超低压空分设备工艺流程的制作方法
【专利摘要】一种可运行低于一般低压空分设备的超低空分设备的工艺流程，用液氧冷凝液氮改为液空冷凝液氮气的方法达到降低操作压力，包括：板式冷凝蒸发精馏塔，起着对氮气、氧气、冷凝、蒸发，精馏空气的精馏作用，板式精馏塔，塔板为条型塔板对液态空气进行蒸发精馏作用，同时液空蒸发的冷量传给下精馏塔的氮气冷凝器。使氮气液化流到下精馏塔进行氮气和氧气精馏分离工作。板式冷凝蒸发精馏塔它上部与精馏塔-1相连接，下部与精馏塔-2相连接，进行精馏以达到氧、氮气产品。上述说明可从摘要附图中看得很清楚。低压空分设备空气压缩机操作压力一般在0.6-0.7Mpa，才能适应空分设备的低压运行，而超低压空分设备工艺流程压力可以下降到0.4-0.45MPa，就能使正常运行，工艺流程图(详见图1)。
【专利说明】超低压空分设备工艺流程
【技术领域】
[0001]本发明是一种超低压空分设备工艺流程。特别是涉及一种能够在低于原低压空分设备工艺流程，用液氧冷凝液化氮气改为用液态空气冷凝液化氮气能降低压缩机的压力的情况之下。进行超低压空分设备工艺流程的运行，达到降低电能消耗。
【背景技术】
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[0002]空分设备工艺流程发明至今，有不少方式生产氧气及氮气，工艺流程有所不同，主要是高压流程，中压流程，高低压流程、低压流程。目前生产空分设备制造工厂均生产低压空分设备工艺流程。
[0003]1、高压工艺流程
[0004]高压空分设备工艺流程是德国林德公司，在1895年林德(K.Linde)教授建成了第一套制造液态空气的装置。这种装置系利用焦耳一汤姆逊效应并彩用逆流换热器。可获得廉价的工业规模液态空气。在此基础上对液态空气经过精馏塔分离氧，氮气体产品。但是空分设备的工艺流程是高压流程采用空气压缩机压缩到200 (绝对大气压)的(千克)空气，在17°C节流膨胀到6(绝对大气压)，以此在换热器中冷却高压空气。经节流后获液化温度为空气分离设备创造了十分重要的条件。从此，产生了高压空分设备流程生产氧和氮女口广叩ο
[0005]2、中压工艺流程
[0006]空分设备的中压工艺流程是1902年法国工程师乔治.克劳特(Jourze ciaude)建成了按照另一原理操作的具有膨胀机的液化装置。这个装置与上述的林德法一样开辟了深度冷冻工业装置发展道路。是一个新的程碑。
[0007]克劳特发明的膨胀机，空气经入换热器，在中部抽出部分空气进入膨胀机，使膨胀机对外做功空气进行等熵膨胀，成功实现了具有膨胀机的液化循环，称为克劳特循环。
[0008]该膨胀机的发明在空分设备中应用后，使高压流程空分设备产品被退出工业上的应用。这是由于膨胀机在空分设备的应用压缩空气的压力由20Mpa下隆到3Mpa，电耗隆低经济效益十分可观。
[0009]3、空分设备的低压工艺流程:
[0010]1937年原苏联专家卡皮查发明了透平膨胀机，采用透平压缩机和透平膨胀机的低压液化循环，称卡皮查循环。是空分设备低压流程的首创专家。
[0011]空气在透平压缩机内被压缩到5-6Kg/cm2(绝压)，经换热器被冷却后，气体分二部分而少量部分空气进入透平膨胀机膨胀后，进入上分馏塔中部进行空气的精馏。在采用透平膨胀机的空分设备。循环制冷量大部分由透平膨胀机产生，透平膨胀机的绝热膨胀效率=0.8或更高。由于它采用高效率的透平膨胀机械，工作压力较低并有下列优点:(I)、采用高效率的透平膨胀机节省了能耗，便于操作运行安全。(2)、循环工作压力较低，有利于节约电耗和设备投资，管道不易泄漏，能安全运行。(3)、由于压力低可使用可逆式换器冷却和净化加工空气，并有效有清除水分和C02。(4)、在空分装置中与分离设备相配合中，可改善精馏工况，减少不可逆损失。因此我国生产的大、中、小型空分设备中得到广泛应用低压空气分离设备工艺流程。
【发明内容】
[0012]本发明所要决解的技术问题是提供一种能在超低压空分设备工艺流程能进行正常运行。
[0013]为了解决现有技术存在的上述技术问题，根据本发明的一个技术方案，提供一种可降低空分设备在运行中的空气压缩机的压力，包括:板式冷凝蒸发精馏塔，使原来由液态氧蒸发达到冷凝液化氮气而改变为由液态空气蒸发达到冷凝液化氮气，产生液态氮回流至下精馏塔分离成液态空气，和液态氮气。成套空分设备运行的操作压力由原来低压工艺流程，其压力为0.6-0.7MPa，下降到0.4-0.45MPa，下降操作压力近0.2MPa。每立方米氧气电耗可以下降0.1-0.15度电(详见图1)。
[0014]板式冷凝蒸发精馏塔包括:板式蒸发精馏塔使液态空气蒸发精馏，在蒸发液态过程中由波文片传热给氮气冷凝器波纹片，氮气冷凝器是吸收液态空气在蒸发精馏过程中所放出的冷量由氮气冷凝器吸收的冷量而液化氮气(详见图2)。
[0015]空分设备的精馏塔由原来的上精馏塔，冷凝蒸发器，下精馏塔三部分组成。改为上精馏-1，板式冷凝蒸发精馏塔，上精馏塔-2，下精馏塔组成。
[0016]根据本发明的一个优选方案，精馏塔-2中间所述冷凝蒸发器，由板式蒸发精馏塔代替，在上精馏塔-1和精馏塔-2中间起着蒸发，精馏液态空气的作用，而原来的冷凝蒸发器被去消，对空分设备运行不受影响。
[0017]根据本发明的方案，所述下精馏塔继续可使用，所有下精馏塔塔板继续保留，只需增从加一只封头，上升氮气与板式冷凝蒸发器接通，生成液态氮自然流向下精馏，参与对空气的精馏作用。
[0018]板式冷凝蒸发精馏塔是由条型塔板，溢流斗，隔板，波纹片，封条等组成一块精馏塔板和氮气冷凝器，经多层板式蒸发精馏塔和多层氮气冷凝器组成。可根据氧气产品产量大小确定外形、规格、尺寸。
[0019]根据本发明的方案
[0020]上精馏塔-2的外径要按照小孔速度的要求减小外形尺寸，并增加一只小型明冷凝蒸发器，并由下精馏塔底部液空蒸气经流量计流向上精馏塔-2小型冷凝蒸发器蒸发液体氧，氧气与上精馏塔-2进行精馏分离氧、氮气体。并被液氧液化成液空气回流到下精馏塔底部。
[0021]在目前我国的低压空气设备工艺流程运行中，要降底电耗已经十分困难。不进行较大技术改造是不可能降低电耗的。
[0022]采用了本发明精馏塔的上述结构后，板式冷凝蒸发起到冷凝蒸发精馏作用，改变了原来只有冷凝蒸发器作用，并由于原来液体氧气冷凝气氮液化改为液体空气冷凝气氮液化。使空分设备精馏塔的操作压力0.5MPa降到0.3MPa-0.35MPa左右。
[0023]如上所述的超低压空分设备工艺流程是可以实现，从理讼上讲是说得通的。因此，可以提供具有良好的低电耗的空分设备产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1超低压空分设备工艺流程图:
[0025]图2板式冷凝蒸发精馏塔，结合部图:
[0026]图3板式精馏塔是板式冷凝蒸发精馏塔的结合部:
[0027]图4氮气冷凝器是板式冷凝蒸发精馏塔是另一面为氮冷凝液化器。
[0028]图5技术改造后的超低压空分设备工艺流程图。(原KD0N-170/500型空分设备工艺流图已作改变)。
【具体实施方式】
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[0029]以下所述仅为本发明的较佳实施例，见附图1?5所示:1、无油润滑空压机，2、预冷机组，3、分子筛纯化器，4、增压器，5透平膨胀机，6、主换热器，7、液氮过冷器，8、液空过冷器，9、冰冷却器，10、上精馏下塔-1，11、下精馏塔，12、板式冷凝蒸发精馏塔，13、上精馏塔-2，14、孔板充量计。
[0030]图1是一种超低压空分设备工艺流程图，超低压空气分离设备的关键部件是精馏塔上塔作了新的创造发明，主要指在上精馏塔-1和上精馏塔-2中间有一只板式冷凝蒸发精馏塔，该塔起着降低空分设备操作运行压力。因此，对原来的KD0N-170/500型低压空分设备进行技术改造，把精馏塔中间的冷凝蒸发器去消。换成板式冷凝蒸发精馏塔(详见图5),把原来用液氧冷凝氮气液化改为用液空冷凝氮气液化。在该塔中液态空气蒸发并对氧氮气体进行精馏，而被液态空气冷凝产生的液态氮自动流向下精馏塔，产生液空和液氮。下精馏塔底部的液空被引出经过冷器过冷后节流进入上塔-1塔底部参加精馏板式冷凝蒸发精馏塔由液空提供的冷量冷却气氮液化生成液氮一部分参加下塔精馏。另一部分被引出，经过冷器过冷后节流入上塔-1顶部，作为回流液参与上塔-1精馏。液氮向下回流去与液空回合并与经冷凝精馏塔以及上塔一起进行精馏。在小型氧蒸发器作用下得到产品氧。在上塔-1的顶部得到产品氮，产品氮气经过液氮过冷器后与产品氧及污氮分别进入主换热器与进入空气进行换热。回收冷量后复热到常温，排出塔外放空或经贮气囊平衡后，经氧、氮压缩机压缩片去充氧气瓶。
[0031]从上精馏塔-1抽取的馏份氮气，进入分子筛纯化系统，作为再生分子筛的气源，对分子筛进行再生。分子筛纯化器组是由一只装满分子筛的容器组成，一只工作，一只再生，切换使用。
[0032]上精馏塔:
[0033]上精馏塔由上精馏塔-1，板式冷凝蒸发精馏塔，上精馏塔-2的三部分组成。上精馏塔-1由第40块至第76块塔板组成，上精馏塔-2由第第I块塔板至26块塔板组成，第四十块为液空进口，冷凝精馏塔由第26块至40块塔板组成，共14块塔板为板式冷凝蒸发精馏塔。
[0034]上精馏塔-1和上精馏塔-2的结构是筛板式的，塔板间的距为90毫米，外园为中500，塔板用环形固定于筒休的两园槽间，塔板中部一中心罩，其效用是迫使液体环流和起支撑作用，塔板上布有均布小孔，来自板下部的气体，经筛孔后进入塔板上的液态中，直接与液态接触，结果气体中的部分组分冷凝流入液体。液体则按直流方向经溢流槽流至下一块塔板冷凝蒸发。
[0035]精馏塔是全铝结构中，每两块塔板之间有50毫米高的换热波纹片，板式波纹片下至条型塔板有40毫米间距空间，塔的顶端装置有气液分离器。精馏塔-1和精馏塔-2中间联接板式冷凝蒸发精馏塔。精馏塔-2底部设有一小型冷凝蒸发器，液氧由小型冷凝蒸发器蒸发液氧，使氧气上升精馏。从液空上升的蒸气与自动流向下塔液空处进行精馏。
[0036]冷凝蒸发精馏塔:
[0037]冷凝蒸发精馏塔，详见图2图3，是由板式精馏塔和氮气冷凝器组成。板式精馏塔塔板是上塔第26块塔板开始至40块塔板，共计14块，每块塔板高度为90毫米，塔板宽度为20毫米的条型塔板，塔板上布有均布小孔，低温气体由小孔而上，液体则按方向流进溢流槽至下块塔板。在塔板顶部有长度48毫米的。高度为20毫米，间距为1.7毫米。另一面全部是波纹片，波纹片高度为6.5毫米，间距为1.7毫米，波纹长度为1230毫米是冷凝液氮的冷凝波纹片。
[0038]氮气冷凝器(详见图4)由于液态空气的蒸发，使冷量传给冷凝波纹片，上升氮气由于得到液态空气的冷量而液化成液态氮而向下溢流。经多层冷凝器冷凝成液氮汇合流向下塔，作为下塔精馏塔的回流液体。另一部分向上塔-1顶部提供高纯液氮。
[0039]板式冷凝蒸发精馏塔是由多层板式精馏塔板与氮气凝器组成是全铝结构，可根据氧气产品产量的大小确定，大型空分设备可用多只积木式组装，增加氧气产品产量是完全可能的。
[0040]板式凝蒸发精馏塔按装在上精馏塔的上塔-1与上塔-2中间，起着上精馏塔的精馏蒸发与冷凝的作用。以达到下塔压力的降低，是获得超低压空分设备工艺流程的重要部件。
[0041]下精馏塔:
[0042]下精馏塔的结构与上塔相同，直径为400毫米，塔板固定形式同上塔，塔板溢流口位置按时针方向成一定角度旋转，上升蒸发穿过小孔与塔板上流动着的液体接触便发生精馏作用，氮总是液相，到气相，而氧气总是从气相至液相，精馏的实质就是多次部分冷凝和部分蒸发的过程。出主换热器的空气进入下塔底部并向上去精馏，在底部产生液空和液空气体，由于液空纯度为35%，小部分的液空蒸气流向上塔底部小型蒸发器，蒸发液体氧而被冷凝液化的液空流向下塔底部液空处。
[0043]下塔是一个单独的部件，对空气进行精馏，它与上塔、冷凝器连接在一起的精馏塔，并不会应响下塔的精馏工况，技术上不会发生问题的。
【权利要求】
1.一种不同于现有用液氧冷凝液化氮气的低压空分设备工艺流程，改造成用液态空气冷凝液化氮气的超低压空分设备工艺流程(详见图1)，包括: (1)、板式冷凝蒸发精馏塔(详见图2)，在冷凝精馏塔内的氮气被液空冷凝液化生成液态氮气。而液态空气在精馏塔中被蒸发和精馏工作。 (2)、板式精馏塔(详见图3)，对液态空气进行蒸发精馏工作，同时液空的冷量传输给下塔的氮气冷凝器。 (3)氮气冷凝器(详见图4)是把下分馏塔的氮气，由于板式精馏塔的液态空气蒸发的冷量传给氮气冷凝器使氮气得到冷量而变成液态氮气。从而液体氮气自动向下分馏塔流去，在下分馏塔进行氮气和氧气的精馏分离工作，可得到高纯氮和纯度为35%的液态空气。板式精馏塔板，塔板中孔径根据设计需要可采用0.7,0.8?1.2等孔径。其特征在于在条型塔板中精馏气体可根据氧气产量大小确定板式冷凝蒸发精馏塔的外形尺寸、规格，板式冷蒸发精馏塔，可多组分组成，适应大型、中型、小型空分设备的需要。
2.根据权利要求的超低压空分设备的工艺流程，其特征在于:所述低压空分设备空气压缩机排出压力在0.6?0.7Mpa，才能适应空分设备的低压运行。而超低压工艺流程空气压缩机的排出压力在0.4-0.45Mpa，就能满足超低压空分设备正常运行，所以称其超低压空分设备工艺流程。
3.根据权利要求1的超低压空分设备的工艺流程，其特征在于。所述超低压空分设备的精馏塔上塔从第26块塔板到40块塔板，是长方形条型塔板及多层板式精馏塔板，多层氮气冷凝器组成板式冷凝蒸发精馏塔。 在大型、中型、小型空分设备工艺流程新设计产品和旧设备改造中可采用超低压空分设备工艺流程。
【文档编号】F25J3/04GK104251599SQ201410264546
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月12日 优先权日:2014年7月12日
【发明者】孙竟成, 时利平 申请人:孙竟成