氣壓縮 機、空氣凈化單元、換熱器單元、膨脹機以及雙塔系統(tǒng)，該雙塔系統(tǒng)包括位于下部的中壓塔 以及位于上部的低壓塔，并且該雙塔系統(tǒng)在輸入以及輸出上與所述換熱器單元連接，其特 征在于，該空氣分離設備還包括輔助蒸發(fā)器，該輔助蒸發(fā)器連接在雙塔系統(tǒng)的輸出端與換 熱器單元之間，并且放置于地平面或盡可能接近地平面。
2.根據(jù)權利要求1所述的空氣分離設備，其特征在于，所述輔助蒸發(fā)器與雙塔系統(tǒng)中 的低壓塔底部的輸出端相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的空氣分離設備，其特征在于，所述輔助蒸發(fā)器還包括與換熱 器單元的輸出端流體連通的輸入端，以用于接收來自該換熱器單元的氣態(tài)空氣。
專利摘要本實用新型涉及一種通過自增壓提高氧氣壓力的空氣分離設備，該設備包括通過管道順次連接的空氣壓縮機、空氣凈化單元、換熱器單元、膨脹機以及雙塔系統(tǒng)，該雙塔系統(tǒng)包括位于下部的中壓塔以及位于上部的低壓塔，并且該雙塔系統(tǒng)在輸入以及輸出上與所述換熱器單元連接，其特征在于，該空氣分離設備還包括輔助蒸發(fā)器，該輔助蒸發(fā)器連接在雙塔系統(tǒng)的輸出端與換熱器單元之間，并且放置于地平面或盡可能接近地平面。這種空氣分離設備可以在不使用氧氣壓縮機或者液氧泵的情況下獲得具有較高壓力的氣氧產(chǎn)品，因此更安全并且具有更高的可靠性。
文檔編號F25J3/04GK201909505SQ20102069860
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者P·麥利諾, 古本理郎 申請人:液化空氣(杭州)有限公司