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CN201265997Y - 液体空气分离设备 - Google Patents

液体空气分离设备 Download PDF

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CN201265997Y
CN201265997Y CNU2008201858236U CN200820185823U CN201265997Y CN 201265997 Y CN201265997 Y CN 201265997Y CN U2008201858236 U CNU2008201858236 U CN U2008201858236U CN 200820185823 U CN200820185823 U CN 200820185823U CN 201265997 Y CN201265997 Y CN 201265997Y
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夏瑞田
蒋彬
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SUZHOU OXYGEN PLANT CO., LTD.
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SUZHOU OXYGEN PLANT CO Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种液体空气分离设备，包括将外部空气进行压缩的空气压缩机、对空气压缩机输出的空气进行净化的分子筛纯化装置、对经过净化的空气进行膨胀制冷的增压透平膨胀装置、将经过增压透平膨胀装置的空气分离的精馏塔、对精馏塔于塔外传输的部分气液体进行过冷的过冷器以及供空气分离设备中的气体进行热交换的换热器，所述增压透平膨胀装置包括共轴异端设置的增压机和膨胀机，所述精馏塔包括上塔和下塔，所述上塔底部设有主冷凝蒸发器，所述增压透平膨胀装置与分子筛纯化装置之间设有循环压缩机，所述增压机和膨胀机之间设有冷却装置。本实用新型精馏塔分离可直接得到液氧和液氮，与常规分开的空气分离设备加液化设备相比，本实用新型设备体积小，占地面积小，自动化水平高。

Description

液体空气分离设备
技术领域
本实用新型涉及一种液体空气分离设备。
背景技术
液体空气分离设备是空气分离设备的一种变型。空气分离设备的主要产品是氧气和氮气。氧气是地球上一切有生命的机体赖以生存的物质，它很容易与其他物质发生氧化反应，并放出大量的热量。因此，氧气作为氧化剂和助燃剂在冶金、化工、能源、机械、国防工业等部门得到广泛应用。氮气的化学性质不活泼，在平常的状态下有很大的惰性，不容易与其它物质发生化学反应。因此，氮气在冶金、电子化学工业中广泛地用来做保护气。而低温液体在存储与运输方面具有优越性，因此低温液氮与液氧的需求越来越多，通过常规的空气分离加液化工艺占地大、工艺复杂。而液体空气分离设备兼有空气分离与液化功能，因此其应用前景非常广阔。
发明内容
本实用新型目的是提供一种液体空气分离设备，于增压机后设置增压后冷却器以及低温冰机，使得空气直接液化成液空进入精馏塔，精馏塔分离可直接得到液氧和液氮，与常规分开的空气分离设备加液化设备相比，本实用新型设备体积小，占地面积小，自动化水平高。
本实用新型的技术方案是：一种液体空气分离设备，包括将外部空气进行压缩的空气压缩机、对空气压缩机输出的空气进行净化的分子筛纯化装置、对经过净化的空气进行膨胀制冷的增压透平膨胀装置、将经过增压透平膨胀装置的空气分离的精馏塔、对精馏塔于塔外传输的部分气液体进行过冷的过冷器以及供空气分离设备中的气体进行热交换的换热器，所述增压透平膨胀装置包括共轴异端设置的增压机和膨胀机，所述精馏塔包括上塔和下塔，所述上塔底部设有主冷凝蒸发器，所述增压透平膨胀装置与分子筛纯化装置之间设有循环压缩机，所述增压机和膨胀机之间设有冷却装置。
本实用新型进一步的技术方案是：一种液体空气分离设备，包括将外部空气进行压缩的空气压缩机、对空气压缩机输出的空气进行净化的分子筛纯化装置、对经过净化的空气进行膨胀制冷的增压透平膨胀装置、将经过增压透平膨胀装置的空气分离的精馏塔、对精馏塔于塔外传输的部分气液体进行过冷的过冷器以及供空气分离设备中的气体进行热交换的换热器，所述增压透平膨胀装置包括共轴异端设置的增压机和膨胀机，所述精馏塔包括上塔和下塔，所述上塔底部设有主冷凝蒸发器，所述增压透平膨胀装置与分子筛纯化装置之间设有循环压缩机，所述增压机和膨胀机之间设有冷却装置。
所述冷却装置包括增压机后的增压后冷却器以及增压后冷却器与膨胀机之间的低温冰机。
所述分子筛纯化装置的输出端的一个分支经过换热器后与下塔的下部连通，另一个分支与循环压缩机的输入端相连；所述增压后冷却器的输出端经过换热器后与低温冰机的输入端相连，所述低温冰机的输出端经过换热器后一个分支与膨胀机的输入端相连，另一个分支经节流阀后连接到下塔下部；膨胀机的输出端经过换热器后与循环压缩机的输入端相连。
所述空气分离设备还包括液氮存储罐和液氧存储罐；所述下塔底部的液空经过冷器和节流阀后输入到上塔的中部，所述下塔顶部的纯氮气输入到主冷凝蒸发器后液化成液氮输出，输出的液氮部分输入到下塔顶部，另一部分再经过过冷器和节流阀分别输入到上塔顶部和液氮存储罐的输入端，上塔上部输出的污氮经过冷器和换热器后部分输出于空分设备外，另一部分输入到分子筛纯化装置，上塔上部输出的纯氮气与液氮存储罐上部的纯氮气汇合后分别经过冷器和换热器后输出；上塔底部的液氧输出到液氧存储罐的输入端，上塔底部的气氧与液氧存储罐顶部的气氧汇合并经过换热器后输出；所述液氮存储罐和液氧存储罐底部分别设有液氮输出端和液氧输出端。
所述主冷凝蒸发器还设有与空气分离设备外部连通的氦气输出端。
所述空气压缩机前还设有将待压缩的空气进行过滤的空气过滤器，所述空气压缩机与分子筛纯化装置之间设有对压缩后的空气进行预冷的预冷机组。
所述分子筛纯化装置包括分子筛纯化器和电加热器，所述点加热器的输出端与分子筛纯化器的再生气体输入端相连，所述加热器的输入端与精馏塔的污氮输出端相连。
本实用新型优点是：
1.本实用新型于增压机后设置增压后冷却器以及低温冰机，使得空气直接液化成液空进入精馏塔。
2.本实用新型精馏塔分离可直接得到液氧和液氮，与常规分开的空气分离设备加液化设备相比，本实用新型设备体积小，占地面积小，自动化水平高。
3.本实用新型采用预冷机组将空气冷却，通过水分离器分离出被冷凝的水分，有效防止水分、二氧化碳进入冷箱中的低温设备，减小分子筛纯化器的负荷，使分子筛纯化器的吸附效果更好，运行压力低，安全可靠。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的结构示意图。
其中：1空气压缩机；2分子筛纯化装置；21分子筛纯化器；22电加热器；3增压透平膨胀装置；31增压机；32膨胀机；4换热器；5精馏塔；51上塔；52下塔；53主冷凝蒸发器；6空气过滤器；7预冷机组；8循环压缩机；9增压后冷却器；10低温冰机；11节流阀；12过冷器；13液氮存储罐；14液氧存储罐；15原料空气；16产品液氮出口；17产品液氧出口；18冷箱；a液空输出端；b气氮输出端；c气氮输入端；d液氮输出端；e氦气输出端；f液氧输出端；g气氧输出端；h液空输入端；i污氮输出端；j液氮输入端；k纯气氮输出端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：
一种液体空气分离设备，包括将外部空气进行压缩的空气压缩机1、对空气压缩机1输出的空气进行净化的分子筛纯化装置2、对经过净化的空气进行膨胀制冷的增压透平膨胀装置3、将经过增压透平膨胀装置3的空气分离的精馏塔5、对精馏塔5于塔外传输的部分气液体进行过冷的过冷器12以及供空气分离设备中的气体进行热交换的换热器4，所述增压透平膨胀装置3包括共轴异端设置的增压机31和膨胀机32，所述精馏塔5包括上塔51和下塔52，所述上塔51底部设有主冷凝蒸发器53，所述增压透平膨胀装置3与分子筛纯化装置2之间设有循环压缩机8，所述增压机31和膨胀机32之间设有冷却装置。
所述冷却装置包括增压机31后的增压后冷却器9以及增压后冷却器9与膨胀机32之间的低温冰机10。
所述分子筛纯化装置2的输出端的一个分支经过换热器4后与下塔52的下部连通，另一个分支与循环压缩机8的输入端相连；所述增压后冷却器9的输出端经过换热器4后与低温冰机10的输入端相连，所述低温冰机10的输出端经过换热器4后一个分支与膨胀机32的输入端相连，另一个分支经节流阀11后连接到下塔52下部；膨胀机32的输出端经过换热器4后与循环压缩机8的输入端相连。
所述空气分离设备还包括液氮存储罐13和液氧存储罐14；所述下塔52底部和顶部分别设有液空输出端a和气氮输出端b；所述主冷凝蒸发器53设有气氮输入端c和液氮输出端d；所述上塔51于主冷凝蒸发器53下方和上方分别设有液氧输出端f和气氧输出端g，上塔51中部设有液空输入端h，上塔51上部设有污氮输出端i，上塔51顶部分别设有液氮输入端j和纯气氮输出端k；所述液空输出端a通过过冷器12后经节流阀11与液空输入端h相连；所述气氮输出端b与气氮输入端c相连；所述液氮输出端d一支与下塔52顶部相连，另一支经过过冷器12和节流阀11分别与液氮输入端j和液氮存储罐13的输入端相连；所述污氮输出端i和纯气氮输出端k经过过冷器12再在换热器4中复热后输出；所述液氧输出端f与液氧存储罐14的输入端连通，所述气氧输出端g经过换热器4复热后输出。
所述下塔52底部的液空经过冷器12和节流阀11后输入到上塔51的中部，所述下塔52顶部的纯氮气输入到主冷凝蒸发器53后液化成液氮输出，输出的液氮部分输入到下塔52顶部，另一部分再经过过冷器12和节流阀11分别输入到上塔51顶部和液氮存储罐13的输入端，上塔51上部输出的污氮经过冷器12和换热器4后部分输出于空分设备外，另一部分输入到分子筛纯化装置2，上塔51上部输出的纯氮气与液氮存储罐13上部的纯氮气汇合后分别经过冷器12和换热器4后输出；上塔51底部的液氧输出到液氧存储罐14的输入端，上塔51底部的气氧与液氧存储罐14顶部的气氧汇合并经过换热器4后输出；所述液氮存储罐13和液氧存储罐14底部分别设有液氮输出端和液氧输出端。
所述主冷凝蒸发器53还设有与空气分离设备外部连通的氦气输出端e。
所述空气压缩机1前还设有将待压缩的空气进行过滤的空气过滤器6，所述空气压缩机1与分子筛纯化装置2之间设有对压缩后的空气进行预冷的预冷机组7。
所述分子筛纯化装置2包括分子筛纯化器21和电加热器22，所述点加热器22的输出端与分子筛纯化器21的再生气体输入端相连，所述加热器22的输入端与精馏塔5的污氮输出端相连。
其中换热器4、精馏塔5、过冷器12、液氮存储罐13和液氧存储罐14设于冷箱18内；增压透平膨胀装置3的增压机31设于冷箱18外而膨胀机32设于冷箱18内；其余的装置设于冷箱18外部。
工作时，原料空气15经空气过滤器6除去灰尘及机械杂质，在空气压缩机1中被压缩到0.56MPa，压缩空气经预冷机组7冷却，然后进入自动切换的分子筛纯化器21，以清除H2O、CO2和C2H2以及其它碳氢化合物，出分子筛纯化器21的空气温度约为14℃，分成二路：一路进入冷箱18，经过在换热器4内与返流气体换热，被冷却至液化温度，进入下塔52参与精馏；另一路经循环压缩机8加压到3.0MPa后进入增压机31内，增压后经增压后冷却器9冷却，接着进入换热器4中冷却后出换热器4，再进入低温冰机10降温，然后再进入换热器4中冷却，一部分直接从换热器4液化后出来经节流进入下塔52，另一部分在换热器4中部或偏底部被抽取部分空气去膨胀机32膨胀制冷，膨胀后的空气进入换热器4复热后去循环压缩机8；还有一路少量空气去仪表空气系统(图中未示出)，作为仪表气和密封气。
在下塔52，空气被初步分离成氮气和富氧液空。在下塔52顶部获得纯氮气，纯氮气输入到主冷凝蒸发器53中被液氧冷凝成液氮，部分液氮返回下塔52作为下塔52的回流液；另一部分液氮，经过冷器12过冷并节流后，大多数进入上塔51顶部，作为上塔51的回流液，少数进入液氮存储罐13，作为产品液氮从产品液氮出口16输出。下塔52塔底的液空经过冷器12过冷，经节流后进入上塔51中部参加精馏，经上塔51再分离后，在上塔51顶部得到大量纯氮气，经过冷器12、换热器4复热后出冷箱18；在上塔51上部污氮抽出，仍经过冷器12、换热器4复热后出冷箱18，部分经过电加热器22去分子筛纯化器21作为再生气体，其余释放到空气中；在上塔51底部得到液氧产品经液氧存储罐14后从产品液氧出口17引出。
本实用新型精馏塔分离可直接得到液氧和液氮，与常规分开的空气分离设备加液化设备相比，本实用新型设备体积小，占地面积小，自动化水平高。

Claims (7)

1.一种液体空气分离设备，包括将外部空气进行压缩的空气压缩机(1)、对空气压缩机(1)输出的空气进行净化的分子筛纯化装置(2)、对经过净化的空气进行膨胀制冷的增压透平膨胀装置(3)、将经过增压透平膨胀装置(3)的空气分离的精馏塔(5)、对精馏塔(5)于塔外传输的部分气液体进行过冷的过冷器(12)以及供空气分离设备中的气体进行热交换的换热器(4)，所述增压透平膨胀装置(3)包括共轴异端设置的增压机(31)和膨胀机(32)，所述精馏塔(5)包括上塔(51)和下塔(52)，所述上塔(51)底部设有主冷凝蒸发器(53)，所述其特征在于：所述增压透平膨胀装置(3)与分子筛纯化装置(2)之间设有循环压缩机(8)，所述增压机(31)和膨胀机(32)之间设有冷却装置。
2.根据权利要求1所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述冷却装置包括增压机(31)后的增压后冷却器(9)以及增压后冷却器(9)与膨胀机(32)之间的低温冰机(10)。
3.根据权利要求2所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述分子筛纯化装置(2)的输出端的一个分支经过换热器(4)后与下塔(52)的下部连通，另一个分支与循环压缩机(8)的输入端相连；所述增压后冷却器(9)的输出端经过换热器(4)后与低温冰机(10)的输入端相连，所述低温冰机(10)的输出端经过换热器(4)后一个分支与膨胀机(32)的输入端相连，另一个分支经节流阀(11)后连接到下塔(52)下部；膨胀机(32)的输出端经过换热器(4)后与循环压缩机(8)的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述空气分离设备还包括液氮存储罐(13)和液氧存储罐(14)；所述下塔(52)底部的液空经过冷器(12)和节流阀(11)后输入到上塔(51)的中部，所述下塔(52)顶部的纯氮气输入到主冷凝蒸发器(53)后液化成液氮输出，输出的液氮部分输入到下塔(52)顶部，另一部分再经过过冷器(12)和节流阀(11)分别输入到上塔(51)顶部和液氮存储罐(13)的输入端，上塔(51)上部输出的污氮经过冷器(12)和换热器(4)后部分输出于空分设备外，另一部分输入到分子筛纯化装置(2)，上塔(51)上部输出的纯氮气与液氮存储罐(13)上部的纯氮气汇合后分别经过冷器(12)和换热器(4)后输出；上塔(51)底部的液氧输出到液氧存储罐(14)的输入端，上塔(51)底部的气氧与液氧存储罐(14)顶部的气氧汇合并经过换热器(4)后输出；所述液氮存储罐(13)和液氧存储罐(14)底部分别设有液氮输出端和液氧输出端。
5.根据权利要求4所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述主冷凝蒸发器(53)还设有与空气分离设备外部连通的氦气输出端(e)。
6.根据权利要求1所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述空气压缩机(1)前还设有将待压缩的空气进行过滤的空气过滤器(6)，所述空气压缩机(1)与分子筛纯化装置(2)之间设有对压缩后的空气进行预冷的预冷机组(7)。
7.根据权利要求1所述的液体空气分离设备，其特征在于：所述分子筛纯化装置(2)包括分子筛纯化器(21)和电加热器(22)，所述点加热器(22)的输出端与分子筛纯化器(21)的再生气体输入端相连，所述加热器(22)的输入端与精馏塔(5)的污氮输出端相连。
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