本發(fā)明涉及化工與廢氣排放安全領(lǐng)域，具體涉及一種空氣分離設(shè)備的廢氣混合排放裝置與相應(yīng)的廢氣混合排放的方法。

背景技術(shù)：

氧氣是一種氧化性氣體，可以急劇加速燃燒或發(fā)生爆炸，與可燃物或還原性物質(zhì)接觸，有引起火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)。在正常的空氣中非可燃的材料（包括防火材料），在富氧環(huán)境里也可能劇烈燃燒。基于烴類（碳?xì)浠衔铮┑奈镔|(zhì)，如油、油脂等在富氧環(huán)境中特別危險(xiǎn)，可與氧發(fā)生劇烈反應(yīng)導(dǎo)致起火或爆炸。容器遇火或高溫加熱，可能有開裂和爆炸的危險(xiǎn)，發(fā)生火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)隨著空氣中氧氣濃度的增加而增加。因此，氧富集的地區(qū)是非常危險(xiǎn)的?？諝庵姓５难鯕鉂舛仁?0.95%（體積），氧氣濃度大于23.5%（體積）即為富氧環(huán)境。

在大型空氣分離設(shè)備運(yùn)行期間，可能會(huì)有大量的氧氣（排放量大于60000-120000nm³/h）排放到大氣/環(huán)境中的情況，擴(kuò)散模擬計(jì)算表明，氧氣排放形成的危險(xiǎn)區(qū)域范圍很大，因此大型空氣分離設(shè)備對排放氧氣的高度和位置都有一定要求。大型空氣分離制氧設(shè)備一般會(huì)產(chǎn)生含氮量較高的氣體并直接排放到大氣中，氮水塔可以利用這些氣體與熱水進(jìn)行熱交換，來生產(chǎn)冷凍水。在空氣分離設(shè)備運(yùn)行時(shí)，氮水塔會(huì)持續(xù)工作。此外，來自空氣分離設(shè)備的不合格產(chǎn)品，包括氧氣，及在下游客戶短時(shí)間不用氣時(shí)的合格的氧氣產(chǎn)品，將通過排放塔排入大氣。為了讓排放裝置更緊湊并簡化結(jié)構(gòu)，可將排放塔與氮水塔相鄰排布一體化建造。

如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)中一種排放來自空氣分離設(shè)備的廢氣的裝置，包括氮水塔1’，排放塔2’，以及兩者之間隔墻3’。在氮水塔1’中，污氮?dú)饣虻獨(dú)馔ǔＭㄟ^垂直的通道向上流動(dòng)至排放室13’，在排放室13’頂部的排放口14’用來將濕污氮?dú)馀欧湃氪髿庵?。從氮水?’中排放的濕污氮?dú)馔ǔＪ沁B續(xù)排放的。在排放塔2’底部包括數(shù)根廢氣排放管道，例如空氣管21’，氮?dú)夤?2’，氧氣管23’；在排放塔2’頂部還包括廢氣排放口24’。由于在空氣分離設(shè)備運(yùn)行的不同階段和不同工況下中排放的氣體成分是變化的，所以有可能是單一廢氣從排放塔2’中排放。因此排放塔2’的設(shè)計(jì)必須考慮多種工況和彈性，使其能夠同時(shí)滿足多種氣體以最大流量排放。如果只有單一的氣體排放，其排放流速一般會(huì)比較低，在這種情況下如果該氣體是氧氣會(huì)產(chǎn)生排放危險(xiǎn)。因?yàn)檠鯕獗瓤諝庵兀谘鯕怆x開排放塔后，低流速將導(dǎo)致短距離內(nèi)有下沉至地面的趨勢，同時(shí)在特定的天氣條件下（例如無風(fēng)天氣），排放危險(xiǎn)區(qū)域（氧氣濃度≥25vol.%的區(qū)域）的范圍很大，考慮到氧氣的物理化學(xué)性質(zhì)，在這種濃度下將是有危險(xiǎn)的。

美國專利（us6733003b2，2004年）公開了一種空氣分離設(shè)備的排放裝置，如圖2所示是裝置的垂直方向的截面示意圖。排放塔2’內(nèi)置了一組排放筒25’，其頂部與開在隔墻3’上的濕氮?dú)馀欧趴?5’幾乎相平。排放筒25’的作用一方面使所有輸入的氣體能夠完全排放，另一方面能保證在排放塔2’的排放口24’，即使只有單一氧氣輸入的情況下，排放速率也不小于7m/s。但是因?yàn)榕欧潘?’的排放口24’的橫截面積約為單一氮水塔的排放口的60%-80%，同時(shí)形成了彎道，這種設(shè)計(jì)將導(dǎo)致氮?dú)馔ㄟ^排放裝置時(shí)產(chǎn)生較高的阻力。

美國專利（us6733003b2，2004年）還公開了上述的裝置的另一種變體。如圖3所示是裝置的垂直方向的截面示意圖。氮水塔1’的上層排放室13’與排放塔2’通過安裝在隔離墻上的排放口15’相連，氣體從排放塔2’通過安裝在隔離墻上的排放口15’輸入排放室13’，在排放室13’中所有廢氣通過氮水塔1’的排放口14’排放到大氣中。與上端所述的優(yōu)先的裝置相比，這種變體的稀釋效果較差。同時(shí)這種變體的設(shè)計(jì)將可能導(dǎo)致氮水塔內(nèi)的流體擾動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供種空氣分離設(shè)備的廢氣混合排放裝置，以及相應(yīng)的廢氣混合排放方法，能夠降低空氣分離設(shè)備氧氣排放的風(fēng)險(xiǎn)，且不對其他設(shè)備內(nèi)部造成擾動(dòng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種空氣分離設(shè)備的廢氣混合排放裝置，該裝置包括設(shè)置有外置的廢氣混合排放筒的第一排放塔，用以排放包含有氧氣或任意其他廢氣的第二排放塔，以及排放管道，所述的第一排放塔上設(shè)有排放口一，所述的第二排放塔設(shè)有排放口二，所述的廢氣混合排放筒設(shè)置于所述的第一排放塔的排放口一處，所述的第二排放塔的排放口二通過所述的排放管道與所述的廢氣混合排放筒相連，第二排放塔排放氣與第一排放塔排放氣在廢氣混合排放筒中充分混合后形成混合排放氣排放，該混合排放氣中的氧氣濃度低于第二排放塔排放氣中的氧氣濃度。

其中，所述的廢氣混合排放筒上設(shè)有排放口三。

優(yōu)選地，所述的第一排放塔排放氣易與氧氣混合，且第一排放塔排放氣中的氧氣濃度比所述的第二排放塔排放氣中的氧氣濃度低。優(yōu)選地，所述的排放管道與所述的第二排放塔的排放口二的水平夾角α大于0°，小于等于60°。

優(yōu)選地，所述的排放管道與所述的第二排放塔的排放口二的水平夾角α優(yōu)選為30-45°。

優(yōu)選地，所述的廢氣混合排放筒的排放口三的上端面與所述的排放管道和所述的廢氣混合排放筒的外墻壁上的連接處的上端點(diǎn)的距離為l，該距離l與所述的廢氣混合排放的筒截面參數(shù)d和所述的水平夾角α的關(guān)系為：l≥1.2d*tanα。

優(yōu)選地，所述的廢氣混合排放筒的橫截面積小于或等于所述的第一排放塔的排放口一的橫截面積。

優(yōu)選地，所述的廢氣混合排放筒的形狀為長方體或圓柱體。

優(yōu)選地，所述的第一排放塔與所述的第二排放塔共用一面隔墻，并且所述的第二排放塔的排放口二與所述的廢氣混合排放筒僅通過所述的排放管道相連。

優(yōu)選地，所述的第二排放塔內(nèi)置有消音器。

優(yōu)選地，所述的第一排放塔的底部設(shè)置有干燥的第一排放塔排放氣的進(jìn)氣管，上部設(shè)置有熱水進(jìn)水管道，在所述的熱水進(jìn)水管道的上方有與水進(jìn)行換熱后排放第一排放塔排放氣的排放口，該排放口通向外置的廢氣混合排放筒。

優(yōu)選地，在所述的第二排放塔的底部至少裝有一根氧氣排放管或任意其他廢氣排放管，其排放來自所述的空氣分離設(shè)備的氣體。

本發(fā)明還提供了一種使用所述的廢氣混合排放裝置進(jìn)行廢氣混合排放的方法，包括：

a）將輸入到所述的第二排放塔中的包含有氧氣或任意其他廢氣的第二排放塔排放氣通過所述的排放管道進(jìn)入到所述的廢氣混合排放筒中；

b）所述的第一排放塔排放氣從第一排放塔的底部進(jìn)入，然后通過第一排放塔的排放口一進(jìn)入所述的廢氣混合排放筒；

c）在所述的廢氣混合排放筒中，所述的第一排放塔排放氣與通過所述的排放管道進(jìn)入的所述的第二排放塔排放氣充分混合，形成混合排放氣，混合排放氣中的氧氣濃度低于第二排放塔排放氣中的氧氣濃度，該混合排放氣排放進(jìn)入大氣中。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明中的廢氣混合排放裝置能夠通過預(yù)埋鋼筋非常容易地安裝在現(xiàn)有的第一排放塔上。

2、即使第二排放塔排放氣是單一氧氣，在與第一排放塔的排放氣混合后，混合排放氣中的氧氣濃度也能降低，本發(fā)明的排放裝置的危險(xiǎn)濃度區(qū)域半徑（氧氣濃度大于25vol.%）將大大縮小。

3、將氧氣從第二排放塔中輸入到外置的廢氣混合排放筒中，而不是直接輸送到第一排放塔中的排放室，能夠減少對第一排放塔內(nèi)部的擾動(dòng)。第二排放塔排放廢氣時(shí)不會(huì)影響第一排放塔的正常運(yùn)行。

4、此外，現(xiàn)有技術(shù)中在第一排放塔的原有排放室下方常設(shè)有除霧器，除霧器上經(jīng)常會(huì)有殘留油，當(dāng)氧氣從第二排放塔中直接輸送進(jìn)第一排放塔的排放室時(shí)，殘留油有可能會(huì)暴露在富氧的環(huán)境下，因此會(huì)增加火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)性。相比之下，本發(fā)明的裝置中的氧氣不進(jìn)入第一排放塔內(nèi)部，距離除霧器較遠(yuǎn)，不存在這種火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性問題。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種排放來自空氣分離設(shè)備的廢氣的裝置的截面示意圖。

圖2是美國專利（us67330032b2）的排放裝置的垂直方向的截面示意圖。

圖3是美國專利（us67330032b2）的排放裝置的一種變體的垂直方向的截面示意圖。

圖4是本發(fā)明排放裝置的垂直方向的截面示意圖。

圖5是本發(fā)明廢氣混合排放筒與排放管道的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明提供的一種空氣分離設(shè)備的廢氣混合排放裝置，該裝置與空氣分離設(shè)備連接，包括：設(shè)置有外置的廢氣混合排放筒18的第一排放塔1，用以排放包含有氧氣的廢氣的第二排放塔2，以及排放管道17。

其中，第一排放塔1上設(shè)有排放口一，第二排放塔2設(shè)有排放口二24，廢氣混合排放筒18上設(shè)有排放口三，廢氣混合排放筒18設(shè)置于第一排放塔1的排放口一處，第二排放塔2的排放口二24通過排放管道與廢氣混合排放筒相連。

如圖5所示，本發(fā)明中所描述的外置的廢氣混合排放筒18可以非常容易地安裝在現(xiàn)有的第一排放塔1上，外置的廢氣混合排放筒18的下端面通過預(yù)埋鋼筋與第一排放塔1的排放口一上端面相連。廢氣混合排放筒18的形狀可為長方體或圓柱體，相應(yīng)地，廢氣混合排放筒18的截面參數(shù)d是指其正方形橫截面的一個(gè)邊長為d或圓形橫截面的直徑為d或其長方形截面的一個(gè)邊長為d（詳見圖5，即與角α鄰邊平行的那個(gè)邊的邊長)。在本實(shí)施例中，外置的廢氣混合排放筒18為長方體，其橫截面為正方形，邊長為d，其中外置的廢氣混合排放筒18的橫截面積與第一排放塔1的排放口一的面積相同。

如圖4和圖5所示，本發(fā)明中所描述的第二排放塔2的排放口二24的上端面的高度可以等于、略高于或略低于外置的廢氣混合排放筒18的下端面的高度。如圖5所示，連接第二排放塔2的排放口二24和廢氣混合排放筒18的排放管道17與第二排放塔2的排放口二24的水平夾角為α，α大于0°，小于等于60°，在本實(shí)施例中，排放管道17與第二排放塔2的排放口二24的水平夾角為45°，以保證對第一排放塔內(nèi)部壓力沒有影響。實(shí)際設(shè)計(jì)中可能考慮更多細(xì)節(jié)因素：如維護(hù)的要求，可拆性，加強(qiáng)筋增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，氧氣流速較高區(qū)域局部采用不銹鋼材質(zhì)等問題。

本發(fā)明中所描述的廢氣混合排放筒18的排放口三的上端面與排放管道17和廢氣混合排放筒18的外墻壁的連接處的上端點(diǎn)的距離為l（見圖5），該距離l與廢氣混合排放筒的截面參數(shù)d以及排放管道與第二排放塔2的排放口二24的水平夾角α（見圖5）的關(guān)系為：l≥1.2d*tanα。在本實(shí)施例中，排放管道17與第二排放塔排放口的水平夾角α是45°，l的長度應(yīng)大于或等于1.2d。l的長度和接入角度有關(guān)，為了保證氧氣和來自第一排放塔的氣體有一定的混合段，l≥1.2d*tanα。因?yàn)樵跀U(kuò)散過程中混合還會(huì)自發(fā)地進(jìn)行，沒有必要無限增加l段的長度。廢氣混合排放筒下端面的中心可以位于第一排放塔1的排放口一上端面的中心，排放管道17的下端面的中心可位于第二排放塔2的排放口二24的上端面的中心或偏心。

如圖4所示，本實(shí)施例中所描述的第一排放塔1可以使用空氣分離設(shè)備中的氮水塔，第一排放塔1的底部設(shè)有輸送來自空氣分離設(shè)備的污氮?dú)猓ǖ獨(dú)鉂舛却笥诘扔?5vol.%）進(jìn)氣管11，上部的熱水進(jìn)水管道12，干燥的污氮?dú)馔ㄟ^進(jìn)氣管11進(jìn)入第一排放塔1的底部，在上升過程中與從熱水進(jìn)水管道12進(jìn)入的水進(jìn)行熱交換后，污氮?dú)膺M(jìn)入排放室13，然后進(jìn)入廢氣混合排放筒18，被冷卻的水將通過冷水管16輸出到其他單元用于冷卻其他單元中的氣體。污氮?dú)饷芏缺瓤諝獾停谂c來自第二排放塔2的氣流在廢氣混合排放筒18混合時(shí)，攜帶氣流向上流動(dòng)離開塔體。第一排放塔1也可以是氮?dú)狻⑽鄣獨(dú)?、氬氣、空氣或這些氣體的混合氣的排放塔。在沒有第一排放塔1但是有其他過量的氮?dú)饣蛭鄣獨(dú)鈦碓矗ɡ缂兊獨(dú)?，更普遍來講，其他不能再利用的氮?dú)庠矗?，也可以通入廢氣混合排放筒。本發(fā)明也不局限用氮?dú)馀c氧氣混合，可以使用其他密度比氧氣低，可與氧氣混合的惰性氣體。在該操作條件下，惰性氣體意味著在與氧氣混合時(shí)無毒沒有爆炸性，不是燃料或氧化劑。在圖4中，在第二排放塔2的底部，輸入來自空氣分離設(shè)備的廢氣的管道在本實(shí)施例中包括污氮?dú)夤?0，空氣管21，氮?dú)夤?2和氧氣管23。在第二排放塔2的頂部的排放口二24并不直接將氣體排入大氣，而是與排放管道17相連接，將氣體通入廢氣混合排放筒18。廢氣混合排放筒18和排放管道17通過排放口15相連，包含氧氣或氧氣/其他廢氣混合氣的第二排放塔排放氣從第二排放塔2中排入廢氣混合排放筒18。第二排放塔2內(nèi)部還設(shè)置了消音器25，第二排放塔排放氣經(jīng)過消音器后進(jìn)入排放筒18，第二排放塔排放氣部分或全部與污氮?dú)庠趶U氣混合排放筒內(nèi)混合后排入大氣。

本實(shí)施例中第一排放塔1為氮水塔，從塔底到排放室13頂部的高度為14.5m，廢氣混合排放筒的高度為4m，總高為18.5m。廢氣混合排放筒的排放口面積為8.3m²，氮水塔的污氮?dú)猓ㄑ鯕鉂舛葹?.38vol.%）排放量為128557nm³/h。第二排放塔2的排放口二的面積為2.8m²，第二排放塔排放氣為空氣分離設(shè)備產(chǎn)生的廢氣，其排放流速為6.8m/s，排放量為6300nm³/h，第二排放塔排放氣中的氧氣濃度為99.6vol.%。在沒有設(shè)置廢氣混合排放筒18，第二排放塔2單獨(dú)排放時(shí)，為了符合氧氣安全排放的要求，第二排放塔2的高度一般需建為27m，氧氣危險(xiǎn)濃度區(qū)域以排放口為中心的半徑為48m（在風(fēng)速為1.5m/s時(shí)）。

本發(fā)明中所描述的氧氣排放的危險(xiǎn)濃度區(qū)域是指，在排放口附近氧氣濃度大于25vol.%的區(qū)域，考慮到氧氣的物理化學(xué)性質(zhì)，在這種濃度下將是有危險(xiǎn)的。大型空氣分離設(shè)備（2000tpd~3000tpd）的排放量增大，其安全距離的要求也相應(yīng)增大，而且由于土地成本增加，工廠設(shè)備布置相對緊湊的趨勢下，為滿足安全排放，排放高度通常因障礙物高度的影響而增高。

本實(shí)施例中，第二排放塔2中包含氧氣或氧氣/其他廢氣混合氣的第二排放塔排放氣通過排放管道17進(jìn)入到第一排放塔1的外置的廢氣混合排放筒18中，第二排放塔排放氣與從第一排放塔1的底部進(jìn)入的第一排放塔排放氣混合形成混合排放氣，混合排放氣的氧氣濃度低于第二排放塔排放氣中的氧氣濃度，混合排放氣排放進(jìn)入大氣中。本實(shí)施例中第二排放塔2的高度和第一排放塔1的高度一樣，約為14.5m?；旌虾笈欧艢獾呐欧帕魉贋?.81m/s，排放量為191557nm³/h，混合后排放氣中的氧氣濃度為27.3vol.%，氧氣危險(xiǎn)濃度區(qū)域以排放口為中心的半徑為8m（在風(fēng)速為1.5m/s時(shí)）。由于廢氣混合排放筒的排放口三的面積（8.3m²）比第二排放塔2的排放口二面積（2.8m²）大，且第二排放塔2最高排放流速（一般為30m/s）比第一排放塔1的排放流速（約為6~8m/s）快。當(dāng)?shù)谝慌欧潘?的排放流速約為第二排放塔2最高排放流速0.2-0.25倍時(shí)，即使第二排放塔2中排放氣是單一氧氣，其氧氣濃度也能通過與第一排放塔排放氣混合而降低，本發(fā)明的排放裝置的危險(xiǎn)濃度區(qū)域半徑（氧氣濃度大于25vol.%）將大大縮小，為直接從第二排放塔2中排放氧氣產(chǎn)生的危險(xiǎn)濃度區(qū)域半徑的六分之一左右。由此可見本實(shí)施例使用了廢氣混合排放筒后，可以大大降低排放裝置的高度，節(jié)約成本，將排放裝置的氧氣危險(xiǎn)濃度區(qū)域面積大大縮小的同時(shí)也不會(huì)造成第一排放塔1的內(nèi)部的擾動(dòng)。

此外，有氣體持續(xù)從廢氣混合排放筒18排放，能防止雜質(zhì)（落葉等）和積雪堵塞第一排放塔1的排放口一。進(jìn)一步，持續(xù)流出的第一排放塔排放氣與來自第二排放塔2的即使是純氧氣混合的情況下，也能混合均勻，有效降低氧氣濃度，并提高氧氣排放速度，降低氧氣排放的風(fēng)險(xiǎn)。

以上僅為本發(fā)明的理想案例，并非對本發(fā)明的限制，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。