空分设备的制作方法

本发明涉及空分工艺，具体而言，涉及一种空分设备。

背景技术：

1、近年来，随着国内特气市场供不应求，氪、氙气体在照明、空间卫星及医疗行业等领域有着广泛的应用。空气中的氪的含量为1.14ppm，氙的含量为0.086ppm，氪、氙主要从空分设备的副产品中提取。目前市场上建成已投运的空分设备规模大、产量高，为满足市场对氪氙气体的迫切需求，在建成已投运的空分装置上开展贫氪氙提取，主要方法有从下塔液空中、上塔底部液氧中以及粗氩塔回流液空中提取。为保证贫氪氙提取对原空分装置的安全影响及施工改造周期，采取的方法是从粗氩塔冷凝器底部回流液空中抽出一部分进行精馏提取贫氪氙液，其余部分返回上塔参与主空分精馏，原空分装置不做其他改动。但存在的主要缺点是粗氩塔冷凝器顶部液空蒸汽回上塔，由于氪气沸点-153.2℃与氧气沸点-183℃接近，粗氩塔冷凝器顶部液空蒸汽中含有少量的氪气被带入上塔中，导致产品贫氪氙液中氪气含量低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种空分设备，以解决现有技术中粗氩塔冷凝器顶部液空蒸汽中含有少量的氪气被带入上塔中，导致产品贫氪氙液中氪气含量低的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种空分设备，包括上塔、贫氪氙塔和顶部具有粗氩塔冷凝器的粗氩塔，粗氩塔冷凝器顶部的液空蒸汽出口分别与上塔的液空蒸汽回口、贫氪氙塔的液空蒸汽入口连通，以使粗氩塔冷凝器内部的部分液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏，粗氩塔冷凝器内部的另一部分液空蒸汽流至贫氪氙塔参与贫氪氙塔的精馏；贫氪氙塔顶部的液空蒸汽出口与上塔的液空蒸汽回口连通，以使贫氪氙塔内的液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏。

3、进一步地，空分设备还包括设置在上塔和贫氪氙塔之间的氮气冷凝器和汽液分离器，贫氪氙塔顶部的液空蒸汽出口分别与上塔的液空蒸汽回口、氮气冷凝器的进口连通，以使贫氪氙塔排出部分液空蒸汽回流至上塔，贫氪氙塔排出的另一部分液空蒸汽经过氮气冷凝器冷凝；氮气冷凝器的出口与汽液分离器连通，汽液分离器的汽相出口、液相出口分别与上塔的液空蒸汽回口、贫氪氙塔的液空入口连通，以将冷凝分离后得到的液空蒸汽和液空分别引回至上塔和贫氪氙塔。

4、进一步地，汽液分离器输出至上塔的液空蒸汽、粗氩塔冷凝器输出至上塔的液空蒸汽和贫氪氙塔输出至上塔的液空蒸汽汇流并形成汇流区域，汇流区域与贫氪氙塔的液空蒸汽出口之间的流路分流至氮气冷凝器的进口。

5、进一步地，贫氪氙塔内间隔设置两组填料塔，两组填料塔之间形成中部区域，位于上方的填料塔与贫氪氙塔的顶部之间形成顶部区域，贫氪氙塔的液空入口包括第一入口和第二入口，第一入口与顶部区域连通并与汽液分离器的液相出口连通，第二入口与中部区域连通并与粗氩塔冷凝器的液空出口连通，贫氪氙塔的液空蒸汽入口与中部区域连通。

6、进一步地，粗氩塔冷凝器底部的液空出口分别与上塔的液空回口、贫氪氙塔的液空入口连通，粗氩塔冷凝器底部排出的部分液空回流至上塔，粗氩塔冷凝器底部排出的另一部分液空流向贫氪氙塔的中部参与精馏。

7、进一步地，空分设备还包括液空吸附器，液空吸附器设置在粗氩塔冷凝器的液相出口与贫氪氙塔的液空入口的连通管路上。

8、进一步地，空分设备还包括多个控制阀，除氮气冷凝器与汽液分离器的连通管路外，上塔、粗氩塔冷凝器、贫氪氙塔、氮气冷凝器、汽液分离器中任意两者之间的连通管路上均设置有控制阀。

9、进一步地，空分设备还包括控制系统，控制系统与多个控制阀均电连接，以控制多个控制阀的开闭，进而控制空分设备的多个流路的通断，控制系统具有故障检测功能，在控制系统检测到空分设备出现故障的情况下，控制系统关闭所有与贫氪氙塔相关的控制阀。

10、进一步地，贫氪氙塔落地布置，贫氪氙塔、贫氪氙液出冷箱和贫氪氙储槽周围设置防爆墙。

11、进一步地，贫氪氙塔的底部设置有贫氪氙蒸发器，粗氩塔冷凝器底部排出的另一部分液空流向贫氪氙塔的中部参与精馏并在贫氪氙蒸发器中得到贫氪氙液体，空分设备还包括贫氪氙液出冷箱和贫氪氙储槽，贫氪氙塔的底部、贫氪氙液出冷箱和贫氪氙储槽顺次连通，贫氪氙塔的底部和贫氪氙液出冷箱之间的连通管路上设置有控制阀。

12、进一步地，贫氪氙蒸发器采用翅片式结构，空分设备还包括板式换热器和低温膨胀机，板式换热器和低温膨胀机用于为贫氪氙蒸发器提供能够作为热源的近饱和低压空气，近饱和低压空气与贫氪氙塔底部的贫氪氙液换热后冷凝，冷凝后形成的液空返回上塔参与主空分的精馏。

13、进一步地，空分设备还包括在线分析仪，在线分析仪用于监测饱和的低压空气中的碳氢化合物含量。

14、应用本发明的技术方案，提供了一种空分设备，包括上塔、贫氪氙塔和顶部具有粗氩塔冷凝器的粗氩塔，粗氩塔冷凝器顶部的液空蒸汽出口分别与上塔的液空蒸汽回口、贫氪氙塔的液空蒸汽入口连通，以使粗氩塔冷凝器内部的部分液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏，粗氩塔冷凝器内部的另一部分液空蒸汽流至贫氪氙塔参与贫氪氙塔的精馏；贫氪氙塔顶部的液空蒸汽出口与上塔的液空蒸汽回口连通，以使贫氪氙塔内的液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏。

15、采用本方案，在原有空分流程且不增加装置能耗的前提下，将部分从粗氩塔冷凝器顶部排出的液空蒸汽引入贫氪氙塔中，以对其中含有的少量氪气进行进一步精馏提纯，提高了贫氪氙塔中产出的产品贫氪氙液中的氪气含量，且本方案对原有空分设备改动内容少，不用改造原有粗氩塔的设置即可提高产品贫氪氙液中氪气含量，对原有空分安全影响小，有利于降低施工投资费用并缩短施工周期。

技术特征：

1.一种空分设备，其特征在于，包括上塔、贫氪氙塔(10)和顶部具有粗氩塔冷凝器(21)的粗氩塔(20)，所述粗氩塔冷凝器(21)顶部的液空蒸汽出口分别与所述上塔的液空蒸汽回口、所述贫氪氙塔(10)的液空蒸汽入口连通，以使所述粗氩塔冷凝器(21)内部的部分液空蒸汽流至所述上塔参与主空分的精馏，所述粗氩塔冷凝器(21)内部的另一部分液空蒸汽流至所述贫氪氙塔(10)参与所述贫氪氙塔(10)的精馏；所述贫氪氙塔(10)顶部的液空蒸汽出口与所述上塔的液空蒸汽回口连通，以使所述贫氪氙塔(10)内的液空蒸汽流至所述上塔参与主空分的精馏。

2.根据权利要求1所述的空分设备，其特征在于，所述空分设备还包括设置在所述上塔和所述贫氪氙塔(10)之间的氮气冷凝器(30)和汽液分离器(40)，所述贫氪氙塔(10)顶部的液空蒸汽出口分别与所述上塔的液空蒸汽回口、所述氮气冷凝器(30)的进口连通，以使所述贫氪氙塔(10)排出部分液空蒸汽回流至所述上塔，所述贫氪氙塔(10)排出的另一部分液空蒸汽经过氮气冷凝器(30)冷凝；所述氮气冷凝器(30)的出口与所述汽液分离器(40)连通，所述汽液分离器(40)的汽相出口、液相出口分别与所述上塔的液空蒸汽回口、所述贫氪氙塔(10)的液空入口连通，以将冷凝分离后得到的液空蒸汽和液空分别引回至所述上塔和所述贫氪氙塔(10)。

3.根据权利要求2所述的空分设备，其特征在于，所述汽液分离器(40)输出至所述上塔的液空蒸汽、所述粗氩塔冷凝器(21)输出至所述上塔的液空蒸汽和所述贫氪氙塔(10)输出至所述上塔的液空蒸汽汇流并形成汇流区域，所述汇流区域与所述贫氪氙塔(10)的液空蒸汽出口之间的流路分流至所述氮气冷凝器(30)的进口。

4.根据权利要求2所述的空分设备，其特征在于，所述贫氪氙塔(10)内间隔设置两组填料塔(11)，两组所述填料塔(11)之间形成中部区域(102)，位于上方的所述填料塔(11)与所述贫氪氙塔(10)的顶部之间形成顶部区域(101)，所述贫氪氙塔(10)的液空入口包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述顶部区域(101)连通并与所述汽液分离器(40)的液相出口连通，所述第二入口与所述中部区域(102)连通并与所述粗氩塔冷凝器(21)的液空出口连通，所述贫氪氙塔(10)的液空蒸汽入口与所述中部区域(102)连通。

5.根据权利要求1所述的空分设备，其特征在于，所述粗氩塔冷凝器(21)底部的液空出口分别与所述上塔的液空回口、所述贫氪氙塔(10)的液空入口连通，所述粗氩塔冷凝器(21)底部排出的部分液空回流至所述上塔，所述粗氩塔冷凝器(21)底部排出的另一部分液空流向所述贫氪氙塔(10)的中部参与精馏。

6.根据权利要求5所述的空分设备，其特征在于，所述空分设备还包括液空吸附器(50)，所述液空吸附器(50)设置在所述粗氩塔冷凝器(21)的液相出口与所述贫氪氙塔(10)的液空入口的连通管路上。

7.根据权利要求2所述的空分设备，其特征在于，所述空分设备还包括多个控制阀(70)，除所述氮气冷凝器(30)与所述汽液分离器(40)的连通管路外，所述上塔、所述粗氩塔冷凝器(21)、所述贫氪氙塔(10)、所述氮气冷凝器(30)、所述汽液分离器(40)中任意两者之间的连通管路上均设置有所述控制阀(70)。

8.根据权利要求7所述的空分设备，其特征在于，所述空分设备还包括控制系统，所述控制系统与多个所述控制阀(70)均电连接，以控制多个所述控制阀(70)的开闭，进而控制所述空分设备的多个流路的通断，所述控制系统具有故障检测功能，在所述控制系统检测到所述空分设备出现故障的情况下，所述控制系统关闭所有与所述贫氪氙塔(10)相关的所述控制阀(70)。

9.根据权利要求1所述的空分设备，其特征在于，所述贫氪氙塔(10)的底部设置有贫氪氙蒸发器(12)，所述粗氩塔冷凝器(21)底部排出的另一部分液空流向所述贫氪氙塔(10)的中部参与精馏并在所述贫氪氙蒸发器(12)中得到贫氪氙液体，所述空分设备还包括贫氪氙液出冷箱(61)和贫氪氙储槽(62)，所述贫氪氙塔(10)的底部、所述贫氪氙液出冷箱(61)和所述贫氪氙储槽(62)顺次连通，所述贫氪氙塔(10)的底部和所述贫氪氙液出冷箱(61)之间的连通管路上设置有控制阀(70)。

10.根据权利要求9所述的空分设备，其特征在于，所述贫氪氙塔(10)落地布置，所述贫氪氙塔(10)、所述贫氪氙液出冷箱(61)和所述贫氪氙储槽(62)周围设置防爆墙。

11.根据权利要求9所述的空分设备，其特征在于，所述贫氪氙蒸发器(12)采用翅片式结构，所述空分设备还包括板式换热器和低温膨胀机，所述板式换热器和低温膨胀机用于为所述贫氪氙蒸发器(12)提供能够作为热源的近饱和低压空气，近饱和低压空气与所述贫氪氙塔(10)底部的贫氪氙液换热后冷凝，冷凝后形成的液空返回所述上塔参与主空分的精馏。

12.根据权利要求11所述的空分设备，其特征在于，所述空分设备还包括在线分析仪，所述在线分析仪用于监测饱和的低压空气中的碳氢化合物含量。

技术总结本发明提供了一种空分设备，包括上塔、贫氪氙塔和顶部具有粗氩塔冷凝器的粗氩塔，上塔为粗氩塔冷凝器提供液空，粗氩塔冷凝器顶部的液空蒸汽出口分别与上塔的液空蒸汽回口、贫氪氙塔的液空蒸汽入口连通，以使粗氩塔冷凝器内部的部分液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏，粗氩塔冷凝器内部的另一部分液空蒸汽流至贫氪氙塔参与贫氪氙塔的精馏；贫氪氙塔顶部的液空蒸汽出口与上塔的液空蒸汽回口连通，以使贫氪氙塔内的液空蒸汽流至上塔参与主空分的精馏。通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中粗氩塔冷凝器顶部液空蒸汽中含有少量的氪气被带入上塔中，导致产品贫氪氙液中氪气含量低的问题。技术研发人员：李登桐,姜永,孙少华,田兴兵,魏志勇,米鑫,王文龙,朱晓梅,胡稳强,侯立志,黄伟东,甄帅,伍超,张丁冬,王婷,姜涛,石旭阳,杨振燕,张凯,陈锦华,张超,张磊,魏杰,王磊受保护的技术使用者：国家能源集团宁夏煤业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29