一种制备压力氧气的空气分离装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空气分离技术领域，具体而言，涉及一种制备压力氧气的空气分离装置及方法。
【背景技术】
[0002]传统使用窑炉的行业，不论燃料是天然气、重油、液化气、焦炉煤气，提供助燃的一定是大自然无偿给予的空气。众所周知，空气的组成是20.95 %氧，78.12 %氮和0.93 %氩，其它组分含量甚微，可以忽略不计。所以在使用空气助燃的时候，起有效成份只有大约20.95 %氧气在起作用，超过78 %的氮气和其它成分不仅不能产生热量，反而会在燃烧过程中消耗和带走大量的热量。
[0003]随着经济的发展，国家对能源和环境保护等方面将更加重视，迫切需要一项新燃烧技术来代替原有的空气助燃技术。而全氧燃烧技术正是符合节能、环保和高熔化质量的有效手段。
[0004]所谓全氧燃烧就是以纯氧(纯度从90%_100%)代替空气，经过调压后，以一定的流量送入窑炉，与燃料进行燃烧。采用全氧燃烧技术可以实现节能降耗、减少NOX排放、显著提高玻璃质量，而且可以减少熔窑的建设成本、延长熔窑使用寿命、降低生产成本，是企业节能降耗、提高产品质量、取得良好经济效益的有效措施。因此，首先需要制备压力氧气提供窑炉助燃物，以实现全氧燃烧技术。
[0005]相关技术中制备压力氧气的空气分离装置是:先将空气通过热交换器冷却至饱和温度并带有一定含湿，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同，其中在大气压力下，氧的沸点为90K，氮的沸点为77K，利用沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以实现将空气中的氧、氮分离，而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程。上述精馏塔主要由上、下两塔和塔间的冷凝蒸发器组成。
[0006]然而，在实现本发明的过程中，发明人发现利用现有技术中的空气分离装置制备压力氧气，制备工艺多为双塔内压缩工艺，存在装置提取率低，能耗较高的问题。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种制备压力氧气的空气分离装置及方法，该装置通过采用三塔式内压缩工艺，能够实现直送全氧助燃的功能，并通过其增加中压塔达到提高精馏效率，进而提高装置提取率，以及节能的效果，以解决上述问题。
[0008]本发明实施例提供了一种制备压力氧气的空气分离装置，包括:
[0009]空气压缩单元、低压塔、主冷凝蒸发器、高压塔、第一节流阀、中压塔、中压冷凝蒸发器、第二节流阀和液氧泵组，
[0010]所述空气压缩单元，用于对原料空气进行增压；
[0011]所述高压塔，用于采用低温精馏的方式，将经所述空气压缩单元增压的原料空气分离为高压氮气和高压富氧液化空气；
[0012]所述主冷凝蒸发器，用于进行所述高压氮气和低压液氧间接换热，以使所述高压氮气液化为高压液氮，并将低压液氧汽化为氧气；
[0013]所述第一节流阀，用于将所述高压富氧液化空气节流；
[0014]所述中压塔，用于采用低温精馏的方式，将所述节流的高压富氧液化空气分离为中压氮气和中压富氧液化空气；
[0015]所述中压冷凝蒸发器，用于将所述中压氮气冷凝液化为中压液氮；
[0016]所述第二节流阀，用于将所述中压富氧液化空气节流，以生成低压富氧液化空气;
[0017]所述低压塔，用于采用低温精馏的方式，将所述低压富氧液化空气分离为低压液氧和污氮气；
[0018]所述液氧泵组，用于对所述低压液氧进行增压，经换热生成预定压强的压力氧气。
[0019]优选的，上述空气压缩单元包括:第一空气增压机和第二空气增压机，
[0020]所述第一空气增压机，用于将所述原料空气增压以生成低压空气和中压空气；
[0021]所述第二空气增压机，用于将所述中压空气增压以生成高压空气。
[0022]优选的，上述液氧泵组包括至少2个液氧泵，第一液氧泵包括可调压力液氧泵或固定压力液氧泵，第二液氧泵包括备用液氧泵，用于当所述第一液氧泵不能正常工作时，代替所述第一液氧泵工作。
[0023]本发明实施例还提供了一种制备压力氧气的空气分离方法，包括:
[0024]将原料空气经过滤、增压、预冷、纯化、换热、节流和第一次低温精馏为高压氮气和高压富氧液化空气，
[0025]将所述高压富氧液化空气节流并第二次低温精馏为中压富氧液化空气，
[0026]将所述中压富氧液化空气经节流，引入中压冷凝蒸发器，生成低压富氧液化空气，
[0027]将所述低压富氧液化空气经第三次低温精馏为低压液氧和污氮气。
[0028]对所述低压液氧进行增压，经换热生成预定压强的压力氧气。
[0029]本发明实施例提供的一种制备压力氧气的空气分离装置及方法，该装置包括:空气压缩单元、低压塔、主冷凝蒸发器、高压塔、第一节流阀、中压塔、中压冷凝蒸发器、第二节流阀和液氧泵组，该高压塔将经空气压缩单元增压的原料空气分离为高压氮气和高压富氧液化空气；该中压塔采用低温精馏的方式，将节流的高压富氧液化空分离为中压氮气和中压富氧液化空气；该低压塔将节流的中压富氧液化空气分离为低压液氧和污氮气，本发明实施例通过增加中压塔对上述高压富氧液化空气节流后进行进一步低温精馏，以生成中压富氧液化空气，即采用三塔式内压缩工艺，提高了中压富氧液化空气节流后进入低压塔的低压富氧液化空气的氧浓度，改善了低压塔的精馏条件，进而提高了装置的提取率，降低了能量消耗，同时液氧泵组不断抽取低压液氧，防止了碳氢化合物的积聚，保证了装置的安全可靠。
[0030]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】
[0031]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。
[0032]图1示出了本发明实施例所提供的一种制备压力氧气的空气分离装置的结构示意图；
[0033]图2示出了本发明实施例所提供的另一种制备压力氧气的空气分离装置的结构示意图；
[0034]图3示出了本发明实施例所提供的一种制备压力氧气的空气分离装置的优选实施例的结构示意图；
[0035]图4示出了本发明实施例所提供的一种制备压力氧气的空气分离方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0037]考虑到深冷法空气分离原理以空气为原料，经过压缩、纯化、用热交换使空气冷却并部分液化，通过低温精馏来获得氮气和氧气，在对原料空气进行压缩及冷却的过程中需要消耗能量很大，且利用现有技术中的空气分离装置制备压力氧气，存在装置提取率低、能耗较高的问题。基于此，本发明实施例提供了一种制备压力氧气的空气分离装置及方法，下面通过实施例进行描述。
[0038]本发明实施例提供的一种制备压力氧气的空气分离装置，如图1所示的结构示意图中，包括:空气压缩单元101、低压塔102、主冷凝蒸发器103、高压塔104、第一节流阀105、中压塔106、中压冷凝蒸发器107、第二节流阀108和液氧泵组109，
[0039]所述空气压缩单元101，用于采用循环增压的方式，对原料空气进行增压；
[0040]所述高压塔104，用于采用低温精馏的方式，将经所述空气压缩单元101增压的原料空气分离为高压氮气和高压富氧液化空气；
[0041]所述主冷凝蒸发器103，用于进行所述高压氮气和低压液氧间接换热，以使所述高压氮气液化为高压液氮，并将低压液氧汽化为氧气；
[0042]所述第一节流阀105，用于将所述高压富氧液化空气节流；<