利用液空补充空分冷量的方法及装置与流程

本发明属于空气分离，涉及一种利用液空补充空分冷量的方法及装置。

背景技术：

1、空气分离是指将空气分离为氧气、氮气和其他气体的过程，广泛应用于化工、冶金、医疗等领域。常用的空气分离方法有低温精馏法、膜分离法、吸附分离法等。其中，低温精馏法是目前最成熟和最经济的空气分离方法，其原理是利用空气中各组分的沸点不同，在低温和高压下，通过两级或多级精馏塔，将空气分离为氧气、氮气和其他气体。

2、低温精馏法的关键是如何获得足够的冷量，使空气液化并达到所需的温度和压力。通常，空气分离装置采用膨胀机制冷的方式，即将压缩空气经过换热器预冷后，通过膨胀机进行节流膨胀，产生冷量，用于空气分离系统的冷却和液化。然而，膨胀机制冷的方式存在一些缺点，如：

3、1、膨胀机是一种运动设备，需要消耗一定的电能，增加了空分装置的运行成本；

4、2、膨胀机的运行稳定性和可靠性较低，容易出现故障和停机，影响空分装置的连续性和安全性；

5、3、膨胀机的膨胀空气量受到限制，不能满足空分装置的冷量需求，导致空分装置的氧气产能受到限制；

6、4、膨胀机的膨胀空气含有一定的氧气，不能全部参与精馏，造成氧气的损失，增加了制氧的单耗。

7、因此，如何提高空分装置的冷量，提高氧气产能和节约能源，是空气分离技术领域的一个技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种利用液空补充空分冷量的方法及装置。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种利用液空补充空分冷量的装置，包括液空贮存系统和空气分离系统；

4、所述液空贮存系统包括液空储槽、自增压换热器；所述液空储槽上设有一组出入口，分别为储槽液空出口和储槽液空蒸气进口；所述自增压换热器上设有一组出入口，分别为自增压液空进口和自增压液空蒸气出口；

5、所述空气分离系统包括上精馏塔、下精馏塔、主冷凝蒸发器、过冷器和主换热器；所述主冷凝蒸发器设于上精馏塔内；

6、所述上精馏塔的底部设有上塔氧气出口，所述上精馏塔的顶部设有上塔纯氮出口，所述上精馏塔位于上塔氧气出口与上塔纯氮出口之间，从下到上依次设有上塔液空进口、上塔污氮出口、上塔液氮进口；

7、所述下精馏塔的顶部设有下塔氮气出口和下塔液氮进口，所述下塔的底部设有下塔液空出口，所述下塔的中部设有下塔液空进口，下塔液空进口与下塔液空出口之间设有下塔空气进口；

8、所述主冷凝蒸发器上设有一组出入口，分别为主冷氮气进口和主冷液氮出口；

9、所述过冷器上设有四组出入口，分别为过冷液氮进口、过冷液氮出口，过冷液空进口、过冷液空出口，过冷污氮出口、过冷污氮进口，过冷纯氮出口、过冷纯氮进口；

10、所述主换热器上设有四组出入口，分别为主换热氧气出口、主换热氧气进口，主换热空气进口、主换热空气出口，主换热污氮出口、主换热污氮进口，主换热纯氮出口、主换热纯氮进口；

11、所述自增压液空蒸气出口与所述储槽液空蒸气进口连通；所述储槽液空出口分别与自增压液空进口和下塔液空进口连通；

12、所述下塔氮气出口与主冷氮气进口连通，所述主冷液氮出口分别与下塔液氮进口和过冷液氮进口连通，所述过冷液氮出口与上塔液氮进口连通，所述下塔液空出口与过冷液空进口连通，所述过冷液空出口与上塔液空进口连通，

13、所述上塔污氮出口与过冷污氮进口连通，所述过冷污氮出口与主换热污氮进口，所述主换热污氮出口与分子筛纯化器连通，将污氮引入分子筛纯化器作为再生气源；

14、所述上塔纯氮出口与过冷纯氮进口连通，所述过冷纯氮出口与主换热纯氮进口连通，所述主换热纯氮出口与产品氮气压缩机相连，用于生产液氮；

15、所述上塔氧气出口与主换热氧气进口连通，所述主换热氧气出口与产品氧气压缩机相连，用于生产液氧；

16、所述下塔空气进口与主换热空气出口连通，所述主换热空气进口与分子筛纯化器，引入压缩空气。

17、进一步，所述自增压液空进口、下塔液空进口、下塔液氮进口、过冷液氮出口、过冷液空出口上均设有流量调节阀。

18、进一步，所述上精馏塔与下精馏塔呈上下一体布置，所述上精馏塔为填料塔，所述下精馏塔为筛板塔，所述主冷凝蒸发器位于上精馏塔的底部。

19、进一步，所述液空储槽为自增压方式储槽。

20、一种利用液空补充空分冷量的方法，采用如上所述的利用液空补充空分冷量的装置，将液空冷量用于空气分离系统；

21、压缩空气经主换热空气进口进入，在主换热器中预冷到液化温度后经主换热空气出口引出，从下精馏塔底部的下塔空气进口进入，沿下精馏塔中的塔板向上流动，与塔板的回流液进行热质交换，氮含量逐步提高，在下精馏塔的顶部得到纯氮气；

22、纯氮气从下塔氮气出口取出，进入主冷氮气进口，与上精馏塔中的液氧通过主冷凝蒸发器进行换热，氮气被液化成液氮，液氮出主冷凝蒸发器后，分为两路：

23、一路经过冷液氮进口进入过冷器，过冷后经过冷液氮出口引出，经过流量调节阀节流后，从上塔液氮进口进入上精馏塔，作为上精馏塔的上部回流液参与精馏；

24、另一路经下塔液氮进口返回下精馏塔，形成下精馏塔回流液，回流液沿塔板逐块下流，与上升的蒸气进行热质交换，空气的氧浓度逐渐提高，在下精馏塔的底部得到富氧液空；

25、下精馏塔底部的富氧液空从底部的下塔液空出口取出，进入过冷液空进口，从过冷液空出口引出，经过流量调节阀节流后从上塔液空进口进入上精馏塔的中上部，作为上精馏塔的下部回流液参与精馏；

26、液空储槽中的液空经储槽液空出口从底部引出，分为两路：一路进入自增压换热器进行蒸发气化后返回液空储槽顶部；另一路经下塔液空进口进入下精馏塔的中下部，与下精馏塔回流液汇合，参与下精馏塔精馏；

27、上精馏塔底部的液氧与氮气通过主冷凝蒸发器换热后，蒸发为氧气，分为两路：

28、一路作为产品氧气从上塔氧气出口取出，从主换热氧气进口进入主换热器进一步复热，到常温后从主换热氧气出口引出作为氧气产品；

29、另一路沿上精馏塔上升，作为上精馏塔的上升蒸气，与上精馏塔中的富氧液空回流液进行热质交换，氮浓度逐渐提高，到上精馏塔的上部得到污氮气，继续到上精馏塔的顶部得到纯氮气；富氧液空回流到上精馏塔底部时，得到液氧，液氧与氮气通过主冷凝蒸发器换热；

30、污氮气从上塔污氮出口取出，经过冷污氮进口进入过冷器，回收冷量后，经过过冷污氮出口取出，经主换热污氮进口进入主换热器进一步复热，最后从主换热污氮出口引出；

31、纯氮气从上塔纯氮出口取出，经过冷纯氮进口进入过冷器，回收冷量后，经过过冷纯氮出口取出，通过主换热纯氮出口进入主换热器进一步复热，最后从主换热纯氮进口引出作为纯氮产品。

32、进一步，液空储槽的液空经恒流控制方式控制进入下精馏塔的流量。

33、进一步，液空储槽的压力控制在0.48～0.58mpa。

34、本发明的有益效果在于：

35、1、本发明利用液空冷量替代空分膨胀机制冷，降低压缩空气消耗，提高系统氧气提取率，增加空分装置氧气产能。取消或停运了运转设备机膨胀机，提升了设备稳定性。

36、2、本发明利用液空的冷量来补充空分的冷量损失，且全部参与精馏，增加了氧气提取率。

37、3、本发明利用液空替代膨胀机，减少了膨胀机的压缩空气用量，节约了压缩电耗。同时减少了膨胀空气量，增加了空气进塔量，增加了氧气产能。

38、4、本发明利用液空替代膨胀机，避免了膨胀空气旁通，空气全部参与精馏，得到更多的氧气产品，降低了制氧单耗。

39、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。