富氧空气产品的制备装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空气分离技术领域，具体而言，涉及一种富氧空气产品的制备装置及方法。
【背景技术】
[0002]传统上的燃烧过程大都是基于空气为氧化剂来源的热工过程，常规燃烧方式助燃空气仅21%的氧气参与燃烧过程，而空气中的79%的氮气不但不帮助燃烧，反而吸收了大量的燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出，造成燃料的很大浪费。
[0003]随着助燃技术的不断提高，人们发现采用富氧空气(氧气的体积分数大于空气中的平均氧气体积分数的空气称为富氧空气)作为氧化剂来源较传统的燃烧过程更节能环保:富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出所有的热量，提高了燃料的燃尽率，减少燃料的热损失，节约了燃料，同时，富氧燃烧环境能有效的提高燃料系统的升温速率而节能。
[0004]研究发现，火焰温度随助燃空气的含氧量的增加而增加，当含氧量少于30%时，火焰温度上升很快；当含氧量大于30%时，火焰温度上升缓慢，一般含氧量控制在30%左右为助燃效果最佳。
[0005]目前工业富氧空气的制备方法主要是分离空气，应用最广泛的是低温精馏法，其次还有膜分离法。
[0006]申请号为201110096197.X的发明申请公开了一种低压富氧空气分离工艺，其流程是双塔正流膨胀制取富氧工艺，得到氧气纯度在80% -95%的富氧空气产品，采用这种方式得到的富氧空气产品，在应用时需和空气混合后才能使用，且混合时需要再增加混配系统，给使用带来了极大的不便，同时，在混配过程中，富氧纯度不便于控制，容易发生炉体烧毁等安全事故，其次，由于产品纯度相对较高导致成本过高，增加投资成本。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种富氧空气产品的制备装置及方法，以改善上述问题。
[0008]第一方面，本发明实施例提供了一种富氧空气产品的制备装置，富氧空气产品的制备装置包括空气压缩机、预冷设备、分子筛吸附器、主换热器、精馏塔和膨胀机；
[0009]所述空气压缩机、所述预冷设备和所述分子筛吸附器依次连接；
[0010]所述空气压缩机用于将原料空气压缩至0.4-0.6MPa，所述原料空气包括第一原料空气和第二原料空气；
[0011]所述预冷设备用于将压缩后的所述原料空气预冷至8-10°C ；
[0012]所述分子筛吸附器用于将预冷后的所述原料空气纯化，去除所述原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔；
[0013]所述主换热器用于将纯化后的所述原料空气冷却至饱和温度；
[0014]所述精馏塔用于将冷却后的所述第一原料空气进行精馏得到富氧液化空气和氮气，所述精馏塔的塔顶设置有冷凝蒸发器；
[0015]所述膨胀机用于将冷却后的所述第二原料空气膨胀至常压状态；
[0016]所述主换热器还用于将膨胀后的所述第二原料空气与富氧空气混合后得到的气体复热至常温得到富氧空气产品，所述富氧空气是所述富氧液化空气汽化后得到的。
[0017]结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，富氧空气产品的制备装置还包括过冷器，所述过冷器分别与所述膨胀机、所述精馏塔的塔底以及所述冷凝蒸发器连接；
[0018]所述过冷器用于将得到的所述富氧液化空气冷却，回收低温返流气体的冷量；
[0019]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述空气净化装置包括还包括节流阀，所述节流阀位于所述过冷器和所述冷凝蒸发器之间，所述节流阀用于将冷却后的所述富氧液化空气进行节流。
[0020]第二方面，本发明实施例还提供了一种富氧空气产品的制备方法，该方法包括:
[0021]将原料空气压缩至0.4-0.6MPa，所述原料空气包括第一原料空气和第二原料空气;
[0022]将压缩后的所述原料空气预冷至8_10°C ；
[0023]将预冷后的所述原料空气纯化处理，去除所述原料空气中的水分、二氧化碳和乙块;
[0024]将纯化处理后的所述第一原料空气进行精馏得到富氧液化空气和氮气；
[0025]将纯化处理后的所述第二原料空气膨胀至常压状态；
[0026]将所述富氧液化空气汽化得到富氧空气；
[0027]将膨胀后的所述第二原料空气与所述富氧空气混合后得到的气体复热至常温得到富氧空气产品。
[0028]结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括:
[0029]将得到的所述富氧液化空气冷却；
[0030]利用冷却并节流后的所述富氧液化空气作为冷源，对得到的所述氮气进行冷却得到液氮，同时所述富氧液化空气汽化为所述富氧空气。
[0031]本发明实施例提供的富氧空气产品的制备装置及方法，制备装置的结构简单，制备与原料空气混合的富氧空气时，对富氧空气中氧的含量要求低，因此制取的流程更加简便，制取过程中耗能更低，能有效节约生产成本，且制备得到的富氧空气产品可直接用于助燃，使用时不需再另增混配系统，保证使用安全。
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1示出了本发明第一实施例所提供的富氧空气产品的制备装置的结构示意图；
[0035]图2示出了本发明第二实施例所提供的富氧空气产品的制备装置的结构示意图；
[0036]图3示出了本发明第三实施例所提供的富氧空气产品的制备方法的流程图。
[0037]主要元件符号说明:
[0038]主换热器101，精馏塔102，膨胀机103，过冷器104，冷凝蒸发器105，空气压缩机107，分子筛吸附器108，节流阀109，预冷设备110。
【具体实施方式】
[0039]下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]考虑到现有技术中双塔正流膨胀制取富氧工艺制取得到的富氧空气，在使用时需要增加混配系统，在混配过程中，富氧纯度不便于控制，容易发生炉体烧毁等安全事故，且由于产品纯度相对较高导致成本过高，增加投资成本。基于此，本发明实施例提供了一种富氧空气产品的制备装置及方法，下面通过实施例进行描述。
[0041]实施例一
[0042]参阅图1 (图中的箭头方向表示气体或液体的流动方向)，本发明实施例提供了一种富氧空气产品的制备装置，包括空气压缩机107、预冷设备110、分子筛吸附器108、主换热器101、精馏塔102和膨胀机103，空气压缩机107、预冷设备110和分子筛吸附器108依次连接，空气压缩机107用于将原料空气压缩至0.4-0.6MPa，预冷设备110用于将压缩后的原料空气预冷至8-10°C，分子筛吸附器108用于将预冷后的所述空气纯化，去除原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔等杂质，主换热器101用于将净化后的原料空气冷却至饱和温度，精馏塔102用于将冷却后的一部分原料空气进行精馏得到富氧液化空气和氮气，精馏塔的塔顶设置有冷凝蒸发器105，膨胀机103用于将冷却后的另一部分原料空气膨胀至常压状态，主换热器101还用于将膨胀后的原料空气与富氧液化空气蒸发后得到的富氧空气混合形成的气体复热至常温得到富氧空气产品。
[0043]制取富氧空气产品时，原料空气首先进入空气压缩机107中进行压缩，使原料空气的气压保持在0.4-0.6MPa内；原料空气压缩后，引入预冷设备110将原料空气预冷至8-10°C，原料空气预冷后，引入分子筛吸附器108，去除原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔等物质，为保证去除效果更好，优选的，本实施例中采用两个交替使用的分子筛吸附器108。除原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔等物质后，可以将其中一小部分抽出作为检测仪表检测的所用的空气。
[0044]分子筛吸附器108连接主换热器101，原料空气经分子筛吸附器108去除水分、二氧化碳和乙炔后，引入至主换热器101内，一部分原料空气(即权利要求中的第一原料空气)经主换热器101冷却至-177°c左右，并送入精馏塔102的塔底进行精馏，得到富氧液化空气和氮气，另一部分原料空气(即权利要求中