一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置的制作方法

1.本实用新型涉及空分设备技术领域，尤其涉及一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置。


背景技术：

2.生产富氧的空分设备主要有采用双塔精馏制富氧和三塔精馏制富氧两种流程组织形式，都可以生产出符合要求的富氧。如果用户需要一定压力的高纯度氮气，从冷箱出来的氮气压力都不高，很难满足用户要求，一般再采用氮压机压缩完成，这无疑增加能耗。
3.富氧装置为满足安全生产，必须按照标准规范满足液氧安全排放要求，满足安全排放要求一般有两种途径:1、液氧经过液氧汽化器汽化后进入氧气管道供用户使用，2、液氧进入液氧储槽储存，因为生产岀的液氧不能达到含氧量99.6%，只能自用，不能外卖，不能创造效益，而且随着储存时间的延长，液氧中总碳氢化合物会浓缩集聚，带来安全隐患。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决现有空分设备产出的产品纯度不高的问题，提供一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置，可生产92%氧气产品，同时可以获得压力为0.365mpa的含氧量小于10ppm的高纯度氮气，又能获得含氧量为99.6%的液氧。
5.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
6.一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置，包括压缩系统、预冷系统、分子筛纯化系统和冷箱系统，所述压缩系统包括前后连通的空滤器和空压机组；
7.所述预冷系统包括分别通入冷却水的水冷塔和空冷塔，水冷塔和空冷塔之间连通，所述空压机组、空冷塔和所述分子筛纯化系统依次连通；
8.所述冷箱系统包括增压透平膨胀机、主换热器、过冷器、上塔和下塔以及纯氧塔，所述增压透平膨胀机包括增压端和膨胀端，分子筛纯化系统连通主换热器后、分别连通所述下塔和纯氧塔，分子筛纯化系统、增压端、主换热器、膨胀端和上塔依次连通；
9.所述上塔顶部设置污氮管，所述污氮管分别连通分子筛纯化系统和水冷塔，所述上塔和下塔之间设置有冷凝蒸发器，所述冷凝蒸发器依次连通过冷器和上塔，下塔底部依次连通过冷器和上塔；
10.所述下塔顶部连通有氮气出管，上塔底部连通有氧气出管，纯氧塔底部连通有液氧出管。
11.进一步地，冷却水连通水冷塔上部，冷却水还连通空冷塔中部，水冷塔底部和空冷塔上部之间连通有冷冻水管；所述空压机组和空冷塔下部连通。
12.进一步地，所述分子筛纯化系统包括电加热器和并列连通的两台分子筛吸附器，空冷塔顶部和分子筛吸附器连通；所述污氮管自上塔顶部引出依次连接过冷器和主换热器后分两路，一路污氮管连接电加热器后连通分子筛吸附器，另一路污氮管连通水冷塔下部。
13.进一步地，所述分子筛吸附器连通有洁净气管，所述洁净气管分两路，一路洁净气
管连接主换热器后、分别连通下塔下部和纯氧塔下部，另一路洁净气管依次连通增压端、主换热器、膨胀端和上塔。
14.进一步地，所述冷凝蒸发器连通有回流管，所述回流管依次连接过冷器和上塔顶部，所述下塔底部连通有液空管，所述液空管依次连接过冷器和上塔上部。
15.进一步地，所述氮气出管连接主换热器后供给用户，所述氧气出管连接主换热器后供给用户，所述液氧出管连通液氧储槽。
16.通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
17.本实用新型原理如下：空气经过空滤器过滤后，进入空压机组增压，经过空气冷却塔冷却后进入任一台分子筛吸附器内除去水份和二氧化碳，后进入主换热器冷却，送入下塔参与精馏。在下塔顶部抽取产品氮气，复热出冷箱系统供用户使用。在上塔底部抽取含氧量92%的氧气，复热出冷箱系统供用户。在纯氧塔底部抽取含氧量99.6%的液氧，出冷箱系统后作为液氧产品送入用户液氧储槽。
18.本实用新型不但可以生产出合格的富氧，而且可以生产出高压力氮气供用户使用，且不需氮压机压缩，达到节能降耗的目的。同时还可以生产出含氧量为99.6%的液氧，可以自用也可以外卖创造效益，更重要的是不会引起液氧储槽内液氧总碳氢化合物超标带来的安全隐患。
附图说明
19.图1是本实用新型一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置的工艺流程图。
20.附图中标号为：1为空滤器，2为空压机组，3为水冷塔，4为空冷塔，51为增压端，52为膨胀端，6为主换热器，7为过冷器，8为上塔，9为下塔，10为纯氧塔，11为污氮管，12为冷凝蒸发器，13为氮气出管，14为氧气出管，15为液氧出管，16为冷冻水管，17为电加热器，18为分子筛吸附器，19为洁净气管，20为回流管，21为液空管。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述：
22.如图1所示，一种同时生产高纯度液氧和压力氮气的空分装置，包括压缩系统、预冷系统、分子筛纯化系统和冷箱系统，所述压缩系统包括前后连通的空滤器1和空压机组2，所述空滤器1为自洁式空气过滤器，所述空压机组2采用压力为0.42mpa的离心式空气压缩机，满足了用户的生产要求的同时大大降低压缩能耗。
23.压缩系统工作流程为：空气首先经过自洁式空气过滤器，过滤掉尘埃和机械杂质，而后进入离心式空气压缩机压缩。
24.所述预冷系统包括分别通入冷却水的水冷塔3和空冷塔4，具体的，冷却水连通水冷塔3上部，冷却水还连通空冷塔4中部，从而为水冷塔3和空冷塔4供给冷却水，空冷塔4即空气冷却塔。
25.所述水冷塔3和空冷塔4之间连通，即水冷塔3底部和空冷塔4上部之间连通有冷冻水管16，冷冻水管16用于输送冷冻水，冷冻水的形成需要冷箱系统供给污氮给水冷塔3。所述空压机组2和空冷塔4连通，即所述空压机组2和空冷塔4下部连通，进而为空气进行冷却。
26.预冷系统工作流程为：经过压缩系统后的热空气进入空冷塔4下部，由下而上穿过空冷塔4内部的下、上段填料，热空气先与冷却水进行逆流接触进行热交换。与此同时，来自冷箱系统内的污氮通入水冷塔3底部、自下而上同冷却水在水冷却塔内的填料进行逆流接触，使污氮升温增湿后排入大气，从而使冷却水冷却为冷冻水，冷冻水通过冷冻水管16泵入空冷塔4上部。
27.热空气先与冷却水、再与冷冻水进行逆流接触而进行热交换，达到冷却空气之目的并对空气进行洗涤。同时还降低空气温度减少空气中游离水分的含量从而降低后续分子筛纯化系统的工作负荷。
28.所述空冷塔4与分子筛纯化系统连通，所述分子筛纯化系统包括电加热器17和并列连通的两台分子筛吸附器18，空冷塔4顶部和分子筛吸附器18连通。
29.分子筛纯化系统工作流程为：从空冷塔4出来的空气进入分子筛吸附器18，分子筛吸附器18利用吸附剂来吸附除去空气中的水分、二氧化碳和其他碳氢化合物。分子筛纯化系统中的分子筛吸附器18由两台卧式的容器组成，两台分子筛吸附器18采用双床层结构，当一台运行时，另一台则被由冷箱系统内来的污氮通过电加热器17加热后进行再生，以备切换使用，保证吸附器的连续使用。
30.所述冷箱系统包括增压透平膨胀机、主换热器6、过冷器7、上塔8和下塔9以及纯氧塔10，所述增压透平膨胀机包括增压端51和膨胀端52。
31.分子筛纯化系统连通主换热器6后、分别连通所述下塔9和纯氧塔10，分子筛纯化系统、增压端51、主换热器6、膨胀端52和上塔8依次连通。
32.具体的，所述分子筛吸附器18连通有洁净气管19，所述洁净气管19分两路，一路洁净气管19连接主换热器6后、分别连通下塔9下部和纯氧塔10下部，另一路洁净气管19依次连通增压端51、主换热器6、膨胀端52和上塔8。
33.洁净气管19的工作流程为：出分子筛吸附器18的空气的含水量为2ppm以下，二氧化碳含量小于1ppm，属于洁净空气。洁净空气被分为两股，一股直接进入主换热冷却后进入下塔9，下塔9中的上升气体通过与回流液体接触含氮量增加；一股进入增压透平膨胀机的增压端51进行增压并冷却后、进入主换热器6再次冷却后进入增压透平膨胀机的膨胀端52进行膨胀制冷，然后送入上塔8参与精馏。
34.所述上塔8和下塔9之间设置有冷凝蒸发器12，上塔8内所需的回流液氮来自下塔9顶部的所述冷凝蒸发器12，在这里液氧得到蒸发，而气氮得到冷凝得到液氮。
35.所述冷凝蒸发器12依次连通过冷器7和上塔8，具体的，所述冷凝蒸发器12连通有回流管20，所述回流管20依次连接过冷器7和上塔8顶部，进而冷凝蒸发器12内的液氮经过冷器7过冷、节流进入上塔8作为其回流液。
36.所述下塔9底部依次连通过冷器7和上塔8，具体的，所述下塔9底部连通有液空管21，所述液空管21依次连接过冷器7和上塔8上部。在下塔9底部形成富氧液空，富氧液空经过冷器7过冷节流后进入上塔8。在上塔8顶部抽取部分液氧，进入纯氧塔10参与精馏。
37.所述纯氧塔10底部设置蒸发器，下塔9中下部设置有液空进口，此处液空来自纯氧塔10底部蒸发器后。
38.所述上塔8底部抽取含氧量92%的液氧，进入纯氧塔10顶部，作为下流液。洁净气管19内的低温空气进纯氧塔10底部蒸发器，蒸发液氧作为上升气，完成精馏。
39.所述上塔8顶部设置污氮管11，所述污氮管11分别连通分子筛纯化系统和水冷塔3。具体的，所述污氮管11自上塔8顶部引出依次连接过冷器7和主换热器6后分两路，一路污氮管11连接电加热器17后连通分子筛吸附器18，另一路污氮管11连通水冷塔3下部。
40.在上塔8顶部抽取污氮气，经过冷器7和主换热器6复温后，一部分作为纯分子筛吸附系统的再生气，活化分子筛使用；另外一部分送往预冷系统的水冷塔3，获得降低温度的水经水泵加压后，通过冷冻水管16进入空气冷却塔给空压机组2后较高温度的空气降温除杂。
41.所述下塔9顶部连通有氮气出管13，所述氮气出管13连接主换热器6后供给用户。在下塔9顶部抽取含氧量低于10ppm、压力在0.365mpa左右的高纯度压力氮气，经主换热器6复温送岀冷箱系统供用户使用，可满足大多数用户需求。如果用户还需更高压力的氮气，此时可再采用氮压机进行增压。
42.与常规空分设备在上塔8顶部抽取氮气作为产品气不同，本实用新型在下塔9顶部抽取氮气，相应的过冷器7也没有常规空分设备的氮气通道，过冷器7设置有污氮流路，取消常规氮气流路。
43.所述上塔8底部连通有氧气出管14，具体的，所述氧气出管14连接主换热器6后供给用户。在上塔8底部抽取含氧量为92%的富氧产品，经主换热器6复温后作为产品气送往用户使用。
44.所述纯氧塔10底部连通有液氧出管15，所述液氧出管15连通液氧储槽。在纯氧塔10底部抽取含氧量为99.6%的液氧，作为液氧产品送往用户。
45.以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。