空分装置中回收放空的氧气、氮气、空气的方法

摘要

本发明提供了一种空气分离制备氮气和/或氧气时对放空的氮气和/或氧气的回收方法。本发明利用空分装置的备用膨胀机，再增加一台换热器(做为液化器)，再用一些管线、阀门等将前述的膨胀机、换热器等组成一个系统，利用来自空分装置的主换热器中部抽出的空气(简称中抽气)、经压缩净化冷却后得到的放空带压空气或经换热器冷却的放空带压氮气经空分装置备用的膨胀机膨胀后做制冷工质，在换热器中将放空带压氮气或放空带压氧气液化成液氮或液氧，还可通过控制膨胀机出口气的温度，使其出口的冷空气流或冷氮气流部分液化，并用液氮/液空存贮罐收集所得的液空或液氮，从而达到从空分装置中回收放空的氧气、氮气、空气的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离时回收放空的氧气、氮气、空气的方法，尤其涉及空气分离制备氧气和/或氮气时对放空的氧气、氮气、空气液化回收方法。

背景技术

现有的空气分离(通过低温液化和精馏的方法分离)工艺一般为：空气经压缩纯化(除尘、压缩、空冷除去水分以及分子筛吸附除去水分及二氧化碳)后进入主换热器，经主换热器冷却后进入精馏塔，在精馏塔中进行空气分离，分离出氮气和/或氧气，从精馏塔分离出的氮气和/或氧气经主换热器换热后得到常压氮气和/或氧气，经主换热器的氮气和/或氧气一般经压缩机加压后通过管道送入生产装置，其中所述的主换热器、膨胀机、精馏塔等放在冷箱内。一方面，在精馏塔进行空气分离时，需将下塔的富氧空气和主换热器中部抽出的部分空气一起通过膨胀机送入上塔参与精馏，为了保证空分装置的连续运转，一般需备用一台或两台膨胀机，在正常运行时，只有一台膨胀机在工作。另一方面，一般空分装置中压缩机的设计能力略高于精馏装置的处理能力，这样就会有一部分空气在进入分子筛吸附器进行脱水和二氧化碳之前放空；而经空气分离得到的氮气和/或氧气也经常大于生产装置的需求量，也会有一部分氮气和/或氧气或在出主换热器并经压缩后放空或回收，现有技术对放空氧气和/或氮气的回收一般采用增加一套新的气体液化装置，投资较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种空分装置中回收放空的氧气、氮气、空气的方法，该方法利用了空分装置备用的膨胀机，投资较少，同时提高了空分装置现有设备的利用率。

本发明的技术方案是利用空分装置的备用膨胀机，再增加一台换热器(做为液化器)，再用一些管线、阀门等将前述的膨胀机、换热器等组成一个系统，利用来自空分装置的主换热器中部抽出的空气(简称中抽气)、经压缩净化冷却后得到的放空带压空气或经换热器冷却的放空带压氮气经空分装置备用的膨胀机膨胀后做制冷工质，在换热器中将放空带压氮气或放空带压氧气液化成液氮或液氧，从而达到从空分装置中回收放空的氧气、氮气、空气的目的。

如前所述：一般空分装置中压缩机的设计能力略高于精馏装置的处理能力，这样就会有一部分空气在进入分子筛吸附器进行脱水和二氧化碳之前放空，这部分放空的空气可作为本发明的制冷工质，另一方面，当用作制冷工质的空气量不足时，而经空气分离得到的氮气和/或氧气的量大于生产装置的需求量时，也可以采用改变工况条件，减少装置产出氧气和/或氮气的量，这样也可以节省出空气，这部分空气也可作为制冷工质。以空气做制冷工质时，可从空分装置的不同位置将空气抽出做制冷工质：一种方法是将经压缩净化后富余的带压空气(即放空带压空气)做制冷工质；另一种方法是使经压缩净化后的带压空气进入到空分装置的主换热器，然后再从主换热器中抽出富余的空气(即中抽气)做为制冷工质，这样还可以使空分装置的主换热器热端温差缩小，减少冷损，多产液体。此外，也可以以分离出的氮气做制冷工质。以氮气为制冷工质时，可将经主换热器的氮气经压缩后，将用户需要的带压氮气直接送入生产装置，而将超过用户需要量的带压氮气(即放空带压氮气)做制冷工质。从节能的角度考虑，本发明优选以中抽气和放空带压空气做为制冷工质。

本发明从空分装置中回收放空的氧气、氮气、空气的方法因制冷工质不同而略有差异，下面将详细描述。

具体地，以压缩净化后得到的放空带压空气经换热器冷却及空分装置备用的膨胀机膨胀后做制冷工质时，其具体过程为：将压缩净化后得到的部分放空带压空气送入换热器中，通过换热器冷却降温后得到冷空气流，将至少一部分冷空气流与部分未通过换热器的放空带压空气汇合送入到空分装置的备用膨胀机入口，调节通过换热器的空气量与未通过换热器的空气量使空气的温度满足在膨胀机入口的温度(即空气的温度接近其液化温度)，膨胀机出口的空气经换热器后去再生分子筛或放空；放空带压氮气或放空带压氧气在换热器中接收膨胀机出口空气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐中。以放空带压空气做致冷工质时，常压氮气经压缩后成为带压氮气，之后将全部放空带压氮气送入换热器中以回收液氮。

具体地，以换热器冷却后的带压氮气经空分装置备用的膨胀机膨胀后做制冷工质，其具体过程为：将常压氮气经氮压机加压后，将其中的一部分放空带压氮气送入换热器中，通过换热器冷却降温后得到冷氮气流，将至少一部分冷氮气流与部分未通过换热器的放空带压氮气汇合送入到空分装置备用的膨胀机入口，调节通过换热器的氮气量与未通过换热器的氮气量使氮气温度满足在膨胀机入口的温度(即氮气的温度接近其液化温度)，膨胀机出口的氮气经换热器后与常压氮气汇合后循环再利用或去再生分子筛或放空；放空带压氮气或放空带压氧气在换热器中接收膨胀机出口氮气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐中。以氮气做致冷工质时，常压氮气经压缩后成为带压氮气，之后带压氮气分为三部分：一部分作为制液氮的原料；另两部分做为制冷工质：即经过换热器的氮气和未经过换热器的氮气汇合并经膨胀机后再送入换热器中做制冷工质。

具体地，以中抽气经空分装置备用的膨胀机膨胀后做制冷工质时，其具体过程为：将中抽气送入到空分装置备用的膨胀机入口，膨胀机出口的空气经换热器后去再生分子筛或放空；将带压氧气或带压氮气送入换热器中，放空带压氮气或放空带压氧气在换热器中接收膨胀机出口空气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐中。以中抽气做制冷工质时，常压氮气经压缩后成为带压氮气，之后将全部放空带压氮气送入换热器中以回收液氮。

已有技术公开的各种换热器均可用于本发明，如选板翅式换热器或管式换热器。从节能和节省空间的角度考虑，本发明优选板翅式换热器。换热器可设置在空分装置的冷箱内，和主装置做到冷损互补，因此相当于液化系统处于真空保温状态，冷损大为减少，进一步提高了液化效率。换热器可以与主换热器合为一体，也可以与主换热器分开设置，以一个独立的换热器置于冷箱内。

空分装置备用的膨胀机均可用于本发明，如可为低压膨胀机或增压膨胀机。

本发明的冷却工质一部分经过换热器冷却，一部分未经过热器冷却，这两部分冷却工质汇合后送入到空分装置备用的膨胀机入口，调节通过换热器的氮气量与未通过换热器的氮气量使氮气温度满足在膨胀机入口的温度，膨胀机入口气的温度优选为-125～-150℃。

本发明还可通过控制膨胀机出口气的温度，使所述的冷空气流或冷氮气流部分液化，并用液氮/液空存贮罐收收集所得的液空或液氮。

本发明所述的常压氮气为从精馏塔分离出的经主换热器后的氮气。

本发明所述的放空带压氧气为从精馏塔分离出的经主换热器及压缩机后的富余氧气；所述的放空带压氮气为从精馏塔分离出的经主换热器及压缩机后的富余氮气；放空带压空气为经除尘、压缩、空冷除去水以及分子筛吸附除去水分及二氧化碳后的富余空气。

本发明的方法利用了空分装置备用的膨胀机，投资较少，还提高了空分装置现有设备的利用率，同时使得膨胀机的备用性更强、更及时、更安全，膨胀机做到了动态冷备车、而不是常温静态备车，膨胀机切换对主塔不会有任何扰动。

本发明的方法可分别生产液氧、液氮、液空产品。也可以做到间断液化，进一步提高了装置的综合利用率。流程简单，易操作，安全性高。可使空压机长期在一种工况下运行，运行工况更加远离湍振点。

本发明的这些和其他目的、特征和优点在参考以下附图阅读完本说明书后将变得更加明了。

附图说明

图1为实施本发明方法的回收液化流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但并不局限本发明的范围。

以放空带压空气为冷却工质时：在图1中，将压缩净化后得到的部分放空带压空气通过阀1送入换热器16中，通过换热器16冷却降温后得到冷空气流，其温度为-156℃～-168℃，将至少一部分冷空气流通过阀10与部分未通过换热器的带压空气(温度为10～20℃)通过阀8后汇合送入到空分装置的备用膨胀机17的入口，调节通过换热器16和阀8的空气量与通过阀10的空气量使汇合后空气的温度满足在膨胀机17的入口温度，膨胀机17入口气温度优选-125℃～-150℃，膨胀机出口气温度优选为-162℃～-185℃，压力优选为0.11-0.15Mpa，膨胀机17出口的空气经换热器16后，把冷量传递给氧气、氮气、空气，膨胀空气出换热液化器16后，温度为5℃～10℃左右，之后再通过阀13去再生分子筛或通过阀14放空；带压氮气通过阀4或放空带压氧气通过阀5在换热器16中接收膨胀机17出口空气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐18中。本发明还可通过控制膨胀机17出口气的温度，使所述的冷空气流部分液化并收集在液氮/液空存贮罐19中。此外，还可通过阀12将液空/液氮存贮罐19中的冷空气放出并与膨胀机17出口的空气汇合后做制冷工质。空分装置需用备用膨胀机时，可通过开启9阀7和阀11，关闭其他液化阀门实现。

以带压氮气为冷却工质时，在图1中，将常压氮气经氮压机加压后分成三部分：一部分通过阀2送入生产装置满足用户需要，富余带压氮气流(放空带压氮气)中的一部分做为冷却工质；另一部分用作回收液氮的原料。一部分放空带压氮气通过阀3送入换热器16中，通过换热器16冷却降温后得到冷氮气流，其温度为-156℃～-168℃，将至少一部分冷氮气流通过阀10与部分未通过换热器的放空带压氮气(温度为15～25℃)通过阀8后汇合送入到空分装置的备用膨胀机17的入口，调节通过换热器16和阀8的氮气量与通过阀10的氮气量使汇合后氮气的温度满足在膨胀机17的入口温度，膨胀机17入口气温度优选-125℃～-150℃，膨胀机出口气温度优选为-162℃～-185℃，压力优选为0.11-0.15Mpa，膨胀机17出口氮气经换热器16后，把冷量传递给氧气或氮气，膨胀氮气出换热液化器16后，温度为5℃～10℃左右，之后再通过阀15与常压氮气汇合后循环再利用、通过阀13去再生分子筛或通过阀14放空；一部分放空带压氮气通过阀4或放空带压氧气通过阀5在换热器16中接收膨胀机17出口空气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐18中。本发明还可通过控制膨胀机17出口气的温度，使所述的冷氮气流部分液化并收集在液氮/液空存贮罐19中。此外，还可通过阀12将液空/液氮存贮罐19中的冷空气或冷氮气放出并与膨胀机17出口的空气汇合后做制冷工质。空分装置需用备用膨胀机时，可通过可通过开启9阀7和阀11，关闭其他液化阀门实现。

以中抽气为冷却工质时：在图1中，将来自空分装置的换热液化器中部抽出的气体(简称中抽气)通过阀6送入空分装置备用膨胀机17的入口，膨胀机出口气温度优选为-162℃～-185℃，压力优选为0.11-0.15Mpa，膨胀机17出口的空气经换热器16后，把冷量传递给氧气、氮气、空气，膨胀空气出换热液化器16后，温度为5℃～10℃左右，之后再通过阀13去再生分子筛或通过阀14放空；放空带压氮气通过阀4或放空带压氧气通过阀5在换热器16中接收膨胀机17出口空气的冷量被液化后送入到液氮/液氧存贮罐18中。本发明还可通过控制膨胀机17出口气的温度，使所述的冷空气流部分液化并收集在液氮/液空存贮罐19中。空分装置需用备用膨胀机时，可通过开启可通过开启9阀7和阀11，关闭其他液化阀门实现。