专利名称：从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气体分离方法及装置领域，尤其涉及从空气中制取低纯度氧气(90 97%)的装置。
背景技术：
跨入21世纪以来，由于国民经济的快速增长和钢铁、煤化工、石化等上游产业的大发展，对空分设备的需求旺盛，使空分设备产业高速增长，据不完全统计，空分设备产能每年已达到400万NmVh以上。据资料载，我国规划2015年煤化工所需空分设备制氧能力为600万/Nm3/h左右，仅此一项市场空间就大得惊人。安全可靠，节能减排，这是对空分设备的基本要求和前提条件，是建设资源节约 型、环境友好型社会和科学发展的需要，也是市场期望。蓬勃发展新兴的煤化工行业与成熟的钢铁冶金等行业都需要大量低纯度的氧气。为保护环境，捕捉二氧化碳，富氧燃烧也成为了电厂发展的一个趋势。因此，研发安全可靠、节能降耗的大型化、低纯度深冷法空分已迫在眉睫。而目前常规的深冷法分离所用的双塔精馏能耗较高，制约了低纯度的氧气的大规模环保应用。
实用新型内容本实用新型的目的在于提出一种能耗更低的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置。本实用新型目的通过下述技术方案来实现一种从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统及精馏系统，所述精馏系统包括主换热器、高压塔、低压塔、主冷凝蒸发器和过冷器，所述精馏系统还包括中压塔，所述中压塔的氮气管路依次连接所述主冷凝蒸发器、所述过冷器和所述低压塔的氦气出口，所述中压塔的液空管路依次连接所述过冷器和所述低压塔，所述空气过滤压缩系统将空气压缩成两路不同压力等级空气，并分别各自依次连接一路空气预冷系统、空气纯化系统后连接所述精馏系统其中较低压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及所述主换热器后，一路连接所述中压塔，另一路通过冷却降压装置后连接所述低压塔；另外较高压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及压缩装置和所述主换热器后分别连接所述中压塔和高压塔。作为优选方式，所述空气过滤压缩系统包括一台中抽式的空气压缩机，或者两台串联成两级的空气压缩机。作为优选方式，所述空气预冷系统包括空气冷却塔、水冷塔，所述空气过滤压缩系统的两路不同压力等级空气管路上的空气预冷系统共用水冷塔。作为优选方式，所述冷却降压装置和压缩装置分别为增压透平膨胀机的膨胀端和增压端。各设备作用为[0011 ] 空气过滤压缩系统主要用于过滤原料空气中的物理杂质以及原料空气的压缩。空气冷却塔主要用于压缩后的空气的冷却，利用冷却水和冷冻水，把空气冷却至14°C左右。水冷却塔主要依靠来自冷箱的干燥氮气，提供空气冷却塔所需的低温冷冻水。纯化器主要用于脱除原料空气中的二氧化碳和水。增压透平膨胀机主要用于提供空气分离所需冷量，以及增压和降压。增压机后冷却器主要用于冷却增压空气的温度。主换热器主要用于原料空气及返流氧气、氮气等的换热。 高压塔、中压塔、低压塔主要用于氧、氮的低温分离。主冷凝蒸发器主要用于提供各塔体的上升气体或回流液。过冷器主要用于液空及液氮的过冷。本实用新型的有益效果本实用新型采用将原料空气分成两路不同压力等级的空气，并分别进行预冷、纯化，最后采用高压塔、中压塔、低压塔精馏系统，以对现有系统最小的改动，却可以比常规的深冷法分离所用的双塔精馏能耗低 8%以上(以6000空分装置为例，见下表)，取得极佳的技术效果，可用于氧气纯度在90% 97%的用户，比如富氧燃烧发电、炼铁及其他煤化工行业。此外，两路空气预冷系统共用水冷塔以及增压透平膨胀机兼具冷却降压装置和压缩装置作用的方式，也使得其可以进一步降低能耗。
常规探柃法分高本实用新型深冷法分离 氧气产量60326032
氧气纯度95%95%
原料压缩机参数___
流量(NmVh)29000
出口压力=5. SlPa. A低压:3. 2MPa. A (SlOOONmVh)
高压=5. 8MPa. A (17000Nm:/h)
压缩机功率比较(kw) 25642310
图I是本实用新型实施例设备流程示意图；其中自洁式过滤器I、第一空气压缩机2，第二空气压缩机3、第一空气冷却塔41、第一空气冷却塔42、水冷塔7、第一常温水泵51、第二常温水泵52、第一低温水泵61、第二低温水泵62、第一纯化器81、第二纯化器82、第三纯化器91、第四纯化器92、增压透平膨胀机17、增压后冷却器18、主换热器10、过冷器15、高压塔12、中压塔11、低压塔16、、第一主冷凝蒸发器14、第二主冷凝蒸发器13。
具体实施方式
[0025]下列非限制性实施例用于说明本实用新型。如图I所示，一种用于前述从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法的装置，包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、增压透平膨胀机系统及精馏系统，空气过滤压缩系统包括自洁式过滤器I、两台串联成两级的第一空气压缩机2和第二空气压缩机3，两台空气压缩机将原料空气压缩成两路不同压力等级的空气，或者两台空气压缩机也可以采用中抽方式合为一台空气压缩机。空气预冷系统包括第一空气冷却塔41、第二空气冷却塔42、水冷塔7、第一常温水泵51、第二常温水泵52、第一低温水泵61、第二低温水泵62，第一空气冷却塔41和第二空气冷却塔42共用水冷塔7，其中第一常温水泵51、第一低温水泵61为第一空气冷却塔41供水，第二常温水泵52、第二低温水泵62为第二空气冷却塔42供水，或者两套空气冷却塔的常温水泵和低温水泵可以组合为一套，然后其两组第一、二常温水泵和低温水泵可采用备用方式。空气纯化系统包括第一、二纯化器81、82，第三、四纯化器91、92及再生系统，纯化器的吸附剂采用分子筛和氧化铝，并利用返流氮气对纯化器进行再生。增压透平膨胀机系统包括增压透平膨胀机17和增压后冷却器18。精馏 系统包括主换热器10、高压塔12、中压塔11、低压塔16、第一主冷凝蒸发器14、第二主冷凝蒸发器13和过冷器15，高压塔12和中压塔11采用筛板塔或者规整填料塔；低压塔16采用规整填料塔；主换热器10、第一主冷凝蒸发器14和第二主冷凝蒸发器13均采用板翅式换热器。中压塔11的氮气管路依次连接第一主冷凝蒸发器14、过冷器15和低压塔16的氦气出口后，其产品氮气和高压塔12、低压塔16的产品氮气一并进入系统产品氮气管路，中压塔11的液空管路依次连接过冷器15和低压塔16后参与进一步的分离。本装置空气过滤压缩系统将空气压缩成两路不同压力等级空气，并分别各自依次连接一路空气预冷系统、空气纯化系统后连接精馏系统其中较低压力空气管路通过第一空气冷却塔41、第一、二纯化器81、82，以及主换热器10后，一路连接中压塔11进行精馏，另一路通过增压透平膨胀机17的膨胀端后连接低压塔16进行精馏；另外较高压力空气管路通过第二空气冷却塔42、第三、四纯化器91、92以及增压透平膨胀机17的增压端和主换热器10后分别连接中压塔11和高压塔12进行精馏。主要流程描述空气流路空气经过自洁式过滤器I后，进入第一空气压缩机2，经压缩后一部分空气进入第一空气冷却塔41，冷却到14°C左右，进入第一、二纯化器81、82去除0)2和水份。进过纯化后空气经过主换热器10冷却后，一部分进入中压塔11进行精馏，一部分经过增压透平膨胀机17膨胀后进入低压塔16进行精馏；另一部分继续经过第二空气压缩机3压缩后，进入第二空气冷却塔42，冷却到14°C左右，进入第三、四纯化器91、92去除CO2和水份。经过进化后的空气进入增压透平膨胀机17的增压端增压后，进入增压机后冷却器18冷却，经主换热器10冷却后，分别进入高压塔12和中压塔11进行精馏。氧气流路从低压塔16底部产生的氧气，经过主换热器10复热后送出冷箱。氮气流量从低压塔16顶部产生的氮气，经过过冷器15、主换热器10复热后，除产品氮气外，其他全部送入水冷却塔7冷却水。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之 内。
权利要求1.一种从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统及精馏系统，所述精馏系统包括主换热器、高压塔、低压塔、主冷凝蒸发器和过冷器，其特征在于所述精馏系统还包括中压塔，所述中压塔的氮气管路依次连接所述主冷凝蒸发器、所述过冷器和所述低压塔的氦气出口，所述中压塔的液空管路依次连接所述过冷器和所述低压塔，所述空气过滤压缩系统将空气压缩成两路不同压力等级空气，并分别各自依次连接一路空气预冷系统、空气纯化系统后连接所述精馏系统其中较低压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及所述主换热器后，一路连接所述中压塔，另一路通过冷却降压装置后连接所述低压塔；另外较高压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及压缩装置和所述主换热器后分别连接所述中压塔和高压塔。
2.如权利要求I所述的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，其特征在于所述空气过滤压缩系统包括一台中抽式的空气压缩机，或者两台串联成两级的空气压缩机。
3.如权利要求I所述的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，其特征在于所述空气预冷系统包括空气冷却塔、水冷塔，所述空气过滤压缩系统的两路不同压力等级空气管路上的空气预冷系统共用水冷塔。
4.如权利要求I所述的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，其特征在于所述冷却降压装置和压缩装置分别为增压透平膨胀机的膨胀端和增压端。
专利摘要本实用新型公开了一种从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置，属于气体分离装置领域，包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统及精馏系统，所述精馏系统包括主换热器、高压塔、低压塔、主冷凝蒸发器和过冷器，所述精馏系统还包括中压塔，所述空气过滤压缩系统将空气压缩成两路不同压力等级空气，并分别各自依次连接一路空气预冷系统、空气纯化系统后连接所述精馏系统。本实用新型是一种能耗更低的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离装置。
文档编号F25J3/04GK202547275SQ201220167420
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者谢波, 魏义江, 黄科 申请人:四川空分设备(集团)有限责任公司