專利名稱：一種利用igcc燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣的熱能與壓力能，用于空分裝置生產(chǎn)高壓氧氣的方法及裝置，屬于低溫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，S卩IGCC (Integrated Gasification CombinedCycle),它是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境友好，無(wú)污染物排放，對(duì)環(huán)保具有實(shí)際意義。IGCC系統(tǒng)主要包括空分裝置，燃?xì)廨啓C(jī)組，蒸汽輪機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組包括壓氣機(jī)、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)和燃燒室。膨脹機(jī)通過(guò)機(jī)械聯(lián)結(jié)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和壓氣機(jī)，見附圖1所示?！と?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的是壓氣機(jī)工作產(chǎn)生壓縮空氣，壓力1. 3MPa(絕壓)，溫度400°C。壓縮空氣除少部分被注入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室助燃外，大部分被節(jié)流減壓到O. 5MPa (絕壓)，經(jīng)過(guò)純化、降溫后送入空分裝置作為制氧的原料空氣。如圖所示。在此過(guò)程中，燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣大量的熱能被循環(huán)冷卻水冷卻降溫而浪費(fèi)；1. 3MPa的壓力能節(jié)流到O. 5MPa也同樣被浪費(fèi)。壓縮空氣是空分裝置加工空氣量的30%，同時(shí)空分裝置的分子篩吸附系統(tǒng)需要大量的熱量進(jìn)行分子篩再生。如果能夠利用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣大量的熱能和壓力能，有利于空分裝置制氧能耗的降低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種可以將燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮空氣的熱能與壓力能回收，為空分裝置制氧提高熱量和冷量，從而減少整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的消耗，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)利用，以便節(jié)約成本和動(dòng)力，降低空分裝置制氧能耗的利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的方法及裝置。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，它至少包括一主要由原料空氣壓縮機(jī)，冷卻、純化單元，主換熱器以及中低壓雙塔和主冷凝器組成的精餾塔構(gòu)成的空分裝置，它還包括一可引出一股燃?xì)鈮嚎s空氣的燃?xì)廨啓C(jī)組壓氣機(jī)，一可將所述燃?xì)鈮嚎s空氣與從空分裝置出來(lái)的常溫氮?dú)膺M(jìn)行熱交換的前熱交換器；空分裝置中的主換熱器中設(shè)置有一供燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)入的前段換熱通道，該前段換熱通道在主換熱器的上部設(shè)置有一連接一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)，該高溫透平膨脹機(jī)上的燃?xì)鈮嚎s空氣出口再連接于主換熱器中的后段換熱通道，所述后段換熱通道出口連通原料空氣壓縮機(jī)來(lái)的空氣匯合流道后或直接連通并接入精餾塔的中壓塔內(nèi)。所述的前熱交換器與主熱交換器之間設(shè)置有一對(duì)燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)行純化以除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔镫s質(zhì)的純化單元.所述的原料空氣壓縮機(jī)之后經(jīng)過(guò)冷卻、純化單元后至少分接有二路原料空氣，第一路原料空氣經(jīng)過(guò)管道連接一高壓空氣壓縮機(jī)，在經(jīng)過(guò)第一冷卻器后用管道連接一低溫透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)，增壓機(jī)出口接有第二冷卻器，之后通過(guò)管道連接主換熱器；在所述主換熱器的中部分叉接出一分支管路連接低溫透平膨脹機(jī)，之后接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)；而從主換熱器直接從底部接出一管路并直接或間接地接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)；第二路原料空氣經(jīng)過(guò)所述主換熱器的第二路原料空氣流道后直接或間接接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的壓縮空氣具有大量的熱能和壓力能，IGCC空分裝置生產(chǎn)高壓氧氣需要消耗大量的電能，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠充分利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣的熱能與壓力能的裝置，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)它具有較小的單位能量消耗生產(chǎn)高壓氧，并對(duì)IGCC其它的系統(tǒng)沒(méi)有干擾和影響；它充分回收利用了 IGCC系統(tǒng)的壓縮空氣大量的熱能和壓力能，從而降低空分裝置生產(chǎn)高壓氧氣的成本，可以經(jīng)濟(jì)地獲得高壓氧氣。

圖1是現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)組工藝原理圖。圖2是本實(shí)用新型的工藝流程原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖2所示，本實(shí)用新型所述的一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，它至少包括一主要由原料空氣壓縮機(jī)，冷卻、純化單元，主換熱器以及中低壓雙塔和主冷凝器組成的精餾塔構(gòu)成的空分裝置；它還包括有一可引出一股燃?xì)鈮嚎s空氣的燃?xì)廨啓C(jī)組壓氣機(jī)31，一可將所述燃?xì)鈮嚎s空氣與從空分裝置出來(lái)的常溫氮?dú)膺M(jìn)行熱交換的前熱交換器37 ;空分裝置中的主換熱器中設(shè)置有一供燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)入的前段換熱通道，該前段換熱通道在主換熱器的上部設(shè)置有一連接一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)41，該高溫透平膨脹機(jī)41上的燃?xì)鈮嚎s空氣出口再連接于主換熱器中的后段換熱通道，所述后段換熱通道出口連通原料空氣壓縮機(jī)來(lái)的空氣匯合流道后或直接連通并接入精餾塔的中壓塔內(nèi)。所述的前熱交換器37與主熱交換器之間設(shè)置有一對(duì)燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)行純化以除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔镫s質(zhì)的純化單元39.本實(shí)用新型所述的原料空氣壓縮機(jī)2之后經(jīng)過(guò)冷卻、純化單元后至少分接有二路原料空氣，第一路原料空氣經(jīng)過(guò)管道連接一高壓空氣壓縮機(jī)13，在經(jīng)過(guò)第一冷卻器后用管道連接一低溫透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)16，增壓機(jī)16出口接有第二冷卻器，之后通過(guò)管道連接主換熱器20 ;在所述主換熱器20的中部分叉接出一分支管路連接低溫透平膨脹機(jī)22，之后接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)；而從主換熱器20直接從底部接出一管路并直接或間接地接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)；第二路原料空氣經(jīng)過(guò)所述主換熱器的第二路原料空氣流道后直接或間接接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)。一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的方法，該方法是利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣的熱能與壓力能，用于空分裝置生產(chǎn)高壓氧氣，它包括如下幾個(gè)步驟I)從燃?xì)廨啓C(jī)組壓氣機(jī)31引出一股壓縮空氣35，其中至少一部分通過(guò)一個(gè)前熱交換器，與空分裝置出來(lái)的常溫污氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，使污氮?dú)鉁囟壬仙?，壓縮空氣被冷卻到常溫，從而實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣熱能的回收；2)壓縮空氣熱能回收后繼續(xù)純化，經(jīng)過(guò)純化單元后除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔镫s質(zhì)后送入空分冷箱的主換熱器20 ；3)壓縮空氣引到主換熱器20后，從主換熱器20的上部抽出，然后送入到一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹降壓和降溫，高溫透平膨脹機(jī)通過(guò)機(jī)械耦合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣壓力能量的回收；4)降溫后的壓縮空氣在主換熱器中繼續(xù)與逆流體進(jìn)行熱交換，從而進(jìn)一步冷卻，與空分裝置空氣壓縮機(jī)來(lái)的原料空氣匯合進(jìn)入冷箱內(nèi)的精餾塔中壓塔內(nèi)，作為空分裝置的一部分原料空氣。5)所述的精餾塔由一個(gè)中壓塔和一個(gè)低壓塔通過(guò)主冷凝器聯(lián)結(jié)形成雙塔結(jié)構(gòu)，通過(guò)主冷凝器，中壓塔提供低壓塔底部液體蒸發(fā)產(chǎn)生上升蒸汽的熱量，而低壓塔提供中壓塔頂部氮?dú)饫淠a(chǎn)生回流液的冷量，在雙塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氧、氮的分離；在低壓塔獲得液氧，液氧經(jīng)過(guò)至少一臺(tái)液氧泵壓縮后，在主換熱器中復(fù)熱汽化到常溫作為高壓氧氣產(chǎn)品。所述的作為空分裝置的另一部分原料空氣來(lái)自于所述的空分裝置空氣壓縮機(jī)，且所述空分裝置的空氣壓縮機(jī)原料空氣分為如下兩部分一部分原料空氣送到一個(gè)高壓空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，之后引入主換熱器與返流體熱交換后冷卻，然后使用一個(gè)高壓節(jié)流裝置，節(jié)流后送入中壓塔的下部；剩余部分的原料空氣引入主換熱器與返流流體熱交換也被冷卻，之后也送入中壓塔的下部，參與中壓塔內(nèi)的精餾。實(shí)施例本實(shí)用新型利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣的熱能與壓力能生產(chǎn)高壓氧氣，它至少包括中/低壓雙塔、帶發(fā)電機(jī)的高溫空氣透平膨脹機(jī)，高壓空氣壓縮機(jī)、低溫空氣透平膨脹機(jī)、主換熱器、高壓節(jié)流閥以及聯(lián)結(jié)管道。從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)31引出一股約400°C，1. 3MPa (絕壓)的壓縮空氣35，引到熱交換器37。在熱交換器37中，壓縮空氣I與空分裝置出來(lái)的常溫污氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，污氮?dú)鉁囟壬仙郊s200°C，壓縮空氣被冷卻到常溫，從而實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣熱能的回收。壓縮空氣然后通過(guò)管道38引入純化單元39，在純化單元，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行凈化，除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔镫s質(zhì)后通過(guò)管道40送入主換熱器20。壓縮空氣40引到主換熱器20后，從主換熱器20的上部抽出，然后送入到一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)41膨脹降壓到O. 5 O. 6MPa (絕壓)，優(yōu)選O. 55MPa (絕壓)，壓縮空氣在高溫透平膨脹機(jī)內(nèi)膨脹降溫到-60 -80°C，高溫透平膨脹機(jī)通過(guò)機(jī)械耦合驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)42發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣壓力能量的回收。降溫后的壓縮空氣43在主換熱器20繼續(xù)與逆流體熱交換，冷卻到露點(diǎn)溫度，與空分裝置空氣壓縮機(jī)來(lái)的空氣(23，27)匯合進(jìn)入中壓塔29，作為空分裝置的25%原料空氣。75 %原料空氣由空氣壓縮機(jī)2壓縮常溫常壓的空氣I提供。原料空氣通過(guò)管道3引入到空氣冷卻塔4冷卻到15 20°C，優(yōu)選17°C。通過(guò)管道6引到一組交替工作的分子篩吸附器(8，9)，被里面的分子篩吸附劑吸附除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)。交替工作的分子篩吸附器(8，9)，每隔4 8小時(shí)切換使用容器，優(yōu)選6個(gè)小時(shí)，一個(gè)工作一個(gè)再生。分子篩再生加熱溫度控制在170 200°C，再生氣為空分裝置出來(lái)的廢氣30。原料空氣11 一部分通過(guò)管道12引到高壓空氣壓縮機(jī)13壓縮到4. O 5. O MPa(絕壓)，優(yōu)選5. OMPa (絕壓)。然后冷卻后14通過(guò)管道15引入到低溫透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)16壓縮到超臨界壓力6. O 7. 5 MPa (絕壓)，冷卻后18通過(guò)管道19送入到主換熱器20。一部分高壓空氣從主換熱器20的中部抽出，通過(guò)管道21送入到低溫透平膨脹機(jī)22。經(jīng)過(guò)低溫透平膨脹機(jī)22的膨脹后，空氣降溫到泡點(diǎn)溫度，與其它的原料空氣(23，43)匯合進(jìn)入中壓塔29。另部分高壓空氣與返流體熱交換后冷卻到露點(diǎn)溫度，從主換熱器20的底部抽出，通過(guò)管道24送入到一個(gè)高壓節(jié)流裝置25，節(jié)流后送入中壓塔29的下部。其中，高壓節(jié)流裝置可以是節(jié)流閥，也可以是液體膨脹機(jī)，優(yōu)選液體膨脹機(jī)。相對(duì)于節(jié)流閥，液體膨脹機(jī)可以降低空分裝置的不可逆損失。原料空氣11 一部分通過(guò)管道27進(jìn)入主換熱器20，與返流流體熱交換并冷卻到露點(diǎn)溫度后引入中壓塔29。中壓塔29屬于氣提塔，不易揮發(fā)組分氧、氬濃集在中壓塔29的中下部，易揮發(fā)組分氮濃集在中壓塔29的頂部。中壓塔29和低壓塔50通過(guò)主冷凝器61聯(lián)結(jié)形成雙塔結(jié)構(gòu)，通過(guò)主冷凝器61，中壓塔29提供低壓塔50底部液體蒸發(fā)產(chǎn)生上升蒸汽的熱量，而低壓塔50提供中壓塔29頂部氮?dú)饫淠a(chǎn)生回流液52的冷量，在雙塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氧、氮的分離。低壓塔50的底部獲得至少99. 6% (V/V)純度的液氧，從低壓塔50的底部引出的液氧46，通過(guò)高壓液氧泵45壓縮后引入主換熱器20，與主換熱器的正流流體熱交換汽化到常溫作為高壓氧氣產(chǎn)品60。低壓塔50的頂部抽出污氮?dú)?7，經(jīng)過(guò)主換熱器20復(fù)熱后，通過(guò)管道59進(jìn)入熱交換氣37升溫，然后通過(guò)管道30進(jìn)入分子篩吸附器(8，9)進(jìn)行再生。該裝置的制冷是通過(guò)低溫透平膨脹機(jī)22和高溫透平膨脹機(jī)41共同實(shí)現(xiàn)的。低溫氮?dú)馀蛎洐C(jī)提供-177 -170°C的低溫冷量；高溫透平膨脹機(jī)41提供-60 _80°C的高溫冷量。上述實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)高壓氧氣裝置而言，可以作出各種變型或優(yōu)化，這些也是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。傳統(tǒng)空氣裝置生產(chǎn)lNm3/h高壓氧氣電消耗為O. 6千瓦.小時(shí)，本實(shí)用新型生產(chǎn)INmVh高壓氧氣電消耗為O. 45千瓦.小時(shí),是傳統(tǒng)空氣裝置生產(chǎn)高壓氧氣電消耗的75%。本實(shí)用新型專利如能推廣應(yīng)用，必將獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，它至少包括一主要由原料空氣壓縮機(jī)，冷卻、純化單元，主換熱器以及中低壓雙塔和主冷凝器組成的精餾塔構(gòu)成的空分裝置，其特征在于有一可引出一股燃?xì)鈮嚎s空氣的燃?xì)廨啓C(jī)組壓氣機(jī)(31 )，一可將所述燃?xì)鈮嚎s空氣與從空分裝置出來(lái)的常溫氮?dú)膺M(jìn)行熱交換的前熱交換器(37);空分裝置中的主換熱器中設(shè)置有一供燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)入的前段換熱通道，該前段換熱通道在主換熱器的上部設(shè)置有一連接一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)(41)，該高溫透平膨脹機(jī)(41)上的燃?xì)鈮嚎s空氣出口再連接于主換熱器中的后段換熱通道，所述后段換熱通道出口連通原料空氣壓縮機(jī)來(lái)的空氣匯合流道后或直接連通并接入精餾塔的中壓塔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，其特征在于所述的前熱交換器(37)與主熱交換器之間設(shè)置有一對(duì)燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)行純化以除去水、二氧化碳和碳?xì)浠衔镫s質(zhì)的純化單元(39 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，其特征在于所述的原料空氣壓縮機(jī)(2 )之后經(jīng)過(guò)冷卻、純化單元后至少分接有二路原料空氣，第一路原料空氣經(jīng)過(guò)管道連接一高壓空氣壓縮機(jī)(13)，在經(jīng)過(guò)第一冷卻器后用管道連接一低溫透平膨脹機(jī)的增壓機(jī)(16)，增壓機(jī)(16)出口接有第二冷卻器，之后通過(guò)管道連接主換熱器(20);在所述主換熱器(20)的中部分叉接出一分支管路連接低溫透平膨脹機(jī)(22)，之后接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)；而從主換熱器(20)直接從底部接出一管路并直接或間接地接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)； 第二路原料空氣經(jīng)過(guò)所述主換熱器的第二路原料空氣流道后直接或間接接入所述精餾塔的中壓塔內(nèi)。
專利摘要一種利用IGCC燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣生產(chǎn)氧氣的裝置，所述的裝置至少包括一由精餾塔組成的空分裝置，它還包括有一可引出一股燃?xì)鈮嚎s空氣的燃?xì)廨啓C(jī)組壓氣機(jī)，一可將所述燃?xì)鈮嚎s空氣與從空分裝置出來(lái)的常溫氮?dú)膺M(jìn)行熱交換的前熱交換器；空分裝置中的主換熱器中設(shè)置有一供燃?xì)鈮嚎s空氣進(jìn)入的前段換熱通道，該前段換熱通道在主換熱器的上部設(shè)置有一連接一臺(tái)帶發(fā)電機(jī)的高溫透平膨脹機(jī)，該高溫透平膨脹機(jī)上的燃?xì)鈮嚎s空氣出口再連接于主換熱器中的后段換熱通道，所述后段換熱通道出口連通原料空氣壓縮機(jī)來(lái)的空氣匯合流道后或直接連通并接入精餾塔的中壓塔內(nèi)；本實(shí)用新型在精餾塔的雙塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了氧、氮的分離；在低壓塔獲得液氧，液氧經(jīng)過(guò)至少一臺(tái)液氧泵壓縮后，在主換熱器中復(fù)熱汽化到常溫作為高壓氧氣產(chǎn)品。
文檔編號(hào)F25J3/04GK202836060SQ20122041792
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者何暉 申請(qǐng)人:杭州杭氧股份有限公司