专利名称：：带氩可变工况上塔的制作方法
技术领域：
：本发明涉及空气分离装置，具体涉及一种带氩可变工况上塔。
背景技术：
：在低温法制取空气产品的流程中，分馏塔是其中的核心部件，分馏塔主塔由上塔、下塔组成。在分馏塔主塔中，上塔的馏分进出口最多，设计最复杂，理论塔板的分布对氧气提取率的影响最大。一些厂家出于降低成本考虑，暂不设氩系统，但要求预留氩抽口。以便将来可直接增加氩系统，而不必改造上塔。为了确保将来氩系统能正常运行，一般做流程计算时，分两步进行一、按提取氩工况来确定上塔填料的分布；二、校核该填料分布在不提取氩时氧的提取率。在不提取氩时，现有上塔在不提取氩时氧提取率最高仅能达到93%，氧提取率较提取氩时降低了3%7%，降低了生产效率；此外，在改变工况即由不提取氩改为提取氩时，虽然不必改造上塔，但仍需要增加氩系统，增加了系统成本，从而增加了生成成本。
发明内容本发明的目的在于针对现有技术所存在的不足，提供一种在各种工况下保证较高氧提取率的带氩可变工况上塔。本发明是这样实现的所述上塔的顶端设有氮气产品出口，塔中由上而下分布了五段填料，在塔身上，由上而下，对应于塔内第一段填料之上的位置设有液氮进料口，对应于塔内第一段与第二段填料之间的位置设有污氮出口，对应于塔内第二段与第三段填料之间的位置设有液体空气进料口，对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上设有液体空气蒸汽进料口和膨胀空气进料口，所述液体空气蒸汽由液体空气经粗氩塔的主冷凝蒸发器汽化后得到，对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上设有气氩馏分出口和液氩馏分进料口，对应于第五段填料之下设有氧气产品出口，其特征在于所述上塔在塔身上还增设有一个液体空气进料口和一个膨胀空气进料口，其中，新增液体空气进料口设置在对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上的位置，新增膨胀空气进料口设置在对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上的位置。如上所述的新增液体空气进料口在塔身上、原有液体空气进料口下方2.050—4.100米的环形范围内；新增膨胀空气进料口在塔身上、原有膨胀空气进料口下方2.050—4.100米的环形范围内。如上所述的新增液体空气进料口在塔身上、原有液体空气进料口下方3.075米处的圆周上，新增膨胀空气进料口在塔身上、原有膨胀空气进料口下方3.6卯米处的圆周上。如上所述的新增液体空气进料口在塔身上、原有液体空气进料口正下方3.075米处，新增膨胀空气进料口在塔身上、原有膨胀空气进料口正下方3.690米处。本发明的有益效果在于(1)通过增设一组液体空气和膨胀空气进料口，在不提取氩时，使用新增设的液体空气和膨胀空气进料口，使得富氩区上移，利用了上塔的精馏潜力，使氧提取率提高了2%-5%，达到95%-98%;(2)由于增加了一组液体空气和膨胀空气进料口，在改变工况即由不提取氩改为提取氩时，本发明的上塔只需封闭原有液体空气和膨胀空气进料口，使用新增液体空气和膨胀空气进料口即可，节省了改造系统的成本，降低了生产成本。图1是本发明提供的带氩可变工况上塔的结构示意图，图2是应用本发明的KDON12000/12000空分装置中分馏塔的结构示意图，图3是应用本发明的KDON12000/12000空分装置在带氩工况下上塔氧、氮、氩组分分布图，图4是应用本发明的KDON12000/12000空分装置在校核不带氩工况下采用原进料口时上塔氧、氮、氩组分分布图，图5是应用本发明的KDON12000/12000空分装置在校核不带氩工况下采用新增进料口时上塔氧、氮、氩组分分布图，图中l.上塔，2.氮气产品出口，3.液氮进料口，4.污氮(废氮气)出口，5.液体空气进料口，6.液体空气蒸汽进料口，7.膨胀空气进料口，8.气氩馏分出口(预留氩抽头)，9.液氩馏分进料口，IO.氧气产品出口，ll.下流液氧，12.上升氧蒸汽，13.液体空气进料口，14.膨胀空气进料口，15.下塔，16.主冷凝蒸发器，17.粗氩塔，18.主冷凝蒸发器，19.膨胀机。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步阐述如下如图1所示，所述上塔1应用于KDON12000/12000空分装置中，上塔1的顶端设有氮气产品出口2;塔中由上而下分布了五段填料，在塔身上，由上而下，对应于塔内第一段填料之上的位置设有液氮进料口3;对应于塔内第一段与第二段填料之间的位置设有污氮出口4;对应于塔内第二段与第三段填料之间的位置设有液体空气进料口5;对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上设有液体空气蒸汽进料口6、液体空气进料口13和膨胀空气进料口7，液体空气进料口13在液体空气进料口5下方2.050-4.100米的环形范围内，如在液体空气进料口5下方3.075米处的环形圆周上，考虑到设备的空间布局，以在液体空气进料口5正下方3.075米处为最佳；对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上设有膨胀空气进口14、气氩馏分出口8和液氩馏分进料口9，膨胀空气进料口14在膨胀空气进料口7下方2.050-4.100米的环形范围内，如在膨胀空气进料口7下方3.690米处的环形圆周上，考虑到设备的空间布局，以在膨胀空气进料口7正下方3.690米处为最佳；对应于塔内第五段填料之下设有氧气产品出口10。图中五段填料用于精馏，为上升气体和下流液体进行热质交换，获得高纯度的某种组分。如图2所示，在分馏上塔1下设有下塔15，下塔15内设有主冷凝蒸发器16。下流液体氧气11从上塔1流入下塔15，上升氧蒸汽12从下塔15升入上塔1。下塔15可以精馏99.999%的氮气和含氧量为36%-38%的富氧液体空气，主冷凝蒸发器16实现上塔1的液氧和下塔15的氮气的热量交换，粗氩塔17用以去除粗氩气中的氧，粗氩塔17的主冷凝蒸发器18用以实现粗氩塔内粗氩气和液体空气的热量交换，产生上塔1所需的液体空气蒸汽。膨胀机19为空分装置中的分馏系统(包括上塔1、下塔2、粗氩塔17和精氩塔以及各种换热器)提供冷量，以补充整个精馏过程中的冷损，其中所述的冷量是表征由温度低的物体向温度高的物体传递的一种能量，冷损是指冷量的损失。当在不带氩工况下即不连接氩处理系统时，需预留氩抽口(气氩馏分出口8)，此时该变工况上塔1与各个进料口的连接关系如下液体空气和通过膨胀机19产生的膨胀空气分别接到液体空气进料口13、膨胀空气进料口14处，同时将液体空气进料口5、膨胀空气进料口7封闭,液体空气和膨胀空气分别从液体空气进料口13、膨胀空气进料口14进入上塔1，液氮进料口3与下塔15液氮出口连通，液体空气蒸汽进料口6与粗氩塔17主冷凝蒸发器18的液体空气蒸汽输出端连通，气氩馏分出口8与粗氩塔17的氩气进料口连通，液氩馏分进料口9与粗氩塔17的液体氩气输出端连通。液氮原料通过上塔1的精馏后被分离成有用的氮气产品和分馏剩余的污氮，两者分别通过氮气产品出口2和污氮(废氮气)出口4输出上塔l;上塔l中的回流液和各种气体(包括气态、液态的空气组分)经过上塔1精馏，在上塔1顶得到高纯度99.999%的氮气，在上塔1底得到99.6%的液体氧气，氮气经过上塔1氮气产品出口2输出上塔1，液体氧气与下塔15顶部的氮气经过主冷凝蒸发器16进行换热，汽化后得到氧气产品，从氧气产品出口10输出上塔1。当在带氩工况下即需要连接氩处理系统时，则液体空气和膨胀空气进料口接到液体空气进料口5、膨胀空气进料口7处，液体空气进料口13、膨胀空气进料口14封闭，液体空气和膨胀空气分别从液体空气进料口5、膨胀空气进料口7处进入上塔1，上塔1的其他连接关系不变，上塔1的工作过程也与前述类似。如图3-5所示，图3、图5所示工况和图4相所示工况相比较，气氩馏分出口8以下氩组分浓縮程度较低，氧氩精馏效果好，氧提取率高。三种工况的氧提取率见表l。图5所示工况下的氧提取率与图所示4工况下的氧提取率相比较，前者的氧提取率提高了4.91%。表1上塔氧物料平衡计算表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种带氩可变工况上塔，所述上塔(1)的顶端设有氮气产品出口(2)，塔中由上而下分布了五段填料，在塔身上，由上而下，对应于塔内第一段填料之上的位置设有液氮进料口(3)，对应于塔内第一段与第二段填料之间的位置设有污氮出口(4)，对应于塔内第二段与第三段填料之间的位置设有液体空气进料口(5)，对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上设有液体空气蒸汽进料口(6)和膨胀空气进料口(7)，对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上设有气氩馏分出口(8)和液氩馏分进料口(9)，对应于第五段填料之下设有氧气产品出口(10)，其特征在于所述上塔(1)在塔身上还设有一个液体空气进料口(13)和一个膨胀空气进料口(14)，其中，液体空气进料口(13)设置在对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上的位置，膨胀空气进料口(14)设置在对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上的位置。2.根据权利要求1所述的带氩可变工况上塔，其特征在于液体空气进料口(13)在塔身上、液体空气进料口(5)下方2.050—4.100米的环形范围内；膨胀空气进料口(14)在塔身上、膨胀空气进料口(7)下方2.050—4.100米的环形范围内。3.根据权利要求2所述的带氩可变工况上塔，其特征在于液体空气进料口(13)在塔身上、液体空气进料口(5)下方3.075米处的圆周上，膨胀空气进料口(14)在塔身上、膨胀空气进料口(7)下方3.690米处的圆周上。4.根据权利要求2或3所述的带氩可变工况上塔，其特征在于:液体空气进料口(13)在塔身上、液体空气进料口(5)正下方3.075米处，膨胀空气进料口(14)在塔身上、膨胀空气进料口(7)正下方3.690米处。专利摘要本实用新型涉及空气分离装置，具体涉及一种带氩可变工况上塔。该上塔在塔身上增设有一个液体空气进料口和一个膨胀空气进料口，其中，液体空气进料口设置在对应于塔内第三段填料之下、第四段填料之上的位置，膨胀空气进料口设置在对应于塔内第四段填料之下、第五段填料之上的位置。本实用新型的效果是(1)通过增设一组进料口，在不提取氩时，使用新增设的进料口，使得富氩区上移，使氧提取率提高了2％-5％，达到95％-98％；(2)由于增加了一组液体空气和膨胀空气进料口，在改变工况即由不提取氩改为提取氩时，只需封闭原有液体空气和膨胀空气进料口，使用新增液体空气和膨胀空气进料口即可，节省了改造系统的成本，降低了生产成本。文档编号F25J3/04GK201221888SQ20082011406公开日2009年4月15日申请日期2008年5月6日优先权日2008年5月6日发明者崔新亭,皓邹申请人:核工业西南物理研究院