專利名稱：一種由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于空氣分離技術領域，特別涉及一種由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣，并可附產液氬的工藝。
背景技術：
隨著社會經濟的發(fā)展，近年來，空分設備的應用領域不斷擴展，如石化、鋼鐵、玻璃、橡膠、建筑板材、多晶硅、碳纖維等行業(yè)都有涉足。工業(yè)對氮氣和氧氣的需求量是不斷增加的，氮氣和氧氣的壓力等級也日新月異，同時對節(jié)能降耗也不斷提出更高的要求。因此， 要想在市場上占有主動地位，就必須提高產品的提取率，降低裝置的運行能耗，挖掘設備運行的節(jié)能潛力，同時盡可能對空氣充分利用，同時提取其中的氮氣和氧氣。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種由空氣分離制取帶有一定壓力的產品氧氣和氮氣附產液氬的工藝，可以改善工藝產品的提取率，降低裝置運行能耗。本發(fā)明采用的技術方案如下
一種由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，將凈化后的空氣冷卻進入精餾系統(tǒng)，所述的精餾系統(tǒng)包括由冷凝蒸發(fā)器連接為一體的上塔和下塔構成的二級精餾系統(tǒng)以及純氮塔、氬塔；精餾后，在純氮塔頂部得到產品壓力氮氣，在上塔下部得到產品壓力氧氣，在氬塔上部得到液氬。其中得到氮氣產品的過程為凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入下塔進行精餾，在下塔底部得到液空節(jié)流進入氬塔頂部的冷凝器作冷源，經過相變換熱作純氮塔的上升蒸汽；在下塔頂部得到的氮氣進入冷凝蒸發(fā)器，被上塔底部液氧冷凝為液氮，冷凝后的液氮一部分進入下塔作回流液，其余液氮進入過冷器冷卻，冷卻后分為Al和A2兩部分Al 進入純氮塔作回流液參與純氮塔的精餾，經過精餾在純氮塔頂部得到壓力氮氣作為產品經過冷器和主換熱器復熱至常溫后作為壓力氮氣產品送至用戶。A2進入上塔作回流液參與上塔精餾。經過冷器冷卻的液氮冷卻后也可以分為Al、A2和A3三部分，A3部分作為液氮產品取出。氧氣產品的獲得過程為二級精餾系統(tǒng)上塔底部得到壓力氧氣經換熱器復熱至常溫后進入增壓透平膨脹機的增壓端進行增壓后作為壓力氧氣產品送至用戶。上塔底部得到液氧進入冷凝蒸發(fā)器與下塔氮氣相變換熱，在冷凝蒸發(fā)器底部可得到液氧產品。副產的氬氣產品獲得過程為上塔中部抽出氬餾分進入氬塔作為氬塔上升蒸汽， 氬塔回流液來自氬塔頂部的冷凝器中被液空冷凝的液氬，經過精餾在氬塔底部的餾分液氬回流到上塔中部作為回流液，在氬塔上部抽出液氬作為產品送至用戶。整個工藝中，在純氮塔底部得到富氧液空進入上塔中部作回流液參與上塔的精餾，氬塔頂部冷凝器中的液空也進入上塔中部作回流液。在上塔上部得到廢氣經主換熱器復熱進入增壓透平膨脹機的膨脹端進行膨脹做功為裝置提供冷量，膨脹后的氣體經主換熱器復熱后作為純化系統(tǒng)再生氣，多余部分去預冷系統(tǒng)蒸發(fā)致冷。 原料空氣經除雜后被空氣壓縮機壓縮至O. 6 O. 9MPa(G)，再預冷至空氣溫度為5-12°C，然后進入純化系統(tǒng)進行凈化。本發(fā)明根據(jù)工藝需要，將氬塔分成二段，采用液氬泵連接，避免采用一個氬塔時氬塔過高。工藝中具體各裝置的具體參數(shù)的控制本領域技術人員可根據(jù)工藝需要進行調整，或者采用現(xiàn)有軟件進行計算，此處不再贅述。本發(fā)明獲得的產品氧氣壓力約為O. 1-0. 25Mpa(G)，氧提取率為85_93% ;產品氮氣壓力約為O. 1-0. 4Mpa(G);同時可產部分液氧和液氮，還可附產液氬產品，裝置能耗為
O.53-0. 65kffh/Nm3 O2。另外，由于無需氧、氮產品的外壓縮，因此可避免產品二次污染，克服因產品壓縮機組故障對裝置連續(xù)運行的影響。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，有以下優(yōu)點
本發(fā)明制取工藝氧氣提取率可達到85-93%，能耗為O. 53-0. 65kffh/Nm3 O2。工藝能耗低，大大降低了空分裝置的能耗要求，符合國家現(xiàn)在的對高耗能產業(yè)的節(jié)能減排的要求，同時減少氧氣、氮氣壓縮設備的投入。


圖I為實施例I由空氣分離制取帶有一定壓力的產品氧氣和氮氣附產液氬的工藝流程圖。
具體實施例方式以下以具體實施例來說明本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此 實施例I
制取氧氣:10000 NmVh，壓力0. 15Mpa (G)；
氮氣:14000 Nm3/h，壓力0. 2Mpa (G)；
液気280 NmVh0結合圖1，原料空氣54000 NmVh經空氣過濾器除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機壓縮至O. 74MPa后，再經預冷系統(tǒng)降低空氣溫度至5-8°C，分離掉游離水后進入純化系統(tǒng)，去除H20、CO2, C2H2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入下塔I進行精餾，在下塔I底部得到32200NmVh液空節(jié)流進入氬塔3頂部的冷凝器作熱源，經過相變換熱作純氮塔4的上升蒸汽。在下塔I頂部得到的54800 NmVh氮氣進入冷凝蒸發(fā)器5，氮氣被上塔2底部液氧冷凝為液氮，冷凝后的液氮分成二部分33000 NmVh液氮進入下塔I作回流液，其余液氮進入過冷器6被返流氮氣冷卻，300 Nm3/h液氮作為產品取出，其余液氮分成二部分13500 Nm3/h液氮進入上塔2作回流液參與上塔2的精餾，其余進入純氮塔4作回流液參與純氮塔4的精餾。經過精餾在純氮塔4頂部得到壓力氮氣(14000 Nm3/h, O. 22Mpa)作為產品經過冷器6和主換熱器7復熱至常溫后作為氮氣產品送至用戶(14000 NmVh, O. 2Mpa)，在純氮塔4底部得到富氧液空26200 NmVh進入上塔2中部作回流液參與上塔2的精餾。 為了避免采用一個氬塔過高，本實施例采用兩段氬塔3和3’，采用液氬泵連接。經過精餾，在上塔2中部抽出氬餾分6600 NmVh進入氬塔3’作為氬塔上升蒸汽，在冷凝蒸發(fā)器5底部得到液氧(150 NmVh, O. 15Mpa)可作為產品送至用戶，在上塔2底部得到壓力氧氣(10000 NmVh, O. 12Mpa)經主換熱器7復熱至常溫進入增壓透平膨脹機的增壓端進行增壓后作為氧氣產品(10000 NmVh, O. 15Mpa)送至用戶。氬塔3回流液來自氬塔3頂部的冷凝器中被液空冷凝的6870 Nm3/h液氬，氬塔3頂部冷凝器中的液空進入上塔2中部作回流液；經過精餾在氬塔3’底部的餾分液氬回流到上塔2中部作為回流液，在氬塔3上部抽出280 NmVh液氬作為產品送至用戶。在上塔2上部得到廢氣(29300 Nm3/h, O. 12Mpa)經主換熱器7復熱進入增壓透平膨脹機的膨脹端進行膨脹做功為裝置提供冷量，膨脹后的氣體經主換熱器7復熱后作為純化系統(tǒng)再生氣，多余部分去預冷系統(tǒng)蒸發(fā)致冷。氧氣提取率為89%，能耗為O. 59kffh/Nm3 O2。上述實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明的實施并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明所作的改變均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，將凈化后的空氣冷卻進入精餾系統(tǒng)，所述的精餾系統(tǒng)包括由冷凝蒸發(fā)器連接為一體的上塔和下塔構成的二級精餾系統(tǒng)以及純氮塔、氬塔；精餾后，在純氮塔頂部得到產品壓力氮氣，在上塔下部得到產品壓力氧氣，在氬塔上部得到液氬。
2.如權利要求I所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入下塔進行精餾，在下塔底部得到液空節(jié)流進入氬塔頂部的冷凝器作冷源，經過相變換熱作純氮塔的上升蒸汽；在下塔頂部得到的氮氣進入冷凝蒸發(fā)器，被上塔底部液氧冷凝為液氮，冷凝后的液氮一部分進入下塔作回流液，其余液氮進入過冷器冷卻，冷卻后分為Al和A2兩部分Al進入純氮塔作回流液參與純氮塔的精餾，經過精餾在純氮塔頂部得到壓力氮氣作為產品經過冷器和主換熱器復熱至常溫后作為壓力氮氣產品送至用戶。
3.如權利要求2所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，A2進入上塔作回流液參與上塔精餾。
4.如權利要求2所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，經過冷器冷卻的液氮冷卻后分為Al、A2和A3三部分，A3部分作為液氮產品取出。
5.如權利要求2所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，二級精餾系統(tǒng)上塔底部得到壓力氧氣經換熱器復熱至常溫后進入增壓透平膨脹機的增壓端進行增壓后作為壓力氧氣產品送至用戶。
6.如權利要求5所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，在冷凝蒸發(fā)器底部得到液氧產品。
7.如權利要求5所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，上塔中部抽出氬餾分進入氬塔作為氬塔上升蒸汽，氬塔回流液來自氬塔頂部的冷凝器中被液空冷凝的液氬，經過精餾在氬塔底部的餾分液氬回流到上塔中部作為回流液，在氬塔上部抽出液氬作為產品送至用戶。
8.如權利要求7所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，在純氮塔底部得到富氧液空進入上塔中部作回流液參與上塔的精餾，氬塔頂部冷凝器中的液空進入上塔中部作回流液。
9.如權利要求8所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，在上塔上部得到廢氣經主換熱器復熱進入增壓透平膨脹機的膨脹端進行膨脹做功為裝置提供冷量，膨脹后的氣體經主換熱器復熱后作為純化系統(tǒng)再生氣，多余部分去預冷系統(tǒng)蒸發(fā)致冷。
10.如權利要求1-9任一所述的由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣附產液氬的工藝，其特征在于，原料空氣經除雜后被空氣壓縮機壓縮至O. 6 O. 9MPa(G)，再預冷至空氣溫度為5-12°C，然后進入純化系統(tǒng)進行凈化。
全文摘要
本發(fā)明屬于空氣分離技術領域，特別涉及一種由空氣分離制取壓力氧氣和壓力氮氣，并可附產液氬的工藝。將凈化后的空氣冷卻進入精餾系統(tǒng)，所述的精餾系統(tǒng)包括由冷凝蒸發(fā)器連接為一體的上塔和下塔構成的二級精餾系統(tǒng)以及純氮塔、氬塔；精餾后，在純氮塔頂部得到產品壓力氮氣，在上塔下部得到產品壓力氧氣，在氬塔上部得到液氬。本發(fā)明制取工藝氧氣提取率可達到85-93%，能耗為0.53-0.65kWh/Nm3O2。工藝能耗低,大大降低了空分裝置的能耗要求，符合國家現(xiàn)在的對高耗能產業(yè)的節(jié)能減排的要求，同時減少氧氣、氮氣壓縮設備的投入。
文檔編號F25J3/04GK102620520SQ20121010106
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權日2012年4月9日
發(fā)明者劉中杰, 孫計章, 彭輝, 王好民, 王玉磊 申請人:開封黃河空分集團有限公司