快速开机高效节能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，具体涉及一种快速开机高效节能的空分装置。


背景技术：

2.现有的空分设备装置，停机再到开机送气，需要24~36小时不等的时间，开机时间较长。这是因为空分设备在常温下，需要经过缓慢的膨胀机制冷冷却才能达到-150℃以下，再经过复杂精馏工况调整达到合格的气体纯度才能供气。开机期间的能耗和开机时产生的不合格气体都是放空浪费的。而且空分开机复杂，传统的空分开机方法容易导致开机失败而导致更大的生产损失。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是，提出一种快速开机高效节能空分装置，解决了空分设备开机时间长，能耗大的问题，能够快速开机同时回收利用液氮在气化过程中的冷量。
4.本实用新型所述的快速开机高效节能空分装置，包括空分冷箱，空分冷箱设有空气进入管和产品气输出管，空气通过压缩机压缩为压缩空气，依次通过冷干机和分子筛纯化器后进入空分冷箱；空气进入管连通液氮汽化器；空分冷箱内部设有精馏塔，精馏塔设有液氮回流管，液氮回流管包括塔顶回流管，塔顶回流管和液氮汽化器分别通过低温液氮管连通液氮储罐。
5.优选的，产品气输出管连通产品气汽化器。
6.优选的，液氮回流管还包括塔底回流管，塔底回流管连通低温液氮管。
7.优选的，产品气输出管和低温液氮管均为耐低温管道。
8.优选的，精馏塔为铝制筛板式精馏塔。
9.优选的，产品气汽化器和液氮汽化器均为空浴式汽化器。
10.优选的，液氮储罐为立式真空粉末绝热储罐。
11.管道上可根据控制需要设置阀门，通过阀门开闭来方便地控制相应管道内物料的通断以及调节物料的流量。
12.需要说明的是，文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，方便表达，不代表顺序关系。
13.空分冷箱内填充珠光砂用来作为保冷绝热物，并在空分冷箱内充入干燥氮气以防止空分冷箱外湿气的侵入，从而保证了空分冷箱很好的绝热性。
14.本实用新型的开机过程包括以下步骤：
15.（1）氮气吹扫
16.空分开机的时候，空分塔内是常温空气，首先用经过液氮汽化器气化后的气体氮气通入空分冷箱的空气进入管，对空分冷箱内的气体进行吹扫和置换，检测到空分冷箱产
品气输出管的氮气纯度合格时，可以证明空分冷箱内的空气全部被氮气置换，此时氮气吹扫置换完成，可以关闭常温氮气，进入下一步。
17.（2）液氮为空分冷箱精馏塔降温
18.此时空分冷箱内为常温氮气，液氮从液氮储罐经由低温液氮管进入精馏塔塔底和精馏塔顶的液氮回流管，液氮的低温对精馏塔进行快速降温，液氮在精馏塔内部会快速气化，迅速为空分冷箱降温，因为通入的液氮都是纯度合格的氮气，从空分冷箱产品气输出管出来的都是纯度合格的氮气，所以在整个空分冷箱降温的过程中也可以持续供气，同时回收了液氮的冷量用于空分冷箱降温，在这一过程，空分冷箱相当于汽化器，起到气化液氮的效果。考虑到冷箱温度持续降低，所以产品气需要低温管道和空浴式汽化器为产品氮气升温到常温。
19.（3）精馏塔塔底和塔板积累液氮，开始精馏
20.随着空分冷箱的温度逐步的降低，降低到液氮的液化温度（气体的液化温度会随着压力的升高而升高，不同压力下氮气的液化温度是不一样的，不同用途的空分设计压力不一样，会导致不同空分精馏塔的精馏温度不一样）。精馏塔内开始有液氮，当精馏塔内塔底和塔板开始积累可以精馏的液体的时候，可以开启空气压缩机，空气经过冷干机和分子筛纯化器除去杂质，缓慢向空分冷箱通入净化后的空气，切断进入精馏塔塔底回流管的液氮，让空气逐步进入空分冷箱参与精馏工况。这一过程，因为塔内的筛板都是纯液氮，在加大净化空气进入空分冷箱的过程中，氮气的纯度不会变差。此时可以依据空分冷箱内温度，通过调整空气进空分冷箱的气量来建立空气精馏工况。
21.（4）空分整套设备开机
22.当净化后的空气进入空分冷箱后，开启膨胀机制冷，调整精馏工况，空分冷箱内精馏进入正常工况，关闭塔顶的液氮储罐供应，开机完成。
23.本实用新型的应用：其一，可以对即将建造的空分冷箱和液氮储罐进行简单的改造，
①
在空分冷箱空气进入管上增加普通气体管道连接液氮汽化器，液氮汽化器连通液氮储罐；
②
精馏塔塔顶与液氮储罐之间用低温液氮管连通，此处液氮用于降温和液氮回流；
③
精馏塔塔底与液氮储罐之间用低温液氮管连通，此处液氮用于降温和塔底积累液体；
④
在正常生产中，产品气出冷箱之后一般是常温，本实用新型采用液氮快速降温，在开机阶段产品气的温度会很低，所以产品气输出管要用专用的耐低温管道，并配合空浴式汽化器将产品升温到常温；在开机结束后正常的精馏工况平稳后，产品气的出口温度会变成常温。
24.其二，本实用新型在已建好的生产液氮产品的空分设备上也可通过简单改造进行应用，因对冷箱的改造较为复杂，可以从冷箱外进行改造，
①
在空分冷箱空气进入管上增加普通气体管道连接液氮汽化器，液氮汽化器连通液氮储罐；
②
对于生产液氮的空分，可以将液氮从储罐反向通入精馏塔塔顶；
③
在正常生产中，产品气出冷箱之后一般是常温，本实用新型采用液氮快速降温，在开机阶段产品气的温度会很低，所以产品气输出管要用专用的耐低温管道，并配合空浴式汽化器；在开机结束后正常的精馏工况平稳后，产品气的出口温度会变成常温；因为精馏塔底在冷箱内改造非常困难，所以精馏塔底的改造可不进行，通过塔顶的液氮回流也可以达到制冷效果，相对于精馏塔顶塔底都改造的空分开机速度会慢一些但对比常规空分开机工艺仍可起到快速开机的效果。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
26.1、常规空分设备开机期间，液氮供气的冷量是浪费的，本实用新型利用了液氮供气的冷量来为冷箱精馏塔降温同时减少了空分开机的时间；空分开机期间大量消耗电能，本实用新型通过提升开机时间，可以极大减少空分开机的水电浪费，减少能耗节约时间；本实用新型可以让空分设备快速达到合格的氮气纯度；
27.2、本实用新型应用简便，对于现有空分设备仅需进行简单改造，不需要购买过多的设备，改造费用少；
28.3、应用范围广，适合大多数的深冷法空分设备，对于空分设备设有氧气塔、氩气塔、氦气塔、氖气塔、氙气塔和氪气塔等分塔或者上下塔的空分，均可采用本实用新型方案；对于有多塔的空分设备改造，可以只在空分冷箱外进行改造。
附图说明
29.图1、本实用新型结构示意图；
30.图中：1、空分冷箱；2、空气进入管；3、产品气输出管；4、塔顶回流管；5、液氮汽化器；6、低温液氮管；7、液氮储罐；8、塔底回流管；9、产品气汽化器。
具体实施方式
31.下面将结合附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
32.如图1所示，本实用新型所述的快速开机高效节能空分装置，包括空分冷箱1，空分冷箱1设有空气进入管2和产品气输出管3，空气进入管2连通液氮汽化器5；空分冷箱1内部设有精馏塔，精馏塔设有液氮回流管，液氮回流管包括塔顶回流管4，塔顶回流管4和液氮汽化器5分别通过低温液氮管6道连通液氮储罐7。
33.产品气输出管3连通产品气汽化器9。
34.液氮回流管还包括塔底回流管8，塔底回流管8连通低温液氮管6。
35.产品气输出管3和低温液氮管6均为耐低温管道。
36.精馏塔为铝制筛板式精馏塔。
37.产品气汽化器9和液氮汽化器5均为空浴式汽化器。
38.液氮储罐7为立式真空粉末绝热储罐。
39.工作过程如下：
40.（1）氮气吹扫
41.空分开机的时候，空分塔内是常温空气，首先用经过液氮汽化器5气化后的气体氮气通入空分冷箱1的空气进入管2，对空分冷箱1内的气体进行吹扫和置换，当空分冷箱1内的精馏塔和管道全部被氮气置换后，检测到空分冷箱1产品气输出管3氮气纯度合格时，就可以供气停止常温气体氮气供应。
42.（2）液氮为空分冷箱1精馏塔降温
43.此时空分冷箱1内为常温氮气，液氮从液氮储罐7经由低温液氮管6进入精馏塔塔底和精馏塔顶的液氮回流管，利用液氮的低温对精馏塔进行快速降温，液氮在精馏塔内部会快速气化，迅速为空分冷箱1降温，因为通入的液氮和气氮都是纯度合格的氮气，从空分冷箱1产品气输出管3出来的都是纯度合格的氮气，所以在整个空分冷箱1降温的过程中也可以持续供气，同时回收了液氮的冷量用于空分冷箱1降温，在这一过程，空分冷箱1相当于
汽化器，起到气化液氮的效果。
44.（3）精馏塔塔底和塔板积累液氮，开始精馏
45.随着空分冷箱1的温度逐步的降低，降低到液氮的液化温度（气体的液化温度会随着压力的升高而升高，不同压力下氮气的液化温度是不一样的，不同用途的空分设计压力不一样，会导致不同空分精馏塔的精馏温度不一样）。精馏塔内开始有液氮，当精馏塔内塔底和塔板开始积累可以精馏的液体的时候，可以开启空气压缩机，压缩空气经过冷干机和分子筛纯化器除去杂质，缓慢向空分冷箱1通入净化后的空气，切断进入精馏塔塔底回流管8的液氮，让空气逐步进入空分冷箱1参与精馏工况。这一过程，因为塔内的筛板都是纯液氮，在加大净化空气进入空分冷箱1的过程中，氮气的纯度不会变差。此时可以依据空分冷箱1内温度，通过调整空气进空分冷箱1的气量来建立空气精馏工况。
46.（4）空分整套设备开机
47.当净化后的压缩空气进入空分冷箱1后，开启膨胀机制冷，调整精馏工况，空分冷箱1内精馏进入正常工况，关闭液氮储罐7供应，开机完成。