专利名称：多工况空分设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气分离设备。
背景技术：
空分设备被广泛应用于石油、化工、冶金及环保等领域，其基本原理 是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，按照各组分气化温度的不同从空 气中分离出氧气、氮气或其他惰性气体。近年来，大型空分设备通过引进 技术和产品，技术进步快，使生产成本大幅下降。小型空分设备在技术上 虽然也有所改进，但进步不大，与大型空分设备的技术差距越来越大，面 临严峻的考验，加上液体充装对空分装置的冲击，有许多企业因为亏本而
停产。市场上的小型空分设备需求量特别大，而350 Nm3/11、 550 NmVh、 750Nm3/h又是小型空分市场上的主力军，以上三种类型的小型空分设备 并存于市场上。
一般的小型空分设备负荷变动的适应性比较差。空压机、预冷机、纯 化器对于变化较大的操作工况都难以满足。分馏塔的操作弹性负荷在士 20%，负荷超过+20%[大工况时]气体流速过大、液体不能下流造成液泛， 而减少负荷[小工况时]筛板仍能工作，但是由于筛板上上升蒸汽减少、筛 板上液体泄漏会造成筛板效率下降，严重影响精馏质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述的技术问题，提供一种节能高效、且 能多工况运行的空分设备。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现
一种多工况空分设备，包括通过管路相互连接的空气压縮机、预冷机 组、分子筛纯化器、分馏塔、增压透平膨胀机。空气依次经过空气压縮机、预冷机组、分子筛纯化器后， 一小部分空气引入增压机增压，其余大部分 进入分馏塔，所述分馏塔包括增压空气冷却器、主换热器、过冷器，相互 连通的下塔、上塔及冷凝蒸发器。空气经过主换热器后进入精馏塔，所述 精馏塔包括相互连通的下塔、上塔及冷凝蒸发器。所述的下塔设有纯化后 的压縮空气的进口，其底部为富氧液空的出口，顶部为液氮的进口；所述 的上塔的底部为氧气的出口，其中部为富氧液空的进口，与下塔的富氧液 空的出口通过过冷器相连通，上塔的顶部为氮气的出口，上塔的上部还设 有污氮气的出口；所述的冷凝蒸发器与下塔的顶部相连通，用于将下塔中 的部分氮气冷凝成液氮，上塔中的液氧汽化；所述的连接氧气出口、氮气 出口、污氮气出口的管路都分别穿过主换热器后再把氧气、氮气、污氮气 输出到多工况空分设备外。
进一步地，所述的连接氮气出口、污氮气出口的管路先穿过过冷器， 再穿过主换热器后再把氮气、污氮气输出到多工况空分设备外。
再进一步地，所述的污氮气出口的管路先穿过过冷器和主换热器后， 再穿过增压空气冷却器后把污氮气输出到多工况空分设备外，所述的增压 空气冷却器中增加了一股返流污氮，当设备启动时利用氧、氮、污氮三股 返流气同时冷却增压空气。
再进一步地，所述的下塔的富氧液空的出口与上塔的富氧液空的进口 之间的管路穿过过冷器。
更进一步地，还包括有两台增压透平膨胀机，经该增压透平膨胀机膨 胀后的空气由管路输送到上塔的膨胀空气进口处。
更进一步地，所述的空气压縮机共有相互独立的四台。所述的预冷机 只产生一个制冷回路， 一台压縮机工作。
更进一步地，所述的输送污氮气的管路经过主换热器后， 一部分穿过 增压空气冷却器， 一部分连接到电加热器上。
本实用新型的有益效果主要体现在设置了四台活塞式空气压縮机，机组合，从而达到了节能的目的；预冷 机根据压縮空气出气温度的变化，压縮机输出的排气量变化，热气旁通阀 辅佐调节，最终达到系统的制冷量调节；上、下塔采用全铝结构高效对流 筛板，充分保证塔板的水平度，塔板效率高，使产品提取率高，新型结构 精馏塔保证多种变工况运行；增压空气冷却器中增加了一股返流污氮气， 当设备启动时利用氧、氮、污氮三股返流气同时冷却增压空气，使增压空 气在进入主换热器时能达到正常温度，縮短三分之一的启动时间；膨胀机 利用进装置的部分压力空气膨胀制冷，膨胀后的空气送入上塔参与精馏， 提高了精馏效率，降低了空压机的排气压力，从本质上做到了低压流程， 起到了节能的效果。以下结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明
图l:本实用新型多工况空分设备的示意图。 射
1空气压縮机2预冷机组3消音器
4分子筛吸附器5电加热器6增压透平膨胀机
7增压空气冷却器8主换热器9下塔
10冷凝蒸发器11上塔12过冷器
13氧气出口14膨胀空气进口15氮气出口
16污氮气出口17富氧液空进口18空气进口
19富氧液空出口20液氮进口
具体实施方式
本实用新型的原理是利用空气中氧氮沸点的不同，采用低温精馏的方 法从空气中分离出氧气和氮气。
如
图1所示，本实用新型的多工况空分设备，包括通过管路相互连接
的空气压縮机1、预冷机组2、分子筛吸附器3和分馏塔，所述的分馏塔由增压空气冷却器7、主换热器8、下塔9、冷凝蒸发器IO、上塔ll、过 冷器12组成。空气依次经过空气压縮机1、预冷机组2、分子筛吸附器3 后进入分馏塔。所述的空气压縮机l共有相互独立的四台，不同工况下选 择不同数量的压縮机组合，从而达到了节能的目的。
所述精馏塔包括相互连通的下塔9、上塔11及冷凝蒸发器10。所述 的下塔9设有纯化后的压縮空气的进口 18，其底部为富氧液空的出口 19， 顶部为液氮的进口20。
所述的上塔ll的底部为氧气的出口 13，其中部为富氧液空的进口 17， 与下塔9的富氧液空的出口 19相连通，上塔ll的顶部为氮气的出口 15， 上塔11的上部还设有污氮气的出口 16。
所述的冷凝蒸发器10与下塔的顶部相连通，用于将下塔9中的部分 氮气冷凝成液氮，上塔中的液氧汽化。
上述的连接氧气出口 13的管路穿过主换热器8后再把氧气输出到多 工况空分设备外。上述的连接氮气出口 15、污氮气出口 16的管路都先穿 过过冷器12后，再分别穿过主换热器8后再把氮气、污氮气输出到多工 况空分设备外。所述的下塔9的富氧液空的出口 19与上塔11的富氧液空 的进口 17之间的管路穿过过冷器12。
本实用新型还包括有两台增压透平膨胀机6，经该增压透平膨胀机6 膨胀后的空气由管路输送到上塔11的膨胀空气进口 14处。膨胀机利用进 装置的部分压力空气膨胀制冷，膨胀后的空气送入上塔参与精馏，提高了 精馏效率，降低了空压机的排气压力，从本质上做到了低压流程，起到了 节能的效果。
下面简单叙述一下本实用新型分离空气的流程。
空气经空气过滤器除去灰尘及其他机械杂质后，在空气压縮机l内被 压縮至所需压力，经过末级冷却器进行冷却及清除油水，然后进入预冷机 组2冷却、分离掉游离水后进入纯化器，被活性氧化铝和分子筛除去水份、二氧化碳。
纯化后，其中大部分空气进入冷箱，在主换热器8中与返流的产品氧 气、氮气、污氮气换热被冷却到接近液化温度，然后进入精馏塔的下塔9 进行初步分离。
在下塔顶部得到纯氮气，下塔底部得到富氧液空；纯氮气在冷凝蒸发 器10中与另一侧的液氧进行热交换，由于氮气与液氧的压力不同，使上 塔的液氧汽化而纯氮气则被冷凝成液氮。液氮中的一部分作为下塔的回流 液，另一部分液氮则在过冷器12中被纯氮气和污氮气过冷后，被节流送 入上塔顶部。
下塔底部的富氧液空在过冷器12中被纯氮气和污氮气过冷后节流送 入上塔中部。从上塔中部引出的污氮气，经过冷器12和主换热器8复热 后送出冷箱， 一部分还作为分子筛纯化系统再生用。
为了给空分设备提供冷量，将纯化后的一小部分空气弓I入增压透平膨 胀机6增压，被增压后的空气经增压空气冷却器7冷却。在主换热器8中 与返流产品氧气、低压氮气、污氮气换热被冷却到-145'C后，送到膨胀机 中膨胀制冷后的空气送入上塔中部参加精馏。
增压透平膨胀机共有二台， 一用一备。空分设备起动阶段，两台增压 透平膨胀机一起投入运转，以增大制冷量，縮短启动时间。正常运行时， 只要一台增压透平膨胀机投入即可。膨胀机的作功由与透平膨胀机同轴异 端匹配的增压机回收，用以提高透平膨胀机之进口压力，增加焓降，减少 膨胀空气量，同时也提高了整套空分的提取率。本实用新型在增压空气冷 却器7中增加了一股返流污氮，当设备启动时利用氧、氮、污氮三股返流 气同时冷却增压空气，使增压空气在进入主换时能达到正常温度，大大改 善了启动条件，通过实际运行证明大概能縮短三分之一的启动时间。
本实用新型设置四台空气压縮机。350工况时，开两台空压机；550 工况时，开三台空压机；750工况时，同开四台空压机。大大节约了空压机能耗。而且， 一旦有一台空压机出现故障，并不会影响正常运行，变工 况操作即可，提高了生产效率。
本实用新型通过先进的流程软件的模拟计算，通过改变膨胀机进出口
压力和温度，使增压透平膨胀机6能够满足不同工况的要求。350工况时， 设置膨胀机进口压力O. 37MPa，进口温度130. 5K，气体量为480Nm3/h; 550工况时，设置膨胀机进口压力0.55MPa，进口温度141.9K，气体量为 620Nm3/h; 750工况时，设置膨胀机进口压力0. 783MPa，进口温度143. 1K， 气体量为850Nm3/h。本实用新型空分设备在流程组织上与膨胀机的具体 参数实现了很好的结合。
产品氧从上塔底部引出，在主换热器8、增压空气冷却器7中与原料 空气换热，回收冷量复热到常温后送出冷箱。
产品氮从上塔顶部引出，经过冷器过冷，在其中与液空、液氮换热， 再经主换热器8、增压空气冷却器7回收冷量后送出冷箱。
在返流复热后的污氮气中抽出一小部分作为空分设备的密封气充入 冷箱，使冷箱内保持一定的正压，以免外界大气侵入保冷箱而使保冷箱绝 热材料受潮，降低保温效果。
所述的污氮气经过主换热器8复热后， 一部分进入到电加热器5，作 为分子筛吸附器4的再生气体。再生后的废气经消音器3处理后排入大气。
本实用新型不但满足了用户对产品氧气的弹性需求，而且节省了用户 的一次性投资，大幅降低了氧气生产成本，为用户创造了不少的收益，引 导了市场的价值取向。该空分设备能够满足350 Nm3/11、 550NmVh、 750 Nm3/h不同操作工况的需求，使各配套设备能根据工况的大小来选择空压 机排气量，从而使配套设备能适应350 Nm3/h至750 Nm3/h的操作弹性 负荷，大大节省了投资成本及设备能耗。
本实用新型尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换 而形成的所有技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
权利要求1.一种多工况空分设备，包括通过管路相互连接的空气压缩机(1)、预冷机组(2)、分子筛吸附器(3)和分馏塔，所述的分馏塔由增压空气冷却器(7)、主换热器(8)、下塔(9)、冷凝蒸发器(10)、上塔(11)、过冷器(12)组成，空气依次经过空气压缩机(1)、预冷机组(2)、分子筛吸附器(3)、主换热器(8)后进入精馏塔，其特征在于所述精馏塔包括相互连通的下塔(9)、上塔(11)及冷凝蒸发器(10)；所述的下塔(9)设有纯化后的压缩空气的进口(18)，其底部为富氧液空的出口(19)，顶部为液氮的进口(20)；所述的上塔(11)的底部为氧气的出口(13)，其中部为富氧液空的进口(17)，与下塔(9)的富氧液空的出口(19)相连通，上塔(11)的顶部为氮气的出口(15)，上塔(11)的上部还设有污氮气的出口(16)；所述的冷凝蒸发器(10)与下塔的顶部相连通，用于将下塔(9)中的部分氮气冷凝成液氮，上塔中的液氧汽化；所述的连接氧气出口(13)、氮气出口(15)、污氮气出口(16)的管路都分别穿过主换热器(8)后再把氧气、氮气、污氮气输出到多工况空分设备外。
2. 根据权利要求1所述的多工况空分设备，其特征在于所述的连 接氮气出口 (15)、污氮气出口 (16)的管路先穿过过冷器(12)后，再 穿过主换热器(8)后再把氮气、污氮气输出到多工况空分设备外。
3. 根据权利要求2所述的多工况空分设备，其特征在于所述的污 氮气出口 (16)的管路先穿过过冷器(12)和主换热器(8)后，再穿过 增压空气冷却器(7)后把污氮气输出到多工况空分设备外，所述的增压 空气冷却器(7)中增加了一股返流污氮，当设备启动时利用氧、氮、污 氮三股返流气同时冷却增压空气。
4. 根据权利要求1所述的多工况空分设备，其特征在于所述的下 塔(9)的富氧液空的出口 (19)与上塔(11)的富氧液空的进口 (17)之间的管路穿过过冷器(12)。
5. 根据权利要求1所述的多工况空分设备，其特征在于还包括有两台增压透平膨胀机(6)，经该增压透平膨胀机(6)膨胀后的空气由管 路输送到上塔(11)的膨胀空气进口 (14)处。
6. 根据权利要求1所述的多工况空分设备，其特征在于所述的空气压縮机(1)共有相互独立的四台。
7. 根据权利要求1所述的多工况空分设备，其特征在于所述的输送污氮气的管路经过主换热器(8)后， 一部分连接到电加热器(5)上。
专利摘要本实用新型提供了一种多工况空分设备，空气依次经过空气压缩机、预冷机组、分子筛吸附器、主换热器后进入精馏塔，所述精馏塔包括相互连通的下塔、上塔及冷凝蒸发器；所述的上塔包括有氧气出口，氮气的出口，以及污氮气的出口。本实用新型的有益效果主要体现在设置了四台活塞式空气压缩机，使不同工况下选择不同数量的压缩机组合，从而达到了节能的目的；增压空气冷却器中增加了一股返流污氮气，当设备启动时利用氧、氮、污氮三股返流气同时冷却增压空气，使增压空气在进入主换热器时能达到正常温度，缩短三分之一的启动时间。本实用新型能够满足350Nm<sup>3</sup>/h、550Nm<sup>3</sup>/h、750Nm<sup>3</sup>/h不同操作工况的需求。
文档编号F25J3/04GK201377961SQ20082018578
公开日2010年1月6日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者俞士良, 张小元, 林序飞 申请人:苏州制氧机有限责任公司