全精馏提氩富氧空分装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供的全精馏提氩富氧空分装置，涉及空气分离设备领域，包括空气预处理段、精馏段和精氩段；精馏段包括下塔、上塔、冷凝蒸发器、主换热器、增压机/膨胀机、增压后冷却器、过冷器，下塔底部的富氧液空出口与过冷器的富氧液空流道连接后分为二路，与上塔的富氧液空进口连接，和与粗氩冷凝器进液口连接；上塔底部的液氧进入冷凝蒸发器，自冷凝蒸发器出口分为二路，一路作为产品液氧连接纯液氧产品输送管道，另一路与液体泵、下塔底部的富氧液空出口依次连接；上塔下部的氩馏份依次经过第一粗氩塔、第二粗氩塔和精氩塔得到纯液氩；本发明专利技术的有益效果是富氧空分装置提氩，增加装置产品品种，提高经济效益。

Total Distillation Argon Extraction and Oxygen-enriched Air Separation Unit and Technology

The full distillation argon extraction and oxygen enrichment air separation device provided by the invention relates to the field of air separation equipment, including air pretreatment section, distillation section and refined argon section; the distillation section includes lower tower, upper tower, condenser evaporator, main heat exchanger, supercharger/expander, pressurized cooler and supercooler, and the oxygen enrichment liquid air outlet at the bottom of lower tower is connected with oxygen enrichment liquid air passage of supercooler and divided into two paths. It is connected with the oxygen-enriched liquid-air inlet of the upper tower and the liquid inlet of the crude argon condenser; the liquid oxygen at the bottom of the upper tower enters the condenser evaporator, and the outlet of the self-condensation evaporator is divided into two ways, one way serves as the product liquid oxygen connection pipeline for pure liquid oxygen products, the other way is connected with the liquid pump and the oxygen-enriched liquid-air outlet at the bottom of the lower tower in turn; the argon fraction at the lower part of the upper tower passes through the first crude Pure liquid argon is obtained from the second crude argon column and the refined argon column, and the beneficial effect of the present invention is to extract argon from the oxygen-enriched air separation unit, increase the product variety of the device and improve the economic benefit.

【技术实现步骤摘要】
全精馏提氩富氧空分装置及工艺
本专利技术涉及一种深冷空气分离设备领域，具体涉及一种全精馏提氩富氧空分装置及工艺。
技术介绍
空气是指地球大气层中的气体混合，它主要由78％的氮气、21％氧气、0.94％的稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)，0.03％的二氧化碳，0.03％的其他物质(如水蒸气、杂质等)组成的混合物，其中稀有气体主要是氩成分。空分设备是空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。空分设备是一个大型的复杂系统，主要包括动力系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统等。动力系统主要是指空气压缩机，空分设备将空气经低温分离得到氧、氮等产品，从本质上说是通过能量转换来完成，而装置的能量主要是由空气压缩机输入；净化系统由空气预冷系统和分子筛纯化系统组成，经压缩后的原料空气温度较高，空气预冷系统通过接触式换热降低空气的温度，同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质，分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等对空分设备运行有害的物质；空分设备的制冷系统是通过膨胀机实现的，整个空分设备的制冷严格遵循经典的制冷循环；空分设备的热平衡是通过制冷系统和热交换系统共同完成的，现有技术中换热器主要使用铝制板翅式换热器；空分设备的核心是精馏系统，实现空气成分的低温分离，由低压塔、中压塔和冷凝蒸发器组成；空分设备生产的氧气和氮气需要一定的压力才能满足后续系统的使用，通过产品输送系统的各路管道完成；空分设备生产的液氧和液氮等产品，进入液体贮存系统；现有的大型空分设备均采用计算机集散控制系统，实现自动控制。本设备的主要产品是液氮、液氧和富氧空气，富氧空气主要应用于炼钢炉、玻璃炉窑、金属冶炼等的助燃。一般助燃用富氧空气需要的压力在0.1-0.2MPa。常规的富氧空分设备采用双级精馏，上塔底部直接得到富氧气体经主换复热后再经氧压机加压至所需压力，或在上塔底部得到富氧液空，经液氧泵内压缩或自增压至所需压力后再复热出分馏塔冷箱。现有的空分设备的制冷系统，由于需要达到的各气体的露点，进而消耗大量的电能，增加了生产成本；此外，常规的富氧空分设备在得到富氧气的同时可以生产副产品纯氮气、液氮，无法同时生产纯氧气或纯液氧，更无法同时生产氩气或液氩。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种全精馏提氩富氧空分装置及工艺，能有效降低全精馏提氩富氧空分过程的耗电量，同时还可以同时生产副产品纯液氮和氧气或液氧，以及生产液氩或氩气。为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种全精馏提氩富氧空分装置，包括空气预处理段，所述空气预处理段被用于制备干燥纯化空气传输至精馏段；还包括精馏段和提氩段，所述精馏段包括下塔、上塔、冷凝蒸发器、主换热器、增压后冷却器、增压机、膨胀机和过冷器；所述冷凝蒸发器设置在下塔和上塔之间；所述提氩段包括第一粗氩塔、第二粗氩塔、精氩塔、液体泵、粗氩冷凝器、精氩蒸发器和精氩冷凝器；所述空气预处理段干燥纯化空气出口分为三路，第一路与主换热器第一进料空气流道、下塔底部空气进口依次连接，第二路与增压机进气口、增压后冷却器进气口、主换热器第二进料空气流道、膨胀机进气口和上塔中部空气进口依次连接，第三路与仪表空气系统进气口连接；所述下塔顶部的氮气出口分二路，第一路与冷凝蒸发器进气口连接；第二路与精氩塔下部的精氩蒸发器进气口连接；所述下塔底部的富氧液空出口与过冷器的富氧液空流道连接后分为二路，第一路与上塔上部的富氧液空进口连接，第二路与粗氩冷凝器进液口连接；所述冷凝蒸发器液氮流道出口分成二路，第一路与下塔顶部的液氮回流口连接，第二路与过冷器的液氮流道连接；所述过冷器的液氮流道出口分成三路，第一路与上塔顶部液氮回流口连接，第二路作为产品液氮连接纯液氮产品输送管道，第三路与精氩冷凝器液氮进口连接；所述上塔底部与冷凝蒸发器连接，上塔底部的液氧进入冷凝蒸发器，液氧自冷凝蒸发器出口分为二路，第一路作为产品液氧连接纯液氧产品输送管道，第二路与液体泵、下塔底部的富氧液空出口依次连接，汇合后的液体与主换热器液氧蒸发流道连接；所述上塔上部的污氮与过冷器、主换热器的污氮流道连接；所述上塔顶部的纯氮与过冷器、主换热器的纯氮连流道接；所述上塔下部的氩馏份出口与第一粗氩塔底部氩馏份进口、第一粗氩塔顶部粗气氩出口和第二粗氩塔底部粗气氩进口依次连接；所述第二粗氩塔顶部的工艺氩出口分为二路，第一路与粗氩冷凝器工艺氩进口和第二粗氩塔粗氩回流口依次连接，第二路与精氩塔中部的工艺氩进口连接；所述精氩塔底部的纯液氩出口连接纯液氩产品输送管道；所述精氩冷凝器气氮与上塔上部污氮出口汇合与过冷器、主换热器的污氮流道连接；所述第二粗氩塔底部的粗液氩出口与液体泵进口连接，与第一粗氩塔顶部粗液氩进口连接，与上塔下部的氩馏份回流连接。进一步的，所述精馏段包括液氮产线；所述液氮产线自空气预处理段干燥空气出口经主换热器第一进料空气流道、下塔底部空气进口、下塔顶部氮气出口、冷凝蒸发器氮气进口至冷凝蒸发器液氮出口；所述液氮产线的液氮出口分为四路，第一路与过冷器的液氮流道、上塔的液氮进口依次连接，第二路与精氩塔上部的精氩冷凝器进液口连接，第三路与下塔液氮回流口连接，第四路连接液氮产品输出管路。进一步的，所述精馏段包括气氮产线；所述气氮产线自空气预处理段干燥空气出口第一路经主换热器第一进料空气流道、下塔底部空气进口、上塔中部液空进口、上塔6顶部液氮进口至上塔顶部氮气出口；第二路经增压机进气口、增压后冷却器进气口、主换热器第二进料空气流道、膨胀机进气口、上塔中部空气进口至上塔顶部氮气出口；所述气氮产线的氮气出口直接连接氮气产品输出管道，作为产品输出。进一步的，所述第一粗氩塔和第二粗氩塔采用工艺液氩泵耦合。进一步的，本专利技术还提供采用上述全精馏提氩富氧空分装置的空分工艺，所述空分工艺包括如下步骤：1)原料空气经过滤、压缩、冷却和纯化后得到干燥纯化空气，干燥纯化空气分为三路，第一路进入主换热器，与返流气体换热，被冷却至液化温度，进入下塔参与精馏；第二路干燥纯化空气经过增压冷却后进入主换热器与返流气体换热至膨胀前温度，再进入膨胀机制冷后，进入上塔参与精馏；第三路干燥纯化空气输送至仪表空气系统，作为仪表气和密封气；2)在精馏段，下塔内空气与回流液氮在多层塔板上反复冷凝和蒸发，下塔底部积聚富氧液空，富氧液空经过冷器过冷后分为二路，一路经节流后进入上塔上部作为上塔原料，另一路节流后进入粗氩冷凝器分别作为第一粗氩塔和第二粗氩塔的塔顶冷源，蒸汽作为原料进入上塔；下塔塔顶氮气经冷凝蒸发器冷凝成液氮后分为四路，第一路液氮经过冷器过冷、节流减压后喷入上塔顶部作为上塔的回流液；第二路液氮节流进入精氩冷凝器作为精氩塔的塔顶冷源；第三路液氮作为产品进入贮槽；第四路液氮返回下塔作为回流液；下塔顶部少量气氮进入精氩蒸发器作为精氩塔的底部热源；3)上塔顶部得到纯氮气，经过冷器过冷后进入主换热器复热出冷箱，得到产品氮气；上塔上部得到污氮气，污氮经过冷器过冷、主换热器复热出冷箱，一部分去纯化器作为再生气，余量去水冷塔放空；上塔底部的产品液氧进入主冷凝蒸发器蒸发，蒸发后的氧气作为上塔的上升蒸汽，部分液氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全精馏提氩富氧空分装置，包括空气预处理段，所述空气预处理段被用于制备干燥纯化空气传输至精馏段；其特征在于，还包括精馏段和提氩段；所述精馏段包括下塔(5)、上塔(6)、冷凝蒸发器(7)、主换热器(8)、增压后冷却器(9)、增压机(10)、膨胀机(11)、过冷器(12)和液体泵(18)；所述冷凝蒸发器(7)设置在下塔(5)和上塔(6)之间；所述提氩段包括第一粗氩塔(13)、第二粗氩塔(14)、精氩塔(15)、液体泵(16)、粗氩冷凝器(17)、精氩蒸发器(19)和精氩冷凝器(20)；所述空气预处理段干燥纯化空气出口分为三路，第一路与主换热器(8)第一进料空气流道、下塔(5)底部空气进口依次连接，第二路与增压机(10)进气口、增压后冷却器(9)进气口、主换热器(8)第二进料空气流道、膨胀机(11)进气口和上塔(6)中部空气进口依次连接，第三路与仪表空气系统进气口连接；所述下塔(5)顶部的氮气出口分成二路，第一路与冷凝蒸发器(7)进气口连接；第二路与精氩塔(15)下部的精氩蒸发器(19)进气口连接；所述下塔(5)底部的富氧液空出口与过冷器(12)的富氧液空流道连接后分为二路，第一路与上塔(6)上部的富氧液空进口连接，第二路与粗氩冷凝器(17)进液口连接；所述冷凝蒸发器(7)液氮流道出口分成二路，第一路与下塔(5)顶部的液氮回流口连接，第二路与过冷器(12)的液氮流道连接；所述过冷器(12)的液氮流道出口分成三路，第一路与上塔(6)顶部液氮回流口连接，第二路作为产品液氮连接纯液氮产品输送管道，第三路与精氩冷凝器(20)液氮进口连接；所述上塔(6)底部与冷凝蒸发器(7)连接，上塔(6)底部的液氧进入冷凝蒸发器(7)，液氧自冷凝蒸发器(7)出口分为二路，第一路作为产品液氧连接纯液氧产品输送管道，第二路与液体泵(18)、下塔(5)底部的富氧液空出口依次连接，汇合后的液体与主换热器(8)液氧蒸发流道连接；所述上塔(6)上部的污氮出口与过冷器(12)、主换热器(8)的污氮流道连接；所述上塔(6)顶部的纯氮出口与过冷器(12)、主换热器(8)的纯氮流道连接；所述上塔(6)下部的氩馏份出口与第一粗氩塔(13)底部氩馏份进口、第一粗氩塔(13)顶部粗气氩出口和第二粗氩塔(14)底部粗气氩进口依次连接；所述第二粗氩塔(14)顶部的工艺氩出口分为二路，第一路与粗氩冷凝器(17)工艺氩进口和第二粗氩塔(14)粗氩回流口依次连接，第二路与精氩塔(15)中部的工艺氩进口连接；所述精氩塔(15)底部的纯液氩出口连接纯液氩产品输送管道；所述精氩冷凝器(20)气氮与上塔(6)上部污氮出口汇合与过冷器(12)、主换热器(8)的污氮流道连接；所述第二粗氩塔(14)底部的粗液氩出口与液体泵(16)进口连接，与第一粗氩塔(13)顶部粗液氩进口连接，与上塔(6)下部的氩馏份回流连接。...

【技术特征摘要】
1.一种全精馏提氩富氧空分装置，包括空气预处理段，所述空气预处理段被用于制备干燥纯化空气传输至精馏段；其特征在于，还包括精馏段和提氩段；所述精馏段包括下塔(5)、上塔(6)、冷凝蒸发器(7)、主换热器(8)、增压后冷却器(9)、增压机(10)、膨胀机(11)、过冷器(12)和液体泵(18)；所述冷凝蒸发器(7)设置在下塔(5)和上塔(6)之间；所述提氩段包括第一粗氩塔(13)、第二粗氩塔(14)、精氩塔(15)、液体泵(16)、粗氩冷凝器(17)、精氩蒸发器(19)和精氩冷凝器(20)；所述空气预处理段干燥纯化空气出口分为三路，第一路与主换热器(8)第一进料空气流道、下塔(5)底部空气进口依次连接，第二路与增压机(10)进气口、增压后冷却器(9)进气口、主换热器(8)第二进料空气流道、膨胀机(11)进气口和上塔(6)中部空气进口依次连接，第三路与仪表空气系统进气口连接；所述下塔(5)顶部的氮气出口分成二路，第一路与冷凝蒸发器(7)进气口连接；第二路与精氩塔(15)下部的精氩蒸发器(19)进气口连接；所述下塔(5)底部的富氧液空出口与过冷器(12)的富氧液空流道连接后分为二路，第一路与上塔(6)上部的富氧液空进口连接，第二路与粗氩冷凝器(17)进液口连接；所述冷凝蒸发器(7)液氮流道出口分成二路，第一路与下塔(5)顶部的液氮回流口连接，第二路与过冷器(12)的液氮流道连接；所述过冷器(12)的液氮流道出口分成三路，第一路与上塔(6)顶部液氮回流口连接，第二路作为产品液氮连接纯液氮产品输送管道，第三路与精氩冷凝器(20)液氮进口连接；所述上塔(6)底部与冷凝蒸发器(7)连接，上塔(6)底部的液氧进入冷凝蒸发器(7)，液氧自冷凝蒸发器(7)出口分为二路，第一路作为产品液氧连接纯液氧产品输送管道，第二路与液体泵(18)、下塔(5)底部的富氧液空出口依次连接，汇合后的液体与主换热器(8)液氧蒸发流道连接；所述上塔(6)上部的污氮出口与过冷器(12)、主换热器(8)的污氮流道连接；所述上塔(6)顶部的纯氮出口与过冷器(12)、主换热器(8)的纯氮流道连接；所述上塔(6)下部的氩馏份出口与第一粗氩塔(13)底部氩馏份进口、第一粗氩塔(13)顶部粗气氩出口和第二粗氩塔(14)底部粗气氩进口依次连接；所述第二粗氩塔(14)顶部的工艺氩出口分为二路，第一路与粗氩冷凝器(17)工艺氩进口和第二粗氩塔(14)粗氩回流口依次连接，第二路与精氩塔(15)中部的工艺氩进口连接；所述精氩塔(15)底部的纯液氩出口连接纯液氩产品输送管道；所述精氩冷凝器(20)气氮与上塔(6)上部污氮出口汇合与过冷器(12)、主换热器(8)的污氮流道连接；所述第二粗氩塔(14)底部的粗液氩出口与液体泵(16)进口连接，与第一粗氩塔(13)顶部粗液氩进口连接，与上塔(6)下部的氩馏份回流连接。2.根据权利要求1所述的全精馏提氩富氧空分装置，其特征在于，所述空气预处理段包括依次相连的空气过滤器(1)、空气压缩机(2)、空冷塔(3)和分子筛纯化器(4)；所述空气预处理段被用于将原料空气干燥除杂得到干燥纯化空气，并传输至精馏段精馏提纯。3.根据权利要求1所述的全精馏提氩富氧空分装置，其特征在于，所述精馏段包括液氮产线；所述液氮产线自空气预处理段干燥空气出口经主换热器(8)第一进料空气流道、下塔(5)底部空气进口、下塔(5)顶部氮气出口、冷凝蒸发器(7)氮气进口至冷凝蒸发器(7)液氮出口。4.根据权利要求3所述的全精馏提氩富氧空分装置，其特征在于，所述液氮产线的液氮出口分为四路，第一路与过冷器(12)的液氮流道、上塔(6)的液氮进口依次连接，第二路与精氩塔(15)上部的精氩冷凝器(2)进液口连接，第三路与下塔(5)液氮回流口连接，第四路连接液氮产品输出管路。5.根据权利要求1所述的全精馏提氩富...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾群超，
申请(专利权)人：苏州制氧机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32