一种提取中压氧气的液体空分的装置及其方法与流程

本发明涉及一种提取中压氧气的液体空分的装置及其方法，属于空气精馏领域。

背景技术：

空气分离设备是钢铁冶金、煤化工、氨合成等行业不可或缺的配套设备。空分不仅仅主要提供企业所需要的压力氧气，也提供一部分液体产品。压力氧气满足企业下游产品的正常输出，液体产品一方面用于考虑后备系统的应急，一方面可以作为产品出售带来经济收益。近些年来随着气体行业的发展，液体产品收益也显得可观。增加液体产品产量，在提高经济效益，降低整体运行成本上呈现出优势。越来越多的气体投资空分中，考虑增大液体产品来增强竞争优势，故寻求一种适合压力氧空分中带大流量液体产品的流程显得尤为重要。而目前的提取中压氧气的液体空分存在以下缺点：1、能耗高、成本高、利用率低；2、需要多台膨胀机；3、流程复杂、操作困难。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术问题，本发明采用新型的流程形式，流程的合理选择使得仅需单台膨胀机，就在获取压力氧气的同时获取了大量的液体产品；同时流程中压力的合理选择，使得换热器尽可能的回收了冷量，从而节省了制氧装置的能耗，并且高压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提取中压氧气的液体空分的装置，包括相互连通的空气压缩系统、预冷系统、纯化系统，所述纯化系统连出并形成有直流通道、增压通道、仪表供气通道，所述增压通道依次连有增压系统和换热系统，所述直流通道直接与换热系统相连，所述换热系统经由若干条管路连有精馏系统，还包括自动化控制系统，所述预冷系统、纯化系统、换热系统、精馏系统均与自动化控制系统连接。

作为一种改进，所述空气压缩系统包括依次连接的空气吸入过滤器、原料空气压缩机，所述预冷系统包括空气冷却塔、水冷却塔、预冷水泵wp，所述纯化系统包括两个台并联的分子筛纯化器，所述空气冷却塔与分子筛纯化器连接，所述增压系统包括空气增压压缩机，自空气增压压缩机末端连出形成有第一抽口，所述第一抽口连有增压透平膨胀机，所述增压透平膨胀机与换热系统连通，所述增压透平膨胀机增压端出口连出两路，一路连接有第一管路，另一路进入换热系统并延出形成第二管路，所述第一管路和第二管路均与精馏系统底部相连通，所述第一抽口和增压透平膨胀机间连有第一冷却器，所述自动化控制系统包括dcs系统、测量仪表、组分分析仪表、调节阀，其中两台分子筛纯化器间设置有若干个调节阀。

作为一种改进，所述精馏系统包括下塔、上塔，所述下塔、上塔之间连接有冷凝蒸发器，所述下塔的顶部设置有液氮出口，在上塔的底部设置有液氧出口。

作为一种改进，所述液氧出口连接有液氧通道，所述液氧通道延伸并经过换热系统后连接有氧气管网，所述液氧通道上设置有液氧泵，通过液氧泵压缩将液氧送入换热系统复热出冷箱。

作为一种改进，所述上塔中部连接有第一粗氩塔，所述第一粗氩塔依次连接有第二粗氩塔、纯氩塔，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部间设置有回流管道，所述回流管道上设置有液体泵，靠近第二粗氩塔的顶端设置有粗氩气出口，所述粗氩气出口与纯氩塔的中部连接，所述纯氩塔底部设置有精氩蒸发器、顶部设置有精氩冷凝器，所述精氩蒸发器通过管道与下塔顶部的液氮出口连通。

作为一种改进，所述纯氩塔顶部的纯氩冷凝器设置有污氮气出口，所述污氮气出口连接有污氮气管道，所述污氮气管道依次经过第二过冷器、换热系统且与分子筛纯化器连接，所述污氮气管道与水冷塔连接。

一种提取中压氧气的液体空分的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)：将原料空气送入空气吸入过滤器，在空气吸入过滤器中除去颗粒杂质，送入原料空气压缩机，经过多级压缩至0.601-0.609mpa后进入空气冷却塔中冷却；

步骤2)：从空气冷却塔上端输出后的空气进入分子筛纯化器以清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气，所述分子筛纯化器有两台，两台分子筛纯化器定时自动切换工作，当一台分子筛纯化器吸附杂质时，另一台分子筛纯化器由污氮气进行再生，两个分子筛纯化器的切换周期为3-5小时；

步骤3)：经分子筛纯化器吸附净化后的空气分为三路：第一路被抽出作为空分自用仪表空气；第二路空气经增压通道去空气增压机继续增压，增压后的空气在第一冷却器中被冷冻水冷却，然后进入增压透平膨胀机的增压端继续增压；第三路空气经直流通道直接进入换热系统，被返流气体冷却至饱和温度后从换热系统冷端直接进入下塔进行精馏；

步骤4)：将增压透平膨胀机增压后的空气进行冷却后分成两路：第一路空气进入换热系统的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从换热系统中部抽出，进入增压透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气进入下塔进行初步精馏，第二路空气进入换热系统，与高压液氧以及污氮气进行换热，然后从换热系统底部抽出经节流后进入下塔进行初步精馏；

步骤5)：进入下塔后的空气经初步精馏后获得液态空气、纯液氮和污液氮，经过冷凝蒸发器过冷、节流阀节流，送入上塔进一步精馏，在上塔底部获得液氧；

步骤6)：将步骤5)获得的液氧分成两路：第一路通过液氧泵压缩后进入换热系统复热后出冷箱，进入氧气管网，第二路进行过冷后送入液氧贮槽以获得液氧产品；

步骤7)：从下塔顶部抽出纯液氮，经过冷器过冷后进入液氮贮槽以获得液氮产品；从纯氩塔顶部引出污氮气并依次经过第二过冷器、换热系统复热出冷箱后分成两路：第一路进入分子筛纯化器以作为分子筛再生气体，第二路直接送入水冷塔；

步骤8)：从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，所述粗氩塔包括第一粗氩塔、第二粗氩塔，第二粗氩塔底部抽取的液体经液体泵送入第一粗氩塔顶部作为回流液，经第二粗氩塔精馏得到粗氩气送入纯氩塔中部，经纯氩塔精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。

作为一种改进，所述空气冷却塔分为上下两段，空气冷却塔的下段使用常温循环水，空气冷却塔的上段使用经氮水冷却塔冷却后的冷冻水以使空气冷却塔出口空气温度降低，原料空气从空气冷却塔的下端输入，并从空气冷却塔上端输出。

作为一种改进，所述空气冷却塔顶部设有丝网除雾器以除去空气中的机械水滴。

有益效果：1)换热系统回收冷量效率高，节省了制氧装置的能耗；2)增压空气利用膨胀机增压端继续加压，降低了增压机末端的排气压力，降低了增压机的制造难度及制造成本；3)仅使用单台膨胀机，产出满足需求的中压氧气和大量液体产品；4)增压机压力合理选择，流程合理，使得换热积分温差小，冷量尽量回收，运行能耗较低；5)制备产品多样、适合市场需求。

附图说明

图1是本发明结构原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示为一种提取中压氧气的液体空分的装置的具体实施例，包括相互连通的空气压缩系统、预冷系统1、纯化系统2，纯化系统2分别连接有直流通道3、增压通道4、仪表供气通道，其中增压通道4依次连有增压系统5和换热系统6，直流通道3直接与换热系统6相连，换热系统6经由若干条管路连有精馏系统7，仪表供气通道中的空气作为仪表空气源，提高了利用率、节约了成本，原料空气经空气压缩系统进行过滤除去灰尘以及机械杂质，在多级压缩后送入预冷系统1进行冷却，冷却后的空气进入纯化系统2以清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气，干净、干燥的空气分别进入直流通道3、增压通道4、仪表供气通道，直流通道3中空气直接进入换热系统6，被返流气体冷却至饱和温度，出换热系统6冷端直接进入精馏系统7进行精馏获取氧气以及液态气体，还包括自动化控制系统，空气压缩系统、预冷系统1、纯化系统2、增压系统5、换热系统6、精馏系统7均与自动化控制系统连接，自动化控制系统具备安全指示、报警、调节、控制、联锁等功能，使得可以对空气压缩系统、预冷系统1、纯化系统2、增压系统5、换热系统6、精馏系统7可以进行智能控制，提高了操作效率。

作为一种改进的实施例，如图1所示，空气压缩系统包括依次连接的空气吸入过滤器20、原料空气压缩机21，预冷系统1包括空气冷却塔28、水冷却塔35、预冷水泵wp，纯化系统2包括两个台并联的分子筛纯化器14，空气冷却塔与分子筛纯化器14连接，增压系统5包括空气增压压缩机8，自空气增压压缩机8末端连出形成有第一抽口9，所述第一抽口9连有增压透平膨胀机10增压端，增压透平膨胀机10增压端与换热系统6连通，所述增压透平膨胀机10增压端出口连出两路，一路连接有第一管路11，另一路进入换热系统6并延出形成第二管路12，第一管路11和第二管路12均与精馏系统7底部相连通，第一抽口9和增压透平膨胀机10增压端间连有第一冷却器13，自动化控制系统包括dcs系统、测量仪表、组分分析仪表、调节阀，其中两台分子筛纯化器14间设置有若干个调节阀，本发明中原料空气在空气吸入过滤器20中去除去灰尘和机械杂质后，进入原料空气压缩机21中，经过多级压缩至0.601-0.609mpa后进入空气冷却塔中冷却，空气在直接接触式空气冷却塔28中与水进行热质交换，降温至

～10℃，然后进入交替使用的分子筛吸附器14，用于冷却空气的水有两部分：一部分为常温水，由泵加压后进入空冷塔中部，另一部分称为冷冻水，该股冷冻水由普通冷却水经水氮塔冷却，而后经过深冷水泵加压进入空气冷却塔的顶部，出空气冷却塔空气进入分子筛吸附器14，通过分子筛吸附器14用来清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气，两台吸附器14交替使用，即一台吸附器吸附杂质，另一台吸附器则由污氮气进行再生，每次交替周期为3-5小时，净化后的加工空气分成三路：一路被称作膨胀空气，首先经过空气增压压缩机8进行增压后，从空气增压压缩机8末端的第一抽口9输入到第一冷却器13中冷却，然后输入到增压透平膨胀机10增压端增压，增压后的空气首先在增压机后冷却器中被冷冻水冷却，一部分进入换热系统6中的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从换热系统6中部抽出，进入透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气通过第一管路11进入精馏系统7中进行精馏，另一部分进入换热系统6，被返流气体冷却后节流进入精馏系统7，精馏过程是通过氧、氮、氩的沸点间的差异，使氮气从液体中蒸发出来，空气中氧组分被冷凝下来，获得含氧38％的富氧液空，同时也获取纯氮；另一路空气先经过进入换热系统6被冷却至露点温度，然后通过第二管路12进入精馏系统7进行精馏，同样精馏过程是通过氧、氮、氩的沸点间的差异，使氮气从液体中蒸发出来，空气中氧组分被冷凝下来，获得含氧38％的富氧液空，同时也获取纯氮，自动化控制系统包括dcs系统、测量仪表、组分分析仪表、调节阀，通过dcs系统实现安全指示、报警、调节、控制、联锁等功能，通过测量仪表、组分分析仪表进行实时监测气体成分、含量以及气压的大小，本发明两台并联的分子筛纯化器14间设置有若干个调节阀，通过控制调节阀的开启，实现了交替使用两台分子筛纯化器14进行分工工作。

作为一种改进的实施例，精馏系统7包括下塔15、上塔16，下塔15、上塔16之间连接有冷凝蒸发器17，下塔15的顶部设置有液氮出口18，在上塔16的底部设置有液氧出口19，下塔15顶部的氮气经过冷凝蒸发器17，与来自上塔16底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮气被冷凝，一部分冷凝液氮再回到下塔作回流液，另一部分液氮在过冷器中进行过冷，然后送入上塔16顶部作为上塔16的回流液，从下塔15底部抽出富氧液空，在过冷器中过冷，其中一部分富氧液空提供给粗氩塔冷凝器作为冷源，另一部分送入上塔16进行精馏，通过上塔16的分离，在上塔16底部获得纯度为99.6％的液氧，通过液氧出口19可使用液氧泵提高压力后，经换热系统6复热后出冷箱转换为不同压力的氧气产品送出。

作为一种改进的实施例，所述液氧出口19连接有液氧通道，所述液氧通道延伸并经过换热系统6后连接有氧气管网，所述液氧通道上设置有液氧泵，通过液氧泵压缩将液氧送入换热系统6复热出冷箱，通过液氧泵压缩将液氧通道内的液氧提高压力后，经换热系统6复热后出冷箱转换为不同压力的氧气产品送出。

作为一种改进的实施例，所述上塔16中部连接有第一粗氩塔22，所述第一粗氩塔22依次连接有第二粗氩塔23、纯氩塔24，第一粗氩塔22顶部与第二粗氩塔23底部间设置有回流管道25，回流管道25上设置有液体泵26，靠近第二粗氩塔23的顶端设置有粗氩气出口27，粗氩气出口27与纯氩塔24的中部连接，纯氩塔24底部设置有精氩蒸发器29、顶部设置有精氩冷凝器30，所述精氩蒸发器29通过管道与下塔15顶部的液氮出口18连通，从上塔16的中部抽取一定量的氩馏份送入第一粗氩塔22，第二粗氩塔23底部的回流液经回流管道25并通过液体泵26送入第一粗氩塔22的顶部作为回流液，经过纯氩塔24精馏以除去氩气中的残余氧，同时进行液化得到液体纯氩，经自动控制系统中的组分分析仪表分析合格后送入液氩贮槽。

作为一种改进的实施例，纯氩塔24顶部的纯氩冷凝器设置有污氮气出口31，污氮气出口31连接有污氮气管道32，污氮气管道32依次经过第二过冷器34、换热系统6且与分子筛纯化器14连接，污氮气管道32还连接有水冷塔35，从纯氩塔24的上部抽出污氮气，经过冷器、换热系统6复热后分成两部分，一部分去分子筛纯化器14作再生气，另一部分去水冷塔35。

如图1所示为一种提取中压氧气的液体空分的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)：将原料空气送入空气吸入过滤器，在空气吸入过滤器中除去颗粒杂质，送入原料空气压缩机，经过多级压缩至0.601-0.609mpa后进入空气冷却塔中冷却，其中优选压缩至0.605mpa；

步骤2)：从空气冷却塔上端输出后的空气进入分子筛纯化器以清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气，所述分子筛纯化器有两台，两台分子筛纯化器定时自动切换工作，当一台分子筛纯化器吸附杂质时，另一台分子筛纯化器由污氮气进行再生，两个分子筛纯化器的切换周期为3-5小时，优选4小时，空气冷却塔分为上下两段，空气冷却塔的下段使用常温循环水，空气冷却塔的上段使用经氮水冷却塔冷却后的冷冻水以使空气冷却塔出口空气温度降低，原料空气从空气冷却塔的下端输入，并从空气冷却塔上端输出，在空气冷却塔顶部设有丝网除雾器以除去空气中的机械水滴，原料空气自下而上穿过空气冷却塔，空气在冷却的同时，又得到清洗；

步骤3)：经分子筛纯化器吸附净化后的空气分为三路：第一路被抽出作为空分自用仪表空气；第二路空气经增压通道去空气增压机继续增压，增压后的空气在第一冷却器中被冷冻水冷却，然后进入增压透平膨胀机的增压端继续增压；第三路空气经直流通道直接进入换热系统，被返流气体冷却至饱和温度后从换热系统冷端直接进入下塔进行精馏；

步骤4)：将增压透平膨胀机增压后的空气进行冷却后分成两路：第一路空气进入换热系统的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从换热系统中部抽出，进入增压透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气进入下塔进行初步精馏，第二路空气进入换热系统，与高压液氧以及污氮气进行换热，然后从换热系统底部抽出经节流后进入下塔进行初步精馏；

步骤5)：进入下塔后的空气经初步精馏后获得液态空气、纯液氮和污液氮，经过冷凝蒸发器过冷、节流阀节流，送入上塔进一步精馏，在上塔底部获得液氧；

步骤6)：将步骤5获得的液氧分成两路：第一路通过液氧泵压缩后进入换热系统复热后出冷箱，进入氧气管网，第二路进行过冷后送入液氧贮槽以获得液氧产品；

步骤7)：从下塔顶部抽出纯液氮，经过冷器过冷后进入液氮贮槽以获得液氮产品；从纯氩塔顶部引出污氮气并依次经过第二过冷器、换热系统复热出冷箱后分成两路：第一路进入分子筛纯化器以作为分子筛再生气体，第二路直接送入水冷塔；

步骤8)：从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，所述粗氩塔包括第一粗氩塔、第二粗氩塔，第二粗氩塔底部抽取的液体经液体泵送入第一粗氩塔顶部作为回流液，经第二粗氩塔精馏得到粗氩气送入纯氩塔中部，经纯氩塔精馏在纯氩塔底部得到纯液氩。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。