[发明专利]从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于气体分离方法及装置领域，尤其涉及从空气中制取低纯度氧气（90～97%）的方法和装置。

背景技术

跨入21世纪以来，由于国民经济的快速增长和钢铁、煤化工、石化等上游产业的大发展，对空分设备的需求旺盛，使空分设备产业高速增长，据不完全统计，空分设备产能每年已达到400万Nm³/h以上。据资料载，我国规划2015年煤化工所需空分设备制氧能力为600万/Nm³/h左右，仅此一项市场空间就大得惊人。

安全可靠，节能减排，这是对空分设备的基本要求和前提条件，是建设资源节约型、环境友好型社会和科学发展的需要，也是市场期望。蓬勃发展新兴的煤化工行业与成熟的钢铁冶金等行业都需要大量低纯度的氧气。为保护环境，捕捉二氧化碳，富氧燃烧也成为了电厂发展的一个趋势。因此，研发安全可靠、节能降耗的大型化、低纯度深冷法空分已迫在眉睫。而目前常规的深冷法分离所用的双塔精馏能耗较高，制约了低纯度的氧气的大规模环保应用。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种能耗更低的从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法及其装置。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法，将空气过滤后压缩成两路不同压力等级的空气，其中较低压力空气进行冷却、纯化后一部分进一步冷却后进入中压塔精馏，另一部分进一步冷却降压后进入低压塔精馏，分别进行氧、氮的低温分离；另外较高压力的空气进行冷却、纯化、增压和进一步冷却后分别进入高压塔和中压塔精馏，分别进行氧、氮的低温分离。

其中高压塔操作压力为0.58MPa.A左右；中压塔操作压力为0.3MPa.A左右；低压塔操作压力为1.42MPa.A左右；

作为优选方式，所述较低压力空气的压力为0.28～0.35MPa.A，所述较高压力空气的压力为0.55～0.59MPa.A。

作为进一步优选方式，所述较低压力空气冷却至10～16℃后纯化，纯化后进一步冷却至-145℃后，一部分经过膨胀后进入低压塔精馏，另一部分再冷却降压至-179℃、0.27MPa.A进入中压塔精馏。

作为进一步优选方式，所述较高压力空气冷却至10～16℃后纯化，纯化后增压至5.42MPa.A后，再冷却至-174～-179℃分别进入高压塔和中压塔精馏。

一种用于前述从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法的装置，包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统及精馏系统，所述精馏系统包括主换热器、高压塔、低压塔、主冷凝蒸发器和过冷器，所述精馏系统还包括中压塔，所述中压塔的氮气管路依次连接所述主冷凝蒸发器、所述过冷器和所述低压塔的氦气出口，所述中压塔的液空管路依次连接所述过冷器和所述低压塔，所述空气过滤压缩系统将空气压缩成两路不同压力等级空气，并分别各自依次连接一路空气预冷系统、空气纯化系统后连接所述精馏系统：其中较低压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及所述主换热器后，一路连接所述中压塔，另一路通过冷却降压装置后连接所述低压塔；另外较高压力空气管路通过其空气预冷系统、空气纯化系统以及压缩装置和所述主换热器后分别连接所述中压塔和高压塔。

作为优选方式，所述空气过滤压缩系统包括一台中抽式的空气压缩机，或者两台串联成两级的空气压缩机。

作为优选方式，所述空气预冷系统包括空气冷却塔、水冷塔，所述空气过滤压缩系统的两路不同压力等级空气管路上的空气预冷系统共用水冷塔。

作为优选方式，所述冷却降压装置和压缩装置分别为增压透平膨胀机的膨胀端和增压端。

各设备作用为：

空气过滤压缩系统主要用于过滤原料空气中的物理杂质以及原料空气的压缩。

空气冷却塔主要用于压缩后的空气的冷却，利用冷却水和冷冻水，把空气冷却至14℃左右。

水冷却塔主要依靠来自冷箱的干燥氮气，提供空气冷却塔所需的低温冷冻水。

纯化器主要用于脱除原料空气中的二氧化碳和水。

增压透平膨胀机主要用于提供空气分离所需冷量，以及增压和降压。

增压机后冷却器主要用于冷却增压空气的温度。

主换热器主要用于原料空气及返流氧气、氮气等的换热。

高压塔、中压塔、低压塔主要用于氧、氮的低温分离。

主冷凝蒸发器主要用于提供各塔体的上升气体或回流液。

过冷器主要用于液空及液氮的过冷。