液氮輔助精餾空分設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種液氮輔助精餾空分設(shè)備。下塔頂部與主冷凝蒸發(fā)器的氮?dú)膺M(jìn)口和液氮出口接通；主冷凝蒸發(fā)器的液氮出口、過冷器、上塔頂部依次接通；下塔底部與過冷器接通；過冷'器與上塔污氮?dú)獬榭诮油?；輔助冷凝器的液氮出口、過冷器、分離器的進(jìn)料口依次接通；上塔底部與主換熱器接通；上塔污氮?dú)獬榭?、過冷器、主換熱器依次接通；上塔頂部、過冷器、主換熱器依次接通；輔助精餾塔的原料氣進(jìn)口和底部分別與下塔氮餾分抽口接通，輔助精餾塔頂部與輔助冷凝器的氮?dú)膺M(jìn)口接通，輔助精餾塔的回流液進(jìn)口與輔助冷凝器的液氮出口接通。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、液氮產(chǎn)品和氮?dú)猱a(chǎn)品純度高。
【專利說明】液氮輔助精餾空分設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種液氮輔助精餾空分設(shè)備，屬于空分領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著空分設(shè)備在化工行業(yè)的應(yīng)用的增加和氣體公司的增加，對產(chǎn)品純度廣泛出現(xiàn)了以下要求:
[0003]
Jf夸氧產(chǎn)晶純度氮?dú)猱a(chǎn)品錄度液氮產(chǎn)品純度備注
SO:ppinO:ppiuO:
1^99,6化工行業(yè)
2彡99,6.3$i0化工行業(yè)或氣
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[0004]表1:空氣分離產(chǎn)品新的需求。
[0005]滿足以上條件的現(xiàn)有技術(shù)的空分設(shè)備精餾過程有以下缺點(diǎn):1、液氮產(chǎn)品的純度取決于下塔頂部的氮?dú)饧兌?，其含氧量越低，下塔頂部獲得的氮?dú)庠缴?，主冷凝蒸發(fā)器冷凝的液氮越少，能夠向上塔頂部提供的液氮回流液越少，上塔的回流比也越差，氧氣產(chǎn)品提取率越小，所需原料空氣越多，能耗越高，液氮產(chǎn)品和氧氣產(chǎn)品純度低。2、下塔液氮在經(jīng)過過冷后，如果以常壓送出的話，其氧的含量還會增長約10%，更加影響液氮餾分的取出量。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、液氮產(chǎn)品和氮?dú)猱a(chǎn)品純度高的液氮輔助精餾空分設(shè)備。
[0007]本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:一種液氮輔助精餾空分設(shè)備，包括主換熱器、膨脹機(jī)、液氮?dú)庖悍蛛x器、過冷器、主精餾塔；主精餾塔包括下塔、上塔；在上塔的底部設(shè)置有主冷凝蒸發(fā)器和輔助冷凝器；膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)增壓端、膨脹機(jī)增壓后冷卻器、膨脹機(jī)膨脹端；主換熱器與下塔的底部接通；膨脹機(jī)增壓端、增壓后冷卻器、主換熱器、膨脹機(jī)膨脹端、主精餾塔依次接通；下塔頂部與主冷凝蒸發(fā)器的氮?dú)膺M(jìn)口和液氮出口接通；主冷凝蒸發(fā)器的液氮出口、過冷器、上塔頂部依次接通；下塔底部與過冷器接通；過冷器與上塔污氮?dú)獬榭诮油ǎ惠o助冷凝器的液氮出口、過冷器、分離器的進(jìn)料口依次接通；上塔底部與主換熱器接通；上塔污氮?dú)獬榭凇⑦^冷器、主換熱器依次接通；上塔頂部、過冷器、主換熱器依次接通；其特征在于:還包括輔助精餾塔；輔助精餾塔的原料氣進(jìn)口和底部分別與下塔氮餾分抽口接通，輔助精餾塔頂部與輔助冷凝器的氮?dú)膺M(jìn)口接通，輔助精餾塔的回流液進(jìn)口與輔助冷凝器的液氮出口接通。
[0008]本實用新型還包括氬塔，氬塔內(nèi)設(shè)有氬塔冷凝蒸發(fā)器；過冷器與氬塔冷凝蒸發(fā)器的冷凝測接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器的液空側(cè)與上塔液空進(jìn)口接通；氬塔頂部與上塔液空進(jìn)口接通；氬塔上部與氬塔冷凝蒸發(fā)器的氬側(cè)接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器的氬側(cè)與氬塔的冷凝液回流口接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器液氬抽口與上塔污氮?dú)膺M(jìn)口接通；上塔氬餾分抽口分別與氬塔的底部和氬餾分入口接通。
[0009]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0010]1、在下塔上部合適的位置，抽出部分氮?dú)怵s分，在輔助精餾塔內(nèi)精餾，在頂部獲得(IppmO2的氮?dú)?，進(jìn)入輔助冷凝器，被液氧冷凝后部分返回輔助精餾塔參與精餾，部分去過冷器過冷后，經(jīng)液氮?dú)庖悍蛛x器進(jìn)行低壓分離后，將符合要求的液氮產(chǎn)品送出空分設(shè)備。
[0011]2、輔助精餾塔所需要的塔板數(shù)少于其抽口以上的塔板數(shù)，其精餾負(fù)荷和下塔相t匕，所占比例極小，所以從結(jié)構(gòu)上是可行的，增加設(shè)備成本極少，針對50000的空分設(shè)備來講不超過20萬元，針對表I中的工況2，原料空氣節(jié)省1%以上。同時，空分設(shè)備其余環(huán)節(jié)均能保持原來的平衡狀態(tài)，所以適用于各種流程形式的空分設(shè)備。
[0012]3、輔助精餾塔可使空分設(shè)備的精餾效果擺脫液氮產(chǎn)品的限制。例如，要獲得(IppmO2的氮?dú)猱a(chǎn)品，下塔頂部的液氮含氧量可達(dá)3ppm,去上塔的液氮回流流量可增加1.3%以上，這對氧的提取率改善極為有利；而此時通過輔助精餾塔獲得的液氮產(chǎn)品純度仍可以遠(yuǎn)優(yōu)于< IppmO2的要求。
[0013]以一套氧氣產(chǎn)量為22000Nm3/h的空分設(shè)備為例，其要求見表2:
[0014]
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[0015]表2不例空分設(shè)備的產(chǎn)品要求。
[0016]1、不帶輔助精餾塔時所需空氣流量118600Nm3/h，液氬產(chǎn)量575Nm3/h ；
[0017]2、采用輔助精餾塔時，所需空氣流量117400 Nm3/h，液氬產(chǎn)量572Nm3/h。
[0018]經(jīng)過對比，本實用新型可使原料空氣流量降低1%，按進(jìn)口壓縮機(jī)性能計算，直接節(jié)省能耗約100KW，按每年工作8000小時計算，可減少耗電800000KW.H，折合費(fèi)用約40萬元以上，如果用于40000 Nm3/h等級以上的空分設(shè)備，節(jié)能效果更加明顯。
[0019]如果氮?dú)猱a(chǎn)品的要求更低，采用本實用新型，節(jié)能比例還會上升，這對氣體公司來說，效益比較顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖并通過實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本實用新型的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。
[0022]參見圖1，本實用新型實施例包括主換熱器E1、膨脹機(jī)、氬塔C3、輔助精餾塔C4、液氮?dú)庖悍蛛x器S1、過冷器E2。
[0023]主精餾塔包括下塔Cl、上塔C2。在上塔C2的底部設(shè)置有主冷凝蒸發(fā)器Kl和輔助冷凝器K2。氬塔C3上部設(shè)有氬塔冷凝蒸發(fā)器K3。膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)增壓端BT、膨脹機(jī)增壓后冷卻器WE、膨脹機(jī)膨脹端ET。
[0024]管路I中的原料空氣向空分設(shè)備提供原料氣，進(jìn)冷箱前分為管路2中的原料空氣和管路3中的膨脹空氣兩路。管路I中的原料空氣為來自壓縮機(jī)、經(jīng)過預(yù)冷系統(tǒng)冷卻、吸附系統(tǒng)凈化后的壓力空氣。
[0025]主換熱器El與下塔Cl的底部通過管路2接通。管路2中的原料空氣經(jīng)主換熱器El進(jìn)入下塔Cl底部，作為下塔Cl精餾的原料氣。
[0026]膨脹機(jī)增壓端BT、增壓后冷卻器WE、主換熱器E1、膨脹機(jī)膨脹端ET、上塔C2通過管路3依次接通。膨脹空氣經(jīng)膨脹機(jī)增壓端BT、膨脹機(jī)增壓后冷卻器WE、主換熱器E1、膨脹機(jī)膨脹端ET進(jìn)入上塔C2，為空分設(shè)備的精餾提供冷量。此為內(nèi)壓縮流程，膨脹空氣經(jīng)膨脹機(jī)膨脹端ET后也可進(jìn)入下塔Cl底部。
[0027]下塔Cl頂部與主冷凝蒸發(fā)器Kl的氮?dú)膺M(jìn)口通過管路4接通。壓力氮?dú)庥上滤﨏l頂部進(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器Kl被冷凝，主冷凝蒸發(fā)器Kl外側(cè)的液氧被蒸發(fā)。
[0028]下塔Cl頂部與主冷凝蒸發(fā)器Kl的液氮出口通過管路5接通，主冷凝蒸發(fā)器Kl的液氮出口、過冷器E2、上塔C2頂部通過管路5和管路6依次接通。管路5中的回流液氮在主冷凝蒸發(fā)器Kl內(nèi)被液氧冷凝后分兩路，管路6的液氮去過冷器E2，然后進(jìn)入上塔C2頂部，另一路返回下塔Cl頂部，作為下塔Cl精餾的回流液。
[0029]下塔Cl底部與過冷器E2通過管路7接通；過冷器E2與上塔C2污氮?dú)獬榭谙虏客ㄟ^管路14接通，過冷器E2與氬塔冷凝蒸發(fā)器K3的冷凝測通過管路15接通。上塔Cl底部的富氧液空經(jīng)過冷器E2過冷后，經(jīng)管路14去上塔C2污氮?dú)獬榭谙虏孔鳛樯纤亓饕?，另一路?jīng)管路15去氬塔冷凝蒸發(fā)器K3的冷凝測，為氬塔C3的精餾提供冷源。
[0030]下塔Cl上部的氮餾分抽口與輔助精餾塔C4底部的原料氣進(jìn)口通過管路8接通。由下塔Cl上部抽出部分氮餾分進(jìn)入輔助精餾塔C4底部作為液氮原料氣。
[0031]輔助精餾塔C4底部與下塔Cl氮餾分抽口通過管路9接通。輔助精餾塔C4底部回流液至下塔Cl氮餾分抽口處，在下塔Cl內(nèi)繼續(xù)參與精餾。
[0032]輔助精餾塔C4頂部與輔助冷凝器K2的氮?dú)膺M(jìn)口通過管路10接通。氮?dú)庥奢o助精餾塔C4頂部去輔助冷凝器K2，被外側(cè)液氧冷凝。
[0033]輔助冷凝器K2的液氮出口與輔助精餾塔C4上部的回流液進(jìn)口通過管路11和管路12接通，輔助冷凝器K2的液氮出口、過冷器Ε2、分離器SI的進(jìn)料口通過管路11和管路13依次接通。管路11中由輔助冷凝器Κ2回流的液氮，分兩路，一路通過管路12返回輔助精餾塔C4上部作為回流液，一路通過管路13去過冷器Ε2過冷后，進(jìn)入液氮?dú)庖悍蛛x器SI。
[0034]氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3的液空側(cè)與上塔C2液空進(jìn)口下部通過管路16接通。液空回流液出氬塔C3的冷凝蒸發(fā)器Κ3液空側(cè)后回流到上塔C2液空進(jìn)口下部。
[0035]氬塔C3頂部與上塔C2液空進(jìn)口下部通過管路17接通。氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3的液空側(cè)汽化后得到的液空蒸汽，返回上塔C2液空進(jìn)口下部。
[0036]氬塔C3上部與氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3的氬側(cè)通過管路18接通。氬塔C3上部的氬氣進(jìn)入氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3氬側(cè)。
[0037]氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3的氬側(cè)與氬塔C3的冷凝液回流口通過管路19接通。氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3氬側(cè)的作為冷凝液的液氬回流液回流到氬塔C3。
[0038]氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3液氬抽口與上塔C2污氮?dú)膺M(jìn)口通過管路20接通。氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3液氬抽口封頭處排放的含氮不凝氣，進(jìn)入上塔C2污氮?dú)饬髀?。含氮不凝氣?br> N-- ( 1%。
[0039]上塔C2氬餾分抽口與氬塔C3底部通過管路22接通，上塔C2氬餾分抽口與氬塔C3底部的氬餾分入口通過管路21接通。上塔C2氬餾分抽口抽出的氬餾分，通過管路21進(jìn)入氬塔C3底部作為上升蒸汽參與精餾。氬塔C3底部的氬餾分回流液，通過管路22經(jīng)泵加壓進(jìn)入上塔C2的氬餾分抽口處，參與上塔C2的精餾。
[0040]上塔C2底部與主換熱器El通過管路23接通。來自上塔C2底部的氧氣產(chǎn)品，經(jīng)主換熱器El復(fù)熱后作為產(chǎn)品送出空分設(shè)備系統(tǒng)。
[0041]上塔C2污氮?dú)獬榭?、過冷器Ε2、主換熱器El通過管路24依次接通。來自上塔C2氮?dú)猱a(chǎn)品氣抽口下部的污氮?dú)獬榭诘奈鄣獨(dú)馀c來自氬塔冷凝蒸發(fā)器Κ3的不凝氣匯合,經(jīng)過冷器Ε2，主換熱器El復(fù)熱后送出空分設(shè)備系統(tǒng)，出空分設(shè)備后，部分去純化系統(tǒng)作為再生氣，部分去預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
[0042]上塔C2頂部、過冷器Ε2、主換熱器El通過管路25依次接通。來自上塔C2頂部的氮?dú)?，?jīng)過冷器Ε2，主換熱器El復(fù)熱后送出空分設(shè)備系統(tǒng)。
[0043]來自主冷凝蒸發(fā)器Kl和輔助冷凝器Κ2液氧側(cè)的液氧通過管路26送出。
[0044]來自液氮?dú)庖悍蛛x器SI底部的液氮產(chǎn)品通過管路27送出。
[0045]來自氬塔C3底部上部的液氬產(chǎn)品通過管路28送出。
[0046]本實用新型各設(shè)備的作用如下:
[0047]主換熱器El:管路2中的原料空氣、管路3中的膨脹空氣在內(nèi)部被氧氣、污氮?dú)?、氮?dú)夥盗鳉怏w冷卻。
[0048]膨脹機(jī)增壓端BT:管路3中的膨脹空氣先在膨脹機(jī)增壓端BT內(nèi)增壓，用來回收膨脹機(jī)膨脹端ET的膨脹功。與膨脹機(jī)膨脹端ET組成一個機(jī)組。
[0049]膨脹機(jī)增壓后冷卻器WE:膨脹機(jī)增壓端BT出口的空氣被冷卻。
[0050]膨脹機(jī)膨脹端ET:對管路3中的膨脹空氣降溫降壓。
[0051]下塔Cl:管路2中的原料空氣在主換熱器El內(nèi)被冷卻后，在下塔Cl內(nèi)進(jìn)行初步分餾，頂部獲得氮?dú)?，在主冷凝蒸發(fā)器Kl內(nèi)冷凝獲得液氮，部分回流作為下塔Cl回流液，其余部分作為上塔C2回流液。下塔Cl頂部的液氮含氧量可高于產(chǎn)品液氮純度的要求，這樣可獲得更多的液氮回流液去上塔C2，經(jīng)過精餾作用后，在上塔C2頂部可獲得滿足要求的氮?dú)猱a(chǎn)品。這樣，改善上塔C2回流比后，可提高產(chǎn)品提取率，減少空氣用量，起到節(jié)能作用。
[0052]上塔C2:將來自下塔Cl、膨脹機(jī)膨脹端ET、氬塔C3的液體和氣體物流在低壓下進(jìn)行再次分餾，獲得合格的氮?dú)?、氧產(chǎn)品和液氧產(chǎn)品，同時向氬塔C3提供氬餾分，并與氬塔C3進(jìn)行其它物流連接，保證氬塔系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。如果不需要?dú)瀹a(chǎn)品，就沒有和氬系統(tǒng)連接的物流。如果膨脹空氣進(jìn)下塔，其所有物流來自下塔Cl、氬塔C3。
[0053]過冷器E2:通過來自上塔C2的氮?dú)?、污氮?dú)鈱⑾滤﨏l去上塔C2的物流進(jìn)行過冷，改善上塔C2的精餾工況，將來自輔助精餾塔C4的液氮產(chǎn)品過冷，減少液氮產(chǎn)品的汽化。必要的時候，液氧產(chǎn)品也可在過冷器E2內(nèi)獲得一定的過冷度。
[0054]氬塔C3:將來自上塔C2的氬餾分進(jìn)行分離，獲得合格的液氬產(chǎn)品。其通過精餾部分和輔助冷凝器K2的各部分物流和上塔C2連接起來，以便穩(wěn)定運(yùn)行，獲得合格的氬產(chǎn)品。本實用新型的氬塔C3為組合功能，可直接獲得液氬產(chǎn)品，氬塔C3分為粗氬塔和精氬塔。
[0055]液氮?dú)庖悍蛛x器S1:來自輔助冷凝器K2的管路13內(nèi)的液氮在過冷器E2內(nèi)過冷后，在液氮?dú)庖悍蛛x器Si內(nèi)進(jìn)行低壓分離，獲得低壓穩(wěn)定的液氮產(chǎn)品。
[0056]主冷凝蒸發(fā)器Kl:下塔Cl頂部的氮?dú)獗焕淠梢旱?，上塔C2底部的液氧被蒸發(fā)。
[0057]輔助冷凝器K2:輔助精餾塔C4頂部的氮?dú)獗焕淠梢旱?，上塔C2底部的液氧被蒸發(fā)。液氮純度與液氮產(chǎn)品純度要求相同，部分被送出，經(jīng)過冷和分離后作為產(chǎn)品送出。
[0058]氬塔冷凝蒸發(fā)器K3:氬塔C4頂部的氬氣被冷凝，來自過冷器E2的液空被汽化。為氬塔的精餾提供冷量。
[0059]本實用新型中涉及的裝置及部件的名稱、結(jié)構(gòu)、功能均能為本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。
[0060]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實用新型結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。
【權(quán)利要求】
1.一種液氮輔助精餾空分設(shè)備，包括主換熱器、膨脹機(jī)、液氮?dú)庖悍蛛x器、過冷器、主精餾塔；主精餾塔包括下塔、上塔；在上塔的底部設(shè)置有主冷凝蒸發(fā)器和輔助冷凝器；膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)增壓端、膨脹機(jī)增壓后冷卻器、膨脹機(jī)膨脹端；主換熱器與下塔的底部接通；膨脹機(jī)增壓端、增壓后冷卻器、主換熱器、膨脹機(jī)膨脹端、主精餾塔依次接通；下塔頂部與主冷凝蒸發(fā)器的氮?dú)膺M(jìn)口和液氮出口接通；主冷凝蒸發(fā)器的液氮出口、過冷器、上塔頂部依次接通；下塔底部與過冷器接通；過冷器與上塔污氮?dú)獬榭诮油?；輔助冷凝器的液氮出口、過冷器、分離器的進(jìn)料口依次接通；上塔底部與主換熱器接通；上塔污氮?dú)獬榭?、過冷器、主換熱器依次接通；上塔頂部、過冷器、主換熱器依次接通；其特征在于:還包括輔助精餾塔；輔助精餾塔的原料氣進(jìn)口和底部分別與下塔氮餾分抽口接通，輔助精餾塔頂部與輔助冷凝器的氮?dú)膺M(jìn)口接通，輔助精餾塔的回流液進(jìn)口與輔助冷凝器的液氮出口接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氮輔助精餾空分設(shè)備，其特征在于:還包括氬塔，氬塔內(nèi)設(shè)有氬塔冷凝蒸發(fā)器；過冷器與氬塔冷凝蒸發(fā)器的冷凝測接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器的液空側(cè)與上塔液空進(jìn)口接通；氬塔頂部與上塔液空進(jìn)口接通；氬塔上部與氬塔冷凝蒸發(fā)器的氬側(cè)接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器的氬側(cè)與氬塔的冷凝液回流口接通；氬塔冷凝蒸發(fā)器液氬抽口與上塔污氮?dú)膺M(jìn)口接通；上塔氬餾分抽口分別與氬塔的底部和氬餾分入口接通。
【文檔編號】F25J3/04GK204027204SQ201420286398
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】崔新亭丁友勝趙小瑩王亮 申請人:中空能源設(shè)備有限公司