專利名稱：一種空氣分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種空氣分離裝置，特別涉及到利用液化天然氣冷量的空氣分離裝置。
背景技術(shù)：
在本實(shí)用新型提出之前，由于空氣的液化溫度很低(臨界溫度為-140.7℃)，在低溫下通過精餾來分離空氣的裝置就要求外界提供大量的能量來獲取相當(dāng)?shù)睦淞俊Ｒ夯烊粴?簡(jiǎn)稱LNG)作為清潔燃料正在推廣使用。液化天然氣的主要成份是甲烷，常壓下的蒸發(fā)溫度為-160℃左右。將液化天然氣作為燃料來使用時(shí)，必須將液化天然氣氣化并加熱到常溫。如果將液化天然氣的冷量應(yīng)用到空氣分離裝置中去，無論對(duì)空氣分離還是對(duì)液化天然氣的使用都是一舉兩得的好事。
從安全出發(fā)，常采用氮?dú)馀c液化天然氣進(jìn)行冷量交換，空氣分離裝置中有若干氮?dú)庋h(huán)的設(shè)備。一般來說，整個(gè)裝置中依次由壓縮機(jī)，預(yù)冷設(shè)備，凈化設(shè)備，換熱器，精餾塔，增壓機(jī)，水冷器，液化天然氣熱交換器，氣液分離器諸設(shè)備組成。物料以下述方式流過各個(gè)設(shè)備，經(jīng)過壓縮，冷卻和凈化后的干凈原料空氣由冷量交換而達(dá)到飽和溫度或部分帶液后進(jìn)入精餾塔。精餾塔由下塔，上塔及冷凝蒸發(fā)器組成。原料空氣在精餾塔的下塔進(jìn)行初步分離，在底部得到富氧液空。該富氧液空被引出下塔后經(jīng)過過冷及節(jié)流膨脹后作為回流液進(jìn)入上塔。在下塔的頂部得到氣氮，一部分氣氮在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被液氧所冷凝，冷凝后的液氮一部分成為下塔的回流液，另一部分液氮從冷凝蒸發(fā)器引出后與另一股液氮匯合。另一部分氣氮在下塔的頂部引出后經(jīng)過熱交換器復(fù)熱后一部分可作為產(chǎn)品外供，其余部分則與另一股氮?dú)鈪R合進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)。提高了壓力的氮?dú)饨?jīng)過水冷器冷卻后進(jìn)入液化天然氣熱交換器，氮?dú)獗灰夯烊粴饫鋮s和冷凝成液氮。而液化天然氣在液化天然氣熱交換器中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣后離開以作它用。離開液化天然氣熱交換器的液氮經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入氣液分離器，分離出來的液氮與從冷凝蒸發(fā)器引出的液氮合并，經(jīng)過過冷后少部分液氮可作為產(chǎn)品引出，大部分則經(jīng)過節(jié)流后送入上塔作為上塔的回流液。分離出來的氣氮?jiǎng)t返回液化天然氣熱交換器復(fù)熱后與從下塔引出的經(jīng)熱交換器復(fù)熱后的氣氮匯合并進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)，完成了氮?dú)庋h(huán)。應(yīng)用了液化天然氣的冷量來分離空氣的裝置，單位產(chǎn)品的電耗已有較大下降，但還有降低的余地。
實(shí)用新型內(nèi)容 本實(shí)用新型的目的是提出一種新的利用液化天然氣的冷量來分離空氣的裝置，使單位產(chǎn)品的電耗進(jìn)一步降低。在使用同等數(shù)量液化天然氣的情況下，空氣分離裝置的能力還可有所提高。即在規(guī)定的裝置能力情況下，可以節(jié)省液化天然氣的使用量。
本實(shí)用新型是通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型的主要特征在于裝置中依次由壓縮機(jī)，預(yù)冷設(shè)備，凈化設(shè)備，換熱器，精餾塔，氮?dú)庠鰤簷C(jī)，水冷器，液化天然氣熱交換器，氣液分離器諸設(shè)備組成，裝置中還有將返流污氮(或返流氮)進(jìn)行降壓降溫的返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，精餾塔由操作壓力為0.65MPa(表壓，下同)以上的下塔，操作壓力為0.08MPa以上的上塔和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。而且返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)是增壓透平膨脹機(jī)。
物料的流路如下經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的并在預(yù)冷設(shè)備中冷卻和在凈化設(shè)備中除去水蒸汽、二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣進(jìn)入主換熱器，降溫到飽和溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔的下塔的底部，成為下塔的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔的底部獲得含氧較多的富氧液空。該富氧液空被引出下塔后，先經(jīng)過液空過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(及返流氮)過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔成為上塔的回流液之一。在下塔的頂部得到氮?dú)猓徊糠值獨(dú)庠谥鲹Q熱器中復(fù)熱后部分可作為產(chǎn)品外供，其余部份氮?dú)鈩t與另一股氮?dú)鈪R合后用作氮循環(huán)；另一部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被液氧冷凝成液氮。冷凝后的一部分液氮成為下塔的回流液，另一部分液氮從冷凝蒸發(fā)器中引出后與來自氣液分離器的液氮匯合后經(jīng)過液氮過冷器被由上塔頂部來的返流污氮(及返流氮)過冷，少部分作為產(chǎn)品外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔的頂部成為上塔的另一股回流液。上述兩股回流液成為上塔的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品外供。大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)被氣氮加熱成氣氧，該氣氧成為上塔的上升氣流，也可抽取少部分氣氧經(jīng)復(fù)熱后作為產(chǎn)品外供。在上塔的頂部可以獲得返流污氮(或返流氮)，該部分氣體進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，氣體對(duì)外做功，降壓降溫后再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入工藝預(yù)定位置。當(dāng)上塔的頂部獲得大量純氮?dú)猱a(chǎn)品(返流氮)時(shí)，進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)的氣體就是產(chǎn)品氮?dú)?返流氮)。
由下塔頂部引出的氮?dú)饨?jīng)過主換熱器復(fù)熱后少部分氮?dú)饪勺鳛楫a(chǎn)品外供，其余的氮?dú)馀c來自液化天然氣熱交換器的氮?dú)鈺?huì)合，一同進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)增壓并在水冷器內(nèi)冷卻；這些氮?dú)怆S后進(jìn)入液化天然氣熱交換器與液化天然氣換熱并冷凝成為液氮。而液化天然氣在液化天然氣熱交換器中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣而離開以作它用。離開熱交換器的液氮進(jìn)行節(jié)流膨脹后進(jìn)入氣液分離器，由氣液分離器流出的液氮與來自冷凝蒸發(fā)器的液氮會(huì)合，再經(jīng)過液氮過冷器，一部分作為產(chǎn)品外供；大部分經(jīng)節(jié)流膨脹作為回流液進(jìn)入上塔。由氣液分離器得到的氣氮在液化天然氣熱交換器復(fù)熱后，與由下塔頂部引出經(jīng)過主換熱器復(fù)熱后的氮?dú)鈺?huì)合去增壓機(jī)，完成了氮?dú)庋h(huán)。
在本實(shí)用新型中，在上塔的頂部獲得的返流污氮(或返流氮)的溫度較低，可以在液氮過冷器和液空過冷器中復(fù)熱。因此返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)則可位于液氮過冷器之前；或位于液氮過冷器和液空過冷器中間；或位于液空過冷器之后。
在本發(fā)明中，下塔可以不引出純液氮而引出污液氮，此時(shí)上塔也只能引出污氮?dú)?，這樣就不生產(chǎn)氮?dú)猱a(chǎn)品和液氮產(chǎn)品，上述的氮?dú)庋h(huán)就由純氮?dú)庋h(huán)變成為污氮?dú)庋h(huán)。
在本實(shí)用新型中，進(jìn)入返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)的氣體也可以取自主換熱器中的返流污氮(或返流氮)通道。
在本實(shí)用新型中，還可在上塔合適部位抽取含氬量較高的氬餾份，作進(jìn)一步處理即可獲得氬產(chǎn)品。
在本實(shí)用新型中，還可設(shè)置高壓換熱器及低溫泵，在外供液體產(chǎn)品的同時(shí)，還能外供部分內(nèi)壓縮氣體產(chǎn)品。
在本實(shí)用新型中，返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)(8)是增壓透平膨脹機(jī)。
本實(shí)用新型實(shí)施上述技術(shù)措施之后，由於返流污氮(或返流氮)在膨脹機(jī)中膨脹做功，自身溫度下降，為裝置帶來額外的低溫冷量。單位產(chǎn)品的電耗有明顯的下降，初步測(cè)祘可降低10％上下。另外在使用同等數(shù)量的液化天然氣的情況下，空氣分離裝置的能力有所提高。即在規(guī)定的裝置能力情況下，可以節(jié)省液化天然氣的使用量。


附圖是實(shí)施例示意圖。內(nèi)中設(shè)備序號(hào)如下1為主換熱器，2為精餾塔，3為下塔，4為上塔，5為冷凝蒸發(fā)器，6為液空過冷器，7為液氮過冷器，8為返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，9為氮?dú)庠鰤簷C(jī)，10為水冷器，11為液化天然氣熱交換器，12為氣液分離器。此外相關(guān)的物料流也作如下編號(hào)101為原料空氣，102為富氧液空，103為返流污氮(或返流氮)，104為從下塔頂部引出的氮?dú)猓?05為從冷凝蒸發(fā)器引出的液氮，106為液氧產(chǎn)品，107為由液化天然氣熱交換器引出的氣氮，108為增壓，冷卻后的氮?dú)猓?09為液化天然氣，110為天然氣，111為離開液化天然氣熱交換器并經(jīng)節(jié)流后的氮的氣液混合物，112為離開氣液分離器的液氮，113為外供液氮，114為氬餾分。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。裝置依次由壓縮機(jī)，預(yù)冷設(shè)備，凈化設(shè)備，主換熱器(1)，精餾塔(2)，過冷器(6)和(7)，氮?dú)庠鰤簷C(jī)(9)，水冷器(10)，液化天然氣熱交換器(11)，氣液分離器(12)組成，裝置中還有將返流污氮進(jìn)行膨脹降溫的返流污氮膨脹機(jī)(8)，精餾塔(2)由操作壓力為0.65MPa的下塔(3)，操作壓力為0.08MPa的上塔(4)和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器(5)組成。物料的流路如下經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮的并在預(yù)冷設(shè)備中冷卻及在凈化設(shè)備中除去水蒸汽、二氧化碳等有害雜質(zhì)后的原料空氣101進(jìn)入主換熱器1，降溫到飽和溫度或部分帶液后，進(jìn)入精餾塔2的下塔3的底部，成為下塔3的上升氣流，在塔板上與下降液流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在下塔3的底部獲得含氧較多的富氧液空102。該富氧液空102被引出下塔3后，先經(jīng)過液空過冷器6被由上塔4頂部來的返流污氮103過冷，再經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4成為上塔4的回流液之一。在下塔3的頂部獲得的氮?dú)夥譃閮刹糠?，一部分氮?dú)?04在換熱器1中復(fù)熱后部分可作為產(chǎn)品外供，其余則與另一股氮?dú)?07匯合后進(jìn)入增壓機(jī)9，另一部分氮?dú)庠趦伤g的冷凝蒸發(fā)器5內(nèi)被液氧冷凝成液氮。該液氮的一部分成為下塔3的回流液，余下的液氮從冷凝蒸發(fā)器5內(nèi)引出后與來自氣液分離器12的液氮112匯合后經(jīng)過液氮過冷器7被由上塔4頂部來的返流污氮103過冷，少部分作為產(chǎn)品113外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹進(jìn)入上塔4的頂部成為上塔4的另一支回流液。上述兩股回流液成為上塔4的下降液流。在塔板上下降液流與上升氣流充分接觸進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。在上塔4的底部獲得液氧，少部分可作為產(chǎn)品106外供，大部分液氧在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器5內(nèi)被氣氮加熱成氣氧，該氣氧成為上塔4的上升氣流，也可抽取少部分作為產(chǎn)品經(jīng)復(fù)熱后外供。在上塔4的頂部獲得返流污氮103，該部分氣體在液氮過冷器7和液空過冷器6中復(fù)熱后進(jìn)入返流污氮膨脹機(jī)8，在膨脹機(jī)8中膨脹制冷后再進(jìn)入主換熱器1復(fù)熱后去工藝預(yù)定位置。
由下塔3頂部引出的氮?dú)?04經(jīng)過主換熱器1復(fù)熱并除去外供的少部分氮?dú)猱a(chǎn)品后與來自液化天然氣熱交換器的氮?dú)?07匯合，一同進(jìn)入氮?dú)庠鰤簷C(jī)9增壓并在水冷器10內(nèi)冷卻；這些氮?dú)?08隨后進(jìn)入液化天然氣熱交換器11與液化天然氣109換熱并冷凝成液氮，而液化天然氣109在液化天然氣熱交換器11中得到氣化和復(fù)熱成為天然氣110后離開以作它用。離開液化天然氣熱交換器11的液氮進(jìn)行節(jié)流膨脹后成為氮的氣液混合物111進(jìn)入氣液分離器12，由氣液分離器12流出的液氮112與來自冷凝蒸發(fā)器5的液氮105匯合，再經(jīng)過液氮過冷器7，一部分可作為產(chǎn)品113外供；大部分經(jīng)過節(jié)流膨脹作為回流液進(jìn)入上塔4。由氣液分離器得到的氣氮107進(jìn)入液化天然氣熱交換器11中復(fù)熱后與由下塔3頂部引出經(jīng)過主換熱器1復(fù)熱后的氮?dú)?04匯合，完成了氮?dú)庋h(huán)。在上塔的適當(dāng)位置抽出含氬較高的氬餾份114去制氬系統(tǒng)制得氬產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種空氣分離裝置，依次由(1)對(duì)空氣進(jìn)行加壓，冷卻和除去有害雜質(zhì)使之成為原料空氣的壓縮機(jī)，預(yù)冷設(shè)備和凈化設(shè)備，(2)對(duì)各種不同的流體進(jìn)行冷熱交換的主換熱器(1)，過冷器(6)和(7)，(3)將分離用原料空氣進(jìn)行分離獲得產(chǎn)品的精餾塔(2)(4)為循環(huán)氮?dú)馓岣邏毫Φ脑鰤簷C(jī)(9)，水冷器(10)，(5)將液化天然氣的冷量釋放出來使循環(huán)氮?dú)饫鋮s并液化的液化天然氣熱交換器(11)，(6)將節(jié)流后的氮的氣液混合物進(jìn)行氣液分離的氣液分離器(12)組成，其特征在于(1)還有將返流污氮或返流氮進(jìn)行降壓降溫的返流污氮或返流氮膨脹機(jī)(8)，(2)精餾塔(2)是雙級(jí)精餾塔，由操作壓力為0.65MPa(表壓)以上的下塔(3)，操作壓力為0.08MPa(表壓)以上的上塔(4)和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器(5)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣分離裝置，其特征在于返流污氮或返流氮膨脹機(jī)(8)是增壓透平膨脹機(jī)。
專利摘要一種空氣分離裝置，涉及到利用液化天然氣冷量的空氣分離裝置。在空氣分離的過程中，用氮?dú)庾鳛閭髅綄⒁夯烊粴獾睦淞總魉徒o進(jìn)入裝置的原料空氣進(jìn)而獲得各種形態(tài)的氧，氮產(chǎn)品和氬餾分。液化天然氣則成為可供使用的天然氣。分離過程中使用了返流污氮(或返流氮)膨脹機(jī)，返流污氮(或返流氮)在低溫下進(jìn)行膨脹，向外做功，為分離過程提供補(bǔ)充的低溫冷量。分離過程采用雙級(jí)精餾塔，精餾塔由下塔、上塔和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的操作壓力是0.65MPa(表壓)以上，上塔的操作壓力是0.08MPa(表壓)以上。這樣，單位產(chǎn)品的電耗有明顯的下降，在使用同等數(shù)量的液化天然氣的情況下，空氣分離裝置的能力有所提高。
文檔編號(hào)F25J3/04GK2750268SQ20042008064
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者江楚標(biāo), 薛魯 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司