[发明专利]一种等压分离制取氧氮的空分装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等压分离制取氧氮的空分装置，具体属深度冷冻技术领域。

背景技术

国民经济的高速发展，离不开空气分离装置。所谓空气分离装置(简称空分 装置，通称制氧机)是指利用深度冷冻原理将空气液化，然后根据各组分沸点的 不同，在精馏塔内进行精馏，最后获得氧、氮，或同时提取一种或几种稀有气体 的装置。

1939年，苏联科学家卡皮查院士发明高效率(＞80％)径流向心反动式透平 膨胀机，为全低压制氧机的诞生创造了条件。卡皮查透平膨胀机是近代世界各国 透平膨胀机发展的基础，卡皮查低压液化循环是现代大型制氧机的基础。在低温 技术领域是继1852年英国科学家焦耳和汤姆逊发现焦耳-汤姆逊效益为第一里 程碑，“克劳特循环”的发明与实现为第二里程碑，“卡皮查循环”及全低压制氧 机的问世被称为第三里程碑。

随着钢铁冶金、化工，尤其是煤化工等行业对氧气、氮气等空分产品需求的 增长，制氧机已向大型化、超大型化方向发展，国内超大型制氧机已达到90000m ³/h等级，制氧的新技术新工艺也层出不穷，国内低温法制氧流程已达到第六代 新流程全面普及的程度。制氧单耗已经从原来的大于3kw·h/m³O₂降至0.37 kw·h/m³O₂左右，制氧机的产品也不再是单一的气氧，既有气体产品又有液体产 品，而且产纯氧、纯氮、纯氩，以及稀有气体提取。制氧技术和制氧机的发展始 终围绕着安全、智能、节能，简化流程、减少投资的方向进行着。

下面是4种典型传统流程的简要说明：

附图1是管式3200m³/h制氧机流程示意图，图1中：1-蓄冷器，2-自动阀 箱，3-透平膨胀机，4-膨胀过滤器，5-液化器，6-下塔，7-冷凝蒸发器，8-上塔， 9-液氧吸附器，10-液空吸附器，11-液氮过冷器，13-液氧泵，14-二氧化碳吸附 器。该类型制氧机采用高效透平膨胀机制冷全低压流程，即以卡皮查循环为基础， 用嵌有蛇管的石头填料蓄冷器冻结清除水分和二氧化碳，用中部抽气保证其不冻 结性，用中抽二氧化碳吸附器4清除中抽气中的二氧化碳。富氧液空经液空吸附 过滤器过滤二氧化碳干冰，吸附液空中的乙炔，设有液氧泵13，将液氧循环经 液氧吸附器清除液氧中的乙炔，以保证制氧机安全运行。装置中采用长管式冷凝 蒸发器，以提高传热效率。管内是液氧沸腾，管间气氮冷凝。膨胀机的工质是空 气。中抽气由中抽二氧化碳吸附器清除二氧化碳后与下塔来的旁路气汇合一起进 入膨胀机，膨胀后气体进入上塔即拉赫曼气。

附图2是可逆式换热器自清除10000m³/h制氧机流程示意图。图2中：1- 可逆式换热器，2-自动阀箱，3-液化器(污氮)，4-液化器(纯氮)，5-液化器(氧 气)，6-透平膨胀机，7-下塔，8-冷凝蒸发器，9-上塔，10-液空过冷器，11-液 氧过冷器，12-液氮过冷器，13-液氧吸附器，14-液空吸附器，15-液氧泵。该制 冷系统是以卡皮查循环为基础的全低压循环。采用高效透平膨胀机，膨胀工质为 空气，利用电机制动回收部分膨胀功。净化系统采用板翅式可逆式换热器对水分、 二氧化碳自清除。设置液空吸附器清除富氧中的乙炔。用液氧泵使冷凝蒸发器中 的部分液氧循环利用液氧吸附器清除液氧中的乙炔及其他碳氢化合物。装置中的 全部换热器都采用高效的板翅式换热器，因此也可称全板式万立制氧机。精馏塔 为带辅塔的双级精馏塔。膨胀后气体进入上塔，这股拉赫曼气使制氧机的制冷系 统与精馏系统有机地联系起来。