專利名稱：空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空氣分離的方法及其裝置，更具體的說，本發(fā)明涉及一種空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法及其裝置。
背景技術：
目前，在低溫下采用換熱、精餾、正流或返流膨脹、內壓縮或外壓縮來分離空氣的方法是眾所周知的工業(yè)生產技術。通常的內壓縮方法是空氣經壓縮機壓縮，在預冷機中冷卻并在純化系統(tǒng)中除去水污、二氧化碳及乙炔等有害雜質后分兩路，一路空氣經主換熱器冷卻到飽和溫度并部分液化后進入精餾塔下塔的下部。另一路空氣經氧換熱器冷卻到接近飽和溫度去主換熱器下部空氣通道。精餾塔一般采用雙級塔，由下塔、上塔、和冷凝蒸發(fā)器組成?？諝庠谙滤玫筋A分離，在塔的底部得到富氧液空，從下塔底部引出后，經液空過冷器過冷并節(jié)流膨脹后入上塔中部作精餾的回流液。在下塔頂部得到氮氣，少部分可作產品氮經主換熱器復熱后去工藝預定位置或用戶。大部分氮氣在冷凝蒸發(fā)器內與液氧換熱而冷凝成液氮。一部分液氮成為下塔的回流液，另一部分液氮從下塔引出，經液空過冷器過冷后少部分可作產品外供，大部分經節(jié)流膨脹后進上塔頂部作為回流液。在上塔底部得到的液氧，一部分可作產品引出，大部分在冷凝蒸發(fā)器內被氮氣冷凝加熱變成氣氧，作為上升氣流參與精餾。多余的液氧，從冷凝蒸發(fā)器底部引出，經液氧過冷器過冷后經低溫液體泵升壓， 再經氧換熱器氣化，復熱后去工藝預定位置或用戶。在上塔頂部可得到污氮氣。經液氮和液空過冷器，主換熱器冷段復熱到一定溫度去污氮膨脹機降壓降溫、對外作功，經液氧過冷器及主換熱器復熱后作純化器的再生氣源或經膨脹機的制動風機升壓后作再生氣源。用這種方法和設備來分離空氣得到不同形態(tài)的氧、氮產品，特別是壓力較高的氧、氮產品，單位產品的電耗較高，設備的性價比較差。中國專利公告號為CN1153896A，授權公告日為1997年07月09日，發(fā)明的名稱為空氣分離方法和設備，該申請案公開了一種分離空氣的方法，包括執(zhí)行多個壓縮步驟以壓縮和再壓縮空氣流，通過與至少一個分離產品之間的熱交換，冷卻再壓縮空氣的第一物流和至少部分液化冷卻的第一再壓縮空氣流，通過對外做功使至少一個第二再壓縮空氣流膨脹，精餾至少一部分液化空氣和至少一部分膨脹的第二空氣流，從而形成氧氣餾分和氮氣餾分，從精餾過程中采出液態(tài)氧和/或液態(tài)氮產品，使一部分膨脹的第二空氣流流過精餾和一個壓縮步驟下游與另一個壓縮步驟上游之間的位置中間的換熱通道，調節(jié)液態(tài)氧和/ 或液態(tài)氮產品與采出的總氧產品的比率，轉換通過所述換熱通道流動的方向，輔助調節(jié)循環(huán)的膨脹的第二物流的比例。其中不足之處是利用該發(fā)明的方法和設備來分離空氣得到不同形態(tài)的氧、氮產品，特別是壓力較高的氧、氮產品，單位產品的電耗較高，設備的性價比較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決現有空氣分離方法和設備來分離空氣得到不同形態(tài)的氧、氮產品，特別是壓力較高的氧、氮產品，單位產品的電耗較高，設備的性價比較差的問題，提供了一種電耗低性價比高的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法及其裝置。為實現以上目的，本發(fā)明的技術方案是一種空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，包括壓縮機、主換熱器和精餾塔，壓縮機的出口連接有純化裝置，所述的精餾塔包括上塔和下塔，所述的上塔底部設有冷凝蒸發(fā)器，所述的純化裝置連接有增壓機，所述的增壓機的出口連接有氧換熱器，所述的氧換熱器的出口與下塔的底部連接，所述的下塔底部進口與主換熱器的出口連接，所述的下塔底部的出口連接有液空過冷器，所述的液空過冷器第一出口與上塔中部連接，所述的上塔底部第一出口和下塔頂部第一出口同時與主冷凝蒸發(fā)器連接，所述的上塔底部第二出口和下塔頂部第二出口同時與液空過冷器連接，所述的液空過冷器第二出口與上塔頂部連接，所述的上塔底部第三出口連接有液氧過冷器，所述的液氧過冷器第一出口連接有低溫液體泵，所述的低溫液體泵的出口管穿過氧換熱器，所述的上塔頂部出口管同時穿過液空過冷器和液氧過冷器，再次穿過主換熱器與污氮膨脹機連接，所述的污氮膨脹機出口管依次穿過液空過冷器、主換熱器和復熱器與膨脹機增壓器連接。在空氣分離設備中增加了利用污氮為工質的膨脹機，降低了空氣分離過程中電能的消耗，使分離出不同形態(tài)的氧氮產品的性價比高。作為優(yōu)選，所述的增壓機和氧換熱器之間連接有預冷機。在壓縮空氣進入氧換熱器之前，利用預冷機壓縮空氣進行冷卻，在一定程度上增加了氧換熱器的換熱效率。作為優(yōu)選，所述的預冷機為水冷卻器。預冷機為水冷卻器，利用水作為工作介質， 相比電冷卻期而言，在一定程度上降低了設備在分離空氣時對電能的消耗
作為優(yōu)選，所述的液空過冷器的第二出口管上設有液氮出口。液空過冷器的第二出口管上的液氮出口可為使用者提供液態(tài)氮氣。作為優(yōu)選，所述的液氧過冷器和低溫液體泵的連接管上設有液氧出口。液氧過冷器和低溫液體泵的連接管上的液氧出口可為使用者提供液態(tài)氧氣。作為優(yōu)選，所述的氧換熱器上設有壓力氧出口。上塔底部產生的氧氣通過主換熱器換熱后，在壓力氧出口為使用者提供各種壓力的氣態(tài)氧氣。作為優(yōu)選，所述的主換熱器上設有氮氣出口。主換熱器上的氮氣出口可為使用者提供各種壓力的氣態(tài)氮氣。一種空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法，其特征在于采用下述步驟
a)經過壓縮機壓縮的空氣，在預冷機中冷卻并在純化裝置中除去水分、二氧化碳及乙炔等有害雜質后，一路空氣經主換熱器，與返流氣體換熱冷卻到飽和溫度及部分液化后，進入精餾塔下塔的底部，另一路空氣經增壓機增壓及水冷卻器冷卻后進入氧換熱器，與返流壓力氧換熱后冷卻到接近飽和溫度，經節(jié)流膨脹后進入精餾塔下塔的底部；
b)經分離出液體后成為下塔的上升氣流，在塔板上與下流液體充分接觸進行熱質交換，在下塔的底部得到富氧液空；
c)富氧液空被引出下塔后，經液空過冷器被上塔頂部抽出的返流污氮及膨脹后污氮過冷，再經節(jié)流膨脹進入上他中部作為上塔精餾的回流液，在下塔的頂部得到氮氣，少部分氮氣可作產品引出，經復熱后外供，大部分氮氣在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器與液氧換熱被冷凝成液氮，其中一部分液氮成為下塔精餾的回流液，其余的液氮從冷凝蒸發(fā)器下部引出后，經液空過冷器被上塔頂部抽出的返流污氮及膨脹后污氮過冷，少部分液氮作為產品外供，大部分液氮經節(jié)流膨脹進入上塔頂部作上塔精餾的回流液；
d)經上塔頂部精餾的回流液在塔板上下流液體與上升氣流充分接觸進行熱質交換， 在上塔底部得到液氧，積在冷凝蒸發(fā)器里，引出一部分液氧經液氧過冷器后可作為產品外供和經低溫液體泵升壓后再在氧換熱器復熱后去使用點，大部分液氧在冷凝蒸發(fā)器內被氮氣加熱成氧氣作為上塔的上升蒸汽，上塔頂部得到返流污氮，返流污氮被引出上塔后，去過冷器、主換熱器冷段，經復熱后去膨脹機產冷，膨脹后的污氮再經過冷器及主換熱器復熱后去工藝使用點。將精餾塔分為上塔和下塔，在上塔底部有冷凝蒸發(fā)器，增加了污氮膨脹機， 在上塔頂部得到的返流污氮的飽和溫度較低，在液空過冷器和主換熱器冷段復熱的某一溫度進入污氮膨脹機產冷，彌補分餾塔的冷量消耗，在一定程度上降低了電能的消耗，從而降低了空氣分離的生產成本。作為優(yōu)選，所述的下塔的操作壓力為1. 14Mpa以下，上塔的操作壓力為0. 32Mpa以下。下塔的操作壓力為1. 14Mpa以下，在保持空氣分離所需要的壓力下，空氣分離裝置能耗低，上塔的操作壓力為0. 32Mpa以下，有利于空氣分離過程中內部流體流動順暢，更有利于各個熱交換器的冷平衡。本發(fā)明具有以下有益效果將精餾塔分為上塔和下塔，在上塔底部有冷凝蒸發(fā)器， 增加了污氮膨脹機，在上塔頂部得到的返流污氮的飽和溫度較低，在液空過冷器和主換熱器冷段復熱的某一溫度進入污氮膨脹機產冷，彌補分餾塔的冷量消耗，在一定程度上降低了電能的消耗，從而降低了空氣分離的生產成本，比同類外壓縮流程更為安全可靠，操作及維護簡單。


圖1是本發(fā)明的一種結構示意圖。1、增壓器；2、預冷機；3、主換熱器；4、氧換熱器；5、污氮膨脹機；6、上塔；7、下塔； 8、冷凝蒸發(fā)器；9、液空過冷器；10、液氧過冷器；11、低溫液體泵；12、復熱器；13、膨脹機增壓器；14、液空過冷器第一出口 ；15、上塔底部第一出口 ；16、下塔頂部第一出口 ；17、上塔底部第二出口、18、下塔頂部第二出口、19、上塔底部第三出口 ；20、液空過冷器第二出口 ；21、 液氧出口 ；22、液氮出口 ；23、壓力氧出口 ；24、氮氣出口、25、工藝使用點；26、壓縮機；27、純
直 ο
具體實施例方式下面結合具體實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明 實施例
空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置(見附圖1)，包括壓縮機沈、主換熱器3和精餾塔，精餾塔包括上塔6和下塔7，上塔6底部設有冷凝蒸發(fā)器8，壓縮機沈連接有純化裝置27，純化裝置27的出口連接有增壓機1，增壓機1的出口連接有氧換熱器4，氧換熱器上設有壓力氧出口 23，增壓機1和氧換熱器4之間連接有預冷機2，預冷機2為水冷卻器，氧換熱器4的出口與下塔7的底部連接，下塔7底部進口與主換熱器3的出口連接，主換熱器上設有氮氣出口 24，下塔底部的出口連接有液空過冷器9，液空過冷器第一出口 14與上塔中部連接，上塔底部第一出口 15和下塔頂部第一出口 16同時與主換熱器4連接，上塔底部
6第二出口 17和下塔頂部第二出口 18同時與液空過冷器9連接，液空過冷器第二出口 20與上塔頂部連接，液空過冷器的第二出口管上設有液氮出口 21，上塔底部第三出口 19連接有液氧過冷器10，液氧過冷器10第一出口連接有低溫液體泵11，液氧過冷器和低溫液體泵的連接管上設有液氧出口 22，低溫液體泵11的出口管穿過氧換熱器4，上塔頂部出口管同時穿過液空過冷器9和液氧過冷器10，再次穿過主換熱器4與污氮膨脹機5連接，污氮膨脹機 5出口管依次穿過液空過冷器、主換熱器和復熱器12與膨脹機增壓器13連接，膨脹機增壓器13的出口連接到工藝使用點25?？諝庠鰤悍盗髋蛎泝葔嚎s空氣分離的方法，具體的空氣分離流程如下(見附圖1) 經過壓縮機27壓縮的在預冷機2中冷卻并在純化裝置27中除去水分、二氧化碳及乙
炔等有害雜質的原料空氣，一部分經主換熱器3冷卻到飽和溫度并部分液化后于另一部分空氣經空氣增壓機1增壓，水冷卻器2冷卻后進入氧換熱器4冷卻到接近飽和溫度并節(jié)流膨脹后進入精餾塔下塔7 ；精餾塔有下塔7、上塔6和兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器8組成，下塔額操作壓力為1. HMpa(G)以下，上塔的操作壓力為0. 3 2Mpa(G)以下；兩股原料空氣在下塔 7底部經分離出液體后成為下塔7的上升氣流，在塔板上與下流液體充分接觸進行熱質交換；在下塔7的底部得到富氧液空，該富氧液空被引出下塔7后，先經液空過冷器9被上塔 6頂部來的返流污氮，膨脹后污氮過冷，并經節(jié)流膨脹進入上塔6中部成為上塔6精餾的回流液。在下塔7頂部得到氮氣，少部分可作為產品經主換熱器3復熱后作外供。大部分氮氣在冷凝蒸發(fā)器8與液氧換熱而冷凝成液氮。該液氮的一部分作為下塔7精餾的回流液， 其余的液氮經液空過冷器9過冷，少部分作為產品液氮外供，大部分經節(jié)流膨脹進上塔6的頂部作為精餾的回流液；經上塔頂部精餾的回流液在塔板上與上升氣流充分接觸進行熱質交換，在上塔6的底部得到液氧，經液氧過冷器10過冷的液氧，一部分可作為產品外供，一部分液氧經過低溫液體泵11上得到所需壓力，經氧換熱器4復熱后成為壓力氧氣產品去使用點，其余的液氧在冷凝蒸發(fā)器8內被氮氣冷凝加熱成氣液混合物，成為上塔6的上升氣流和循環(huán)液體；經上塔6精餾，在上塔6頂部得到的返流污氮經液空過冷器9，主換熱器3冷段復熱后去返流污氮膨脹機5，降壓降溫后再進入液空過冷器9，經主換熱器3與原料空氣換熱后去工藝預定位置。上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，包括壓縮機、主換熱器和精餾塔， 壓縮機的出口連接有純化裝置，其特征是，所述的精餾塔包括上塔和下塔，所述的上塔底部設有冷凝蒸發(fā)器，所述的純化裝置連接有增壓機，所述的增壓機的出口連接有氧換熱器，所述的氧換熱器的出口與下塔的底部連接，所述的下塔底部進口與主換熱器的出口連接，所述的下塔底部的出口連接有液空過冷器，所述的液空過冷器第一出口與上塔中部連接，所述的上塔底部第一出口和下塔頂部第一出口同時與主換熱器連接，所述的上塔底部第二出口和下塔頂部第二出口同時與液空過冷器連接，所述的液空過冷器第二出口與上塔頂部連接，所述的上塔底部第三出口連接有液氧過冷器，所述的液氧過冷器第一出口連接有低溫液體泵，所述的低溫液體泵的出口管穿過氧換熱器，所述的上塔頂部出口管同時穿過液空過冷器和液氧過冷器，再次穿過主換熱器與污氮膨脹機連接，所述的污氮膨脹機出口管依次穿過液空過冷器、主換熱器和復熱器與膨脹機增壓器連接。
2.根據權利要求1所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的增壓機和氧換熱器之間連接有預冷機。
3.根據權利要求2所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的預冷機為水冷卻器。
4.根據權利要求1或2或3所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的液空過冷器的第二出口管上設有液氮出口。
5.根據權利要求1或2或3所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的液氧過冷器和低溫液體泵的連接管上設有液氧出口。
6.根據權利要求1或2或3所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的氧換熱器上設有壓力氧出口。
7.根據權利要求1或2或3所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的裝置，其特征是，所述的主換熱器上設有氮氣出口。
8.根據權利要求1所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法，其特征在于采用下述步驟a)經過壓縮機壓縮的空氣，在預冷機中冷卻并在純化裝置中除去水分、二氧化碳及乙炔等有害雜質后，一路空氣經主換熱器，與返流氣體換熱冷卻到飽和溫度及部分液化后，進入精餾塔下塔的底部，另一路空氣經增壓機增壓及水冷卻器冷卻后進入氧換熱器，與返流壓力氧換熱后冷卻到接近飽和溫度，經節(jié)流膨脹后進入精餾塔下塔的底部；b)兩股原料空氣經分離出液體后成為下塔的上升氣流，在塔板上與下流液體充分接觸進行熱質交換，在下塔的底部得到富氧液空；c)富氧液空被引出下塔后，經液空過冷器被上塔頂部抽出的返流污氮及膨脹后污氮過冷，再經節(jié)流膨脹進入上塔中部作為上塔精餾的回流液，在下塔的頂部得到氮氣，少部分氮氣可作產品引出，經復熱后外供，大部分氮氣在兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器與液氧換熱被冷凝成液氮，其中一部分液氮成為下塔精餾的回流液，其余的液氮從冷凝蒸發(fā)器下部引出后，經液空過冷器被上塔頂部抽出的返流污氮及膨脹后污氮過冷，少部分液氮作為產品外供，大部分液氮經節(jié)流膨脹進入上塔頂部作上塔精餾的回流液；d)經上塔頂部精餾的回流液在塔板上下流液體與上升氣流充分接觸進行熱質交換，在上塔底部得到液氧，積在冷凝蒸發(fā)器里，引出一部分液氧經液氧過冷器后可作為產品外供和經低溫液體泵升壓后再在氧換熱器復熱后去使用點，大部分液氧在冷凝蒸發(fā)器內被氮氣加熱成氧氣作為上塔的上升蒸汽，上塔頂部得到返流污氮，返流污氮被引出上塔后，去過冷器、主換熱器冷段，經復熱后去膨脹機產冷，膨脹后的污氮再經過冷器及主換熱器復熱后去工藝使用點。
9.根據權利要求8所述的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法，其特征是，所述的下塔的操作壓力為1. 14Mpa以下，上塔的操作壓力為0. 32Mpa以下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電耗低性價比高的空氣增壓返流膨脹內壓縮空氣分離的方法及其裝置，涉及在低溫下采用換熱、精餾、反流膨脹來分離空氣的方法和設備。在空氣分離過程中，使用了空氣增壓內壓縮反污氮為工質的膨脹機。污氮在低溫下進行膨脹，對外作功，為分餾塔冷箱提供冷量。整個分離過程采用雙級精餾塔，該塔由下塔、上塔及兩塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔額操作壓力為1.14MPa(G)以下，上塔的操作壓力為0.32MPa(G)以下。本發(fā)明采用的方法和設備可使產品質量提高、造價大幅降低，單位產品的電耗比同類內壓縮流程有顯著下降，可優(yōu)化設備的性價比。比同類外壓縮流程更為安全可靠，操作及維護簡單。
文檔編號F25J3/04GK102230716SQ20111015104
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2011年6月8日
發(fā)明者吳小峰, 奚征楠, 陳錫順 申請人:杭州優(yōu)埃基空分設備有限公司