[发明专利]一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法

摘要

本发明提供一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置及方法，是在一套全低压外压缩空分流程的基础上，根据外围对压力氮气的需求情况，将一个合适容积的液氮裸罐放置于空分装置的冷箱内，用于储存空分装置正常生产期间多余的液氮；液氮裸罐以及放置水冷塔、空冷塔底部的液氮汽化器用阀门、管道等与空分装置有机相连，使得液氮裸罐中的液氮在外供压力氮气突然增加时，得以迅速汽化，而且对原空分装置的生产工况干扰很小；本发明可以在几分钟内使其压力氮气外送负荷增加100%，应对生产装置突发事故。本发明解决了突发压力氮气负荷增加问题，而且在设计新空分装置时可减少氮气产量冗余，减少空分装置正常运行期间的能耗。

主权项

一种空气分离氧氮气快速增加压力氮气负荷的装置，其特征在于：该装置包括过滤器（1）、压缩机（2）、常温水泵（3）、空冷塔（4）、第1个分子筛吸附器（501）、第2个分子筛吸附器（502）、加热器（6）、低温水泵（7）、水冷塔（8）、增压膨胀机（9）、换热器（10）、主换热器（11）、下塔（12）、主冷凝蒸发器（14）、过冷液化器（15）、上塔（16）、冷箱（17）、氮压机（18）、液氮裸罐（13）、第1液氮汽化器、第2液氮汽化器；和液氮进入或排出液氮裸罐阀门（V0）、水冷塔液氮汽化出口控制阀门（V1）、液氮进入水冷塔控制阀门（V2）、液氮进入空冷塔控制阀门（V3）、下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门（V4）、液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门（V5）、过冷液氮进入液氮裸罐阀门（V6）；空冷塔液氮汽化出口控制阀门（V7）、出空冷塔空气管道（K1）、分子筛净化后空气经主换热器去下塔的空气管道（K2）、分子筛净化空气去增压膨胀机增压端的空气管道（K3）、膨胀空气去上塔的管道（K4）、出下塔底部液态空气管道（K5）、出过冷液化器液态空气去上塔的管道（K6）；和下塔顶部氮气管道（D1）、出冷凝蒸发器液氮回下塔管道（D2）、出过冷器后液氮节流去上塔管道（D3）、出过冷器后液氮去液氮裸罐管道（D4）、出上塔顶部氮气管道（D5）、出主换热器氮气管道（D6）、压力氮气管网（D7）、液氮裸罐顶部氮气管道（D8）、液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道（D9）、下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部管道（D10）、液氮裸罐底部取出（或进入）管道（D11）、液氮进水冷塔管道（D12）、液氮进空冷塔管道（D13）、水冷塔8液氮汽化出口管道（D14）、空冷塔4液氮汽化出口管道（D15）；和出上塔上部污氮气管道（W1）、出主换热器去冷水塔的管道（W2）、出主换热器污氮气去分子筛加热器的管道（W3）、出主换热器污氮气去冷吹分子筛的管道（W4）、加温或冷吹污氮气出分子筛放大气的管道（W5）；和上塔底部氧气取出管道（Y1）、氧气出主换热器的管道（Y2）；和出过滤器去压缩机的空气管道（G1）、出压缩机去空冷塔的空气管道（G2）、出增压膨胀机的增压端去换热器的管道（G3）、出主换热器中部去增压膨胀机的膨胀端的管道（G4）；和第1个分子筛吸附器进口控制阀门（F1）、第2个分子筛吸附器进口控制阀门（F2）、第1个分子筛吸附器出口控制阀门（F3）、第2个分子筛吸附器出口控制阀门（F4）、下塔底端引出管道经冷液化器后进入上塔之前的控制阀门（F5）、主冷凝蒸发器引出管道经过冷液化器后进入上塔之前的控制阀门（F6）、主换热器出口引出管道进入水冷塔底部之前的控制阀门（F7）、上塔底部引出管道经主换热器进入装置外部压缩机之前的控制阀门（F8）；其中，过滤器（1）的作用是对空气进行过滤；压缩机（2）的作用是对从过滤器（1）取出的空气进行压缩；空冷塔（4）的作用是对从压缩机（2）出来的压缩空气用冷却水进行喷淋冷却；第1分子筛吸附器（501）和第2个分子筛吸附器（502）的作用是清除空气的水分及二氧化碳，对空气进行清洁，当其中一个为空气正向吸附时，另一个为污氮气反向再生；主换热器（11）的作用是对空气进行冷却；增压膨胀机（9）增压端的作用是对空气进行进一步压缩；增压膨胀机（9）膨胀端的作用是对空气进行制冷膨胀；水冷却器（10）的作用是对空气进行冷却；上塔（16）的作用是对空气进行精馏，经上塔（16）精馏的空气最终分为上塔顶部的氮气（D5）、上塔的上部的污氮气（W1）、上塔底部的氧气（Y1）；下塔（12）的作用是对空气进行精馏，经下塔（12）精馏的空气最终分为下塔底部的液态空气（K5）和下塔顶部的氮气（D1）；主冷凝蒸发器（14）位于上塔（16）和下塔（12）之间，其作用是将下塔顶部的氮气（D1）收入后冷凝为液氮（D2）；过冷液化器（15）的作用是对液态空气进行过冷；液氮裸罐（13）的作用是储存液氮；其中，第1液氮水浴汽化器置于空冷塔（4）底部，第2液氮水浴汽化器置于水冷塔（8）底部；当压力氮气增负荷小于30%（体积百分比）时，仅投用位于水冷塔（8）底部的第2液氮水浴汽化器；当压力氮气增负荷大于30%（体积百分比）时，再将空冷塔（4）底部第1液氮水浴汽化器投用；液氮进入或排出液氮裸罐阀门（V0）位于液氮裸罐（13）底部引出管道（D11）的支路上，用于控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐（13）内；水冷塔液氮汽化出口控制阀门（V1）位于水冷塔液氮汽化出口管道（D14）上，用于控制经水冷塔（8）底部的第2液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网（D7）；液氮进入水冷塔控制阀门（V2）位于液氮进水冷塔的管道（D12）上，用于控制从液氮裸罐（13）底部取出的液氮去往设置在水冷塔（8）底部的液氮水浴汽化器；液氮进入空冷塔控制阀门（V3）位于液氮进空冷塔的管道（D13）上，用于控制从液氮裸罐（13）底部取出的液氮去往设置在空冷塔（4）底部的液氮水浴汽化器；下塔顶部氮气去液氮裸罐阀门（V4）位于下塔顶部氮气去液氮裸罐顶部的管道（D10）上，用于控制该管道与下塔顶部的氮气相通，在快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；液氮裸罐顶部汽化氮气去氮气取出管道阀门（V5）位于从液氮裸罐（13）顶部引出管道（D8）的一个支路，即液氮裸罐汽化氮气去氮气取出管道（D9）上，用于控制去往氮气进主换热器前的管线，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；过冷液氮进入液氮裸罐阀门（V6）位于主冷凝蒸发器（14）引出管道的一个支路上，该支路管道与液氮裸罐（13）连通，过冷液氮进入液氮裸罐阀门（V6）用于控制从主冷凝蒸发器（14）出来的过冷液氮进入液氮裸罐；空冷塔液氮汽化出口控制阀门（V7）位于空冷塔液氮汽化出口管道（D15）上，用于控制经空冷塔（4）底部的第1液氮水浴汽化器汽化后的氮气去往压力氮气管网（D7）；过滤器（1）位于压缩机（2）上方，过滤器的出口引出管道（G1）与压缩机入口相通，压缩机出口引出管道（G2）与空冷塔底部侧面相通，常温水泵3从循环水管道取水送往空冷塔4的中部；空冷塔（4）顶端引出管道（K1）通过阀门（F1和F2）分别与两个分子筛吸附器（501和502）的下端连通；第1个分子筛吸附器（501）为空气正向吸附时，第2个分子筛吸附器（502）为污氮气反向再生，从两个分子筛吸附器（501、502）的顶端引出的管道通过阀门（F3、F4）控制分为两路，其中一路管道（K2）经主换热器（11）与下塔（12）的侧面底部连通，其中另一路管道（K3）与增压膨胀机（9）增压端入口连通，增压膨胀机（9）增压端出口引出管道（G3）经水冷却器（10）与主换热器（11）入口连通，主换热器（11）中部出口引出管道（G4）与增压膨胀机（9）膨胀端入口连通，增压膨胀机（9）膨胀端出口引出管道（K4）与上塔（16）连通；其中，下塔（12）底端引出管道（K5）经过冷液化器（15）后通过节流阀（F5）与上塔（16）中部连通；下塔（12）顶端引出管道（D1）与主冷凝蒸发器（14）连通；主冷凝蒸发器（14）引出管道分为两路，一路（D2）与下塔（12）连通；另一路经过冷液化器（15）后再分为两路，一路（D3）经节流阀（F6）控制与上塔（16）连通，另一路（D4）用阀门（V6）控制与液氮裸罐（13）连通；上塔（16）顶端引出管道（D5）经过冷液化器（15）后与主换热器（11）入口连通，主换热器（11）出口引出管道（D6）与压缩机（18）入口连通，压缩机（18）出口与压力氮气管网（D7）连通；上塔（16）上部引出管道（W1）经过冷液化器（15）与主换热器（11）连通，主换热器（11）出口引出管道分为三路，一路（W3）经加热器（6）与再生分子筛（501或502）连通，其中在一个时间周期内只能通过一个分子筛，其意义为再生，另一个分子筛此时间周期为空气吸附，分子筛（501或502）引出管道（W5）与大气相通；二路（W4）经加热器（6）的旁路管线，与分子筛（501或502）相通，分子筛（501或502）引出管道（W5）与大气相通；三路（W2）经阀门（F7）与水冷塔（8）底部连通，经水冷塔顶部喷淋的水换热后，水冷塔（8）顶部与大气相通；上塔（16）底部引出管道（Y1）与主换热器（11）连通，主换热器（11）出口引出管道（Y2）经阀门（F8）控制与装置外部压缩机连通，装置外部压缩机出口与用户连通；其中，液氮裸罐（13）顶部引出管道（D8）分为两路，一路（D9）用阀门（V5）控制去往氮气进主换热器（11）前的管线上，其作用为回收液氮裸罐内汽化的部分液氮产品气及冷量；另一路（D10）用阀门（V4）控制与下塔顶部的氮气相通，其作用为快速增加压力氮气负荷时为液氮裸罐提供压力；液氮裸罐（13）底部引出管道（D11）分为三路，一路用阀门（V0）控制作为液氮裸罐内液氮的外部销售和外部采购液氮反向充入液氮裸罐（13）内；二路（D12）用阀门（V2）控制去往设置在水冷塔（8）底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气（D14）经阀门（V1）控制去往压力氮气管网（D7）；三路（D13）用阀门（V3）控制去往设置在空冷塔（4）底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮气（D15）经阀门（V7）控制去往压力氮气管网（D7）；其中，将液氮裸罐（13）、增压膨胀机（9）的膨胀端、主换热器（11）、下塔（12）、冷凝蒸发器（14）、上塔（16）、过冷液化器（15）都置于冷箱（17）中。