全文摘要
本实用新型公开了一种空气分离系统，包括空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统，且空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统依次连接；还包括原料增压机、高压换热器、低压膨胀机、中压膨胀机、高压膨胀机和氧氮精馏塔；空气纯化系统依次通过低压膨胀机的增压端、高压换热器、低压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的上塔连接；空气纯化系统还依次通过原料增压机的中抽、中压膨胀机的增压端、高压换热器、中压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接；空气纯化系统还依次通过原料增压机、高压换热器、高压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接。本实用新型通过对空气分离系统的压缩空气膨胀制冷部分进行改进，能够大大降低空气分离系统运行能耗。
主设计要求
1.一种空气分离系统，包括空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统，且空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统依次连接；其特征在于：还包括原料增压机、高压换热器、低压膨胀机、中压膨胀机、高压膨胀机和氧氮精馏塔；所述空气纯化系统依次通过低压膨胀机的增压端、高压换热器、低压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的上塔连接；所述空气纯化系统还依次通过原料增压机的中抽、中压膨胀机的增压端、高压换热器、中压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接；所述空气纯化系统还依次通过原料增压机、高压换热器、高压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接。
设计方案
1.一种空气分离系统，包括空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统，且空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统依次连接；其特征在于：
还包括原料增压机、高压换热器、低压膨胀机、中压膨胀机、高压膨胀机和氧氮精馏塔；
所述空气纯化系统依次通过低压膨胀机的增压端、高压换热器、低压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的上塔连接；
所述空气纯化系统还依次通过原料增压机的中抽、中压膨胀机的增压端、高压换热器、中压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接；
所述空气纯化系统还依次通过原料增压机、高压换热器、高压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接。
2.根据权利要求1所述的空气分离系统，其特征在于：
所述空气纯化系统与低压膨胀机的增压端进口连接，所述低压膨胀机的增压端出口通过高压换热器与低压膨胀机的膨胀端进口连接，且低压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的上塔连接。
3.根据权利要求1所述的空气分离系统，其特征在于：
所述空气纯化系统还与原料增压机连接，所述原料增压机的中抽与中压膨胀机的增压端进口连接，所述中压膨胀机增压端出口通过高压换热器与中压膨胀机的膨胀端进口连接，中压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的下塔连接。
4.根据权利要求1所述的空气分离系统，其特征在于：
所述空气纯化系统还依次通过原料增压机和高压换热器与高压膨胀机的膨胀端进口连接，所述高压膨胀机的出口端与氧氮精馏塔的下塔连接。
5.根据权利要求1所述的空气分离系统，其特征在于：所述高压换热器为板式换热器。
6.根据权利要求1所述的空气分离系统，其特征在于：所述空气纯化系统包括分子筛吸附器。
7.根据权利要求1-6任何一项所述的空气分离系统，其特征在于：所述低压膨胀机为低压透平膨胀机。
8.根据权利要求1-6任何一项所述的空气分离系统，其特征在于：所述中压膨胀机为中压透平膨胀机。
9.根据权利要求1-6任何一项所述的空气分离系统，其特征在于：所述高压膨胀机为高压透平膨胀机。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种空气分离系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展，国内对石油和化工产品的需求迅速增长，但是我国“富煤、少气、缺油”的资源条件使得供需矛盾日益凸显，因此新型煤化工近年来发展迅速。新型煤化工离不开空分装置为其提供氧氮氩。随着新型煤化工的快速发展，国内空分厂家和国外空分厂家展开了激烈的市场竞争，从技术到能耗，从配置到价格。为了占有空分市场，各个空分厂家都在不断优化流程，提升技术，降低能耗，减少报价。经过最近几年的竞争，国内空分厂家和国外空分厂家在流程模拟计算和流程二次开发方面基本相同，而制造能力方面国内和国外也基本接近，压缩机、膨胀机以及高压板式换热器等关键设备也都要进口。对煤化工项目而言，选用国内或国外空分，均采用两级精馏、增压膨胀制冷，液氧内压缩流程。要想在竞争激烈的市场中脱颖而出，就必须选取更加节能的流程，而高、中、低压膨胀机流程在保证空分长、满、安、稳运行的前提下，能够使空分装置能耗进一步优化，在激烈的市场竞争中占有很大的市场优势。高、中、低压膨胀机流程使用低压膨胀机制冷来代替一部分中压膨胀机的制冷量，这样能够减少增压机的流量，降低增压机的能耗，减少中压膨胀机的制冷量，从而达到节能的目的。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种空气分离系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种空气分离系统，包括空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统，且空气压缩机、空气冷却塔、空气纯化系统依次连接；
还包括原料增压机、高压换热器、低压膨胀机、中压膨胀机、高压膨胀机和氧氮精馏塔；
空气纯化系统依次通过低压膨胀机的增压端、高压换热器、低压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的上塔连接；
空气纯化系统还依次通过原料增压机的中抽、中压膨胀机的增压端、高压换热器、中压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接；
空气纯化系统还依次通过原料增压机、高压换热器、高压膨胀机的膨胀端与氧氮精馏塔的下塔连接。
作为优选，空气纯化系统与低压膨胀机的增压端进口连接，低压膨胀机的增压端出口通过高压换热器与低压膨胀机的膨胀端进口连接，且低压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的上塔连接
作为优选，空气纯化系统还与原料增压机连接，原料增压机的中抽与中压膨胀机的增压端进口连接，中压膨胀机增压端出口通过高压换热器与中压膨胀机的膨胀端进口连接，中压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的下塔连接。
作为优选，空气纯化系统还依次通过原料增压机和高压换热器与高压膨胀机的膨胀端进口连接，高压膨胀机的出口端与氧氮精馏塔的下塔连接。
作为优选，高压换热器为板式换热器。
作为优选，空气纯化系统包括分子筛吸附器。
作为优选，低压膨胀机为低压透平膨胀机。
作为优选，中压膨胀机为中压透平膨胀机。
作为优选，高压膨胀机为高压透平膨胀机。
本实用新型的有益效果是：
通过对空气分离系统的压缩空气膨胀制冷部分进行改造，在空气分离系统中同时接入低压、中压和高压3种(台)膨胀机组，大大降低了空分设备的能耗，并且取得了可观的经济效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型空气分离系统实施例的流程示意图。
图1中标记：1-上塔，2-下塔，3-主冷凝蒸发器，4-增效塔，5-粗氩冷凝器，6-液氧贮槽，7-过冷器，8-低压板式换热器，9-高压板式换热器，10-低压膨胀机，11-中压膨胀机，12-高压膨胀机，13-水冷塔，14-空冷塔，15-空压机，16-空气过滤器，17-分子筛吸附器，18-增压机。
具体实施方式
图1是一种空气分离系统。该空气分离系统的压缩空气膨胀制冷系统是由空气压缩机(下称空压机)、空气冷却塔(下称空冷塔)、空气纯化系统、原料增压机(下称增压机)、高压板式换热器9、低压膨胀机10、中压膨胀机11、高压膨胀机12和氧氮精馏塔(下称精馏塔)组成的。
与普通空分设备相同，其中的空压机15、空冷塔14、空气纯化系统依次连接。精馏塔又分为上塔1和下塔2。
上述空气分离系统的压缩空气膨胀制冷系统的连接结构如下：
空气纯化系统的分子筛吸附器17与低压膨胀机10的增压端进口连接，低压膨胀机的增压端出口与高压板式换热器连接，而高压板式换热器又与低压膨胀机的膨胀端进口连接，低压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的上塔连接。
空气纯化系统的分子筛吸附器17还与增压机18连接，增压机的中抽与中压膨胀机11的增压端进口连接，中压膨胀机增压端出口通过高压板式换热器与中压膨胀机的膨胀端进口连接，中压膨胀机的膨胀端出口与氧氮精馏塔的下塔连接。
空气纯化系统的分子筛吸附器17先连接到增压机，再通过高压板式换热器与高压膨胀机的膨胀端进口连接，高压膨胀机的出口端与氧氮精馏塔的下塔连接。
上述空气分离系统的压缩空气膨胀制冷系统的运行流程如下：
经过空气纯化系统纯化后的低压空气分成三路，第一路进入低压膨胀机的增压端后输出到高压板式换热器，经高压换热后的气体从低压膨胀机的膨胀端进入，并从膨胀端出口输出膨胀制冷后的气体到精馏塔的上塔1。
经过空气纯化系统纯化后的第二路低压空气进入增压机18增压，从增压机中抽出来的中压空气进入中压膨胀机11的增压端，从中压膨胀机增压端的出口输出的经过增压的气体进入高压板式换热器，经换热后再进入中压膨胀机的膨胀端进口，并从中压膨胀机的膨胀端进口输出经膨胀制冷后的气体到精馏塔的下塔。
经过空气纯化系统纯化后的第三路低压空气先通过增压机增压，变成从增压机末级出来的高压空气，再经过高压板式换热器换热后进入高压膨胀机12的膨胀端，从高压膨胀机12的出口端输出的膨胀后制冷气体连接到精馏塔的下塔。
空气分离系统的工作原理：
原料空气经空气过滤器16除去灰尘和机械杂质，经吸入管进入空压机15，在空压机中经三级压缩，压缩空气进入空冷塔14下部，自下而上的穿过空冷塔，被常温水和冷冻水喷淋冷后进入空气纯化系统的分子筛吸附器17。空气自下而上通过卧式分子筛吸附器除去空气中的水分、CO2<\/sub>和部分碳氢化合物。
经分子筛吸附器17净化后的空气主要分为三路，一路空气在低压板式换热器8中与返流气体氮气、污氮等换热达到接近液化温度进入精馏塔的下塔2。另一路空气去低压膨胀机10增压端增压，增压后气体去高压板式换热器9与返流气体换热，换热后的增压空气从高压板式换热器中部抽出，去低压膨胀机的膨胀端膨胀制冷，膨胀后的气体被送入精馏塔的上塔1。最后一路空气进入增压机18进行增压。这部分空气又分为三路：第一路空气从增压机一级冷却器后抽出，作为产品仪表空气送用户；第二路空气从增压机I段抽出，这部分空气被送入中压膨胀机11增压端增压，增压后气体去高压板式换热器9与返流气体换热，换热后的增压空气从高压板式换热器中部抽出，去中压膨胀机膨胀端膨胀制冷，膨胀后的气体被送入精馏塔的下塔2；第三路空气从增压机末端抽出，送入高压板式换热器换热，被返流气体冷却液化后从高压板式换热器底端抽出，通过高压膨胀机(液体膨胀机)或由高压节流阀节流后进入精馏塔的下塔。
在精馏塔的下塔中，空气被初步分离成氮和富氧液空，顶部气氮在主冷凝蒸发器3中冷凝成液氮，同时主冷的低压侧液氧被气化。液氮作为下塔回流液全部回流到下塔，再从下塔顶部引出一部分液氮，经过冷器被纯气氮和污气氮过冷并节流后，送入精馏塔的上塔顶部。
污气氮从上塔上部引出，并在过冷器7复热后分成两股：一股通过低压板式换热器8中复热后送往精馏塔外，部分作为分子筛吸附器的再生气体，其余进入水冷塔13；另一股通过高压板式换热器中复热后送往精馏塔外，进入水冷塔作为冷源冷却外界水。纯气氮从上塔顶部引出，在过冷器7以及低压板式换热器和高压换热器中复热后出冷箱，一部分去用户管网，余下的送往水冷塔。粗氩气从增效塔4上的粗氩冷凝器5引出，经低压板式换热器8复热后送入水冷塔。从下塔顶部抽出的低压氮气经低压板式换热器8复热后送入用户管网。从主冷凝蒸发器抽出的液氧经阀旁通和过冷器复热后汇合成一股合适温度的液氧后送入液氧贮槽6。从液氮回流进上塔阀后抽出的液氮直接送入液氮贮槽。液氧从液氧贮槽引出，经液氧泵加压到5.0MPa(G)，经高压板式换热器复热后成高压氧气送入用户管网。
本实施例的技术特点：
在本实施例中，采用了汽轮机一拖二的形式，即汽轮机的一头带空压机15，汽轮机的另一头带增压机18。并且空压机、汽轮机和汽轮机这3个机组共用一套润滑油站，润滑油和控制油分开控制，保证了润滑油稳定的同时，降低了润滑油泵的功率。汽轮机真空利用射汽抽真空，保证了真空的稳定。预冷系统使用开式循环上段用冷冻水，冷冻水利用氨作为制冷剂使用氨冷器与冷冻水进行换热降温，下段使用循环水进行降温，降低空气温度的同时，把空气中的酸性气体和可溶性气体洗涤下来，同时空气中的水分会随着温度的降低从空气中析出。
加工空气中的水份和二氧化碳若进入空气分离系统的低温区后，会形成冰和干冰，就会阻塞换热器的通道和冷箱内的管路，甚至影响到填料精馏效率。因此需预先通过空气纯化系统清除空气中的水份和二氧化碳。空气纯化系统使用卧式分子筛吸附器，三层床结构，至下而上为惰性氧化铝、活性氧化铝和III型分子筛，能够高效的清除空气中的水和二氧化碳。
空气中氧氮的分离是在精馏塔中进行的，而且温度是在零下180～196℃的环境中实现的，要想得到这么冷的温度，就需要膨胀机制冷，膨胀机是制冷的核心，空气分离系统85％以上的冷量是经过膨胀机制冷得到的，冷量的制取是氧氮分离的前提条件。本实施例采用了低压膨胀机、中压膨胀机和高压膨胀机，低压空气经低压膨胀机增压换热后膨胀进上塔参与上塔精馏，中压空气经中压膨胀机增压膨胀后进下塔，参与下塔的精馏，高压液空经高压膨胀机(即液体膨胀机)回收能量后进下塔，也参与下塔精馏，低压、中压和高压三种膨胀机同时使用也是本实施例空气分离流程节能的核心，在保证精馏工况稳定的同时，发挥膨胀机的最佳优势。另外空气要想达到液化温度就必须有换热器，利用高压和低压板式换热器空气与反流气体换热，使空气达到液化温度，低压空气进低压板式化热器前增加调节阀，能够有效的调整热端温差，减小冷量损失。氧氮精馏塔的上下塔使用填料塔，精馏系统带增效塔，提高氧气提取率，主冷凝蒸发器采用卧式冷凝蒸发器，双层液位控制提高了精馏的安全性能。低温液体直接进入后备产品贮槽，液氧泵走低温液氧贮槽抽取，不受主冷液位影响，提高了氧泵的运行稳定性，液氧经液氧泵加压后返回高压板式换热器复热，氧气送往用户。
本实施例的空分设备与某空气分离设备(下称某空分设备)的经济技术指标的比较：
某空分设备，产氧82000Nm3<\/sup>\/h，9.8Mpa、525℃的高压蒸汽消耗186t\/h，低温液体110吨\/天；
本实施例的空分设备，产氧67000Nm3<\/sup>\/h，9.8Mpa、525℃的高压蒸汽消耗121t\/h，低温液体100吨\/天；
若低温液体全部折成氧气，其中，低温液体110吨\/天，可折3216Nm3<\/sup>\/h，而低温液体100吨\/天，可折2924Nm3\/h；
即某空分设备产氧85216Nm3<\/sup>\/h，蒸汽消耗186t\/h；
本实施例空分设备产氧69924Nm3<\/sup>\/h，蒸汽消耗121t\/h；
若将某空分设备产氧折成69924Nm3<\/sup>\/h，则蒸汽消耗152.6t\/h；某空分设备比本实施例空分设备多用蒸汽31.6吨\/h。一吨蒸汽按100元计算，一年按8000小时计，本实施例空分设备相比某空分设备一年可节省费用2528万元。
通过以上经济效益的比较可以看出，本实施例通过对空气分离系统的压缩空气膨胀制冷部分进行改造，在空气分离系统中同时接入低压、中压和高压3种(台)膨胀机组，大大降低了空分设备的能耗，并且取得了可观的经济效益。
以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920022950.2
申请日:2019-01-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:34(安徽)
授权编号:CN209484934U
授权时间:20191011
主分类号:F25J 3/04
专利分类号:F25J3/04
范畴分类:35D;23A;
申请人:安徽昊源化工集团有限公司
第一申请人:安徽昊源化工集团有限公司
申请人地址:236000 安徽省阜阳市颍东区阜康路1号
发明人:潘建田;官进军;巫海龙;王斌;侯智
第一发明人:潘建田
当前权利人:安徽昊源化工集团有限公司
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计