[发明专利]深冷分离及生产低纯度氧、高纯度氧和氮的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离领域，尤其涉及一种深冷分离及生产低纯度氧、高纯度氧和氮的装置及方法。

背景技术

随着各行各业的快速发展，对工业气体氧气、氮气的种类要求也越来越多，和传统行业只要求单一纯度氧产品不用（生产高纯度氧或低纯度氧中的一种），一些新兴行业如有色冶炼，出现了同时要求生产低纯度氧、高纯度氧、高纯度氮和少量的液氧、液氮，产品氧气压力2～3.5bar，氮气压力5～10bar。

对于这种行业空分装置，如果采用变压吸附，需要设置三套变压吸附装置，能耗高，经济性差，不能生产液体，且变压吸附生产高纯度氧难度大，不宜用于大规模工业用气；如果采用两套深冷空分装置，投资大、占地面积大，不科学不合理。

空分装置的原料是大气，其主要的消耗是能源，因此，在如何进一步降低能量消耗显得尤为重要。空分装置的产品是氧气，安全性也十分重要，提供更低能耗更合理的工艺流程，不仅可以做到降低能耗，降低生产成本，提高总体经济效益，为社会节约资源，创建低碳、环保的社会环境起到一定的作用。

对于冶金型空分装置，既可以采用外压缩流程，也可以采用内压缩流程，究竟采用哪种流程形式，应根据用户的产品需求，从能耗、投资、操作、安全性几个方面综合考虑。内压缩流程比外压缩流程换热不可逆损失增大，从这个意义上来说内压能耗要高，但空分装置的压缩机是用电大户，压缩机的效率对整个装置的能耗起举足轻重的作用。对于氧气压力不高的有色冶炼空分装置，外压缩流程国产氧透效率低，能耗高，氧透安全性较差，操作维护量大；而采用内压缩流程增压机一级压缩，采用进口，效率高，能耗低，且内压安全性好。

目前变压吸附设备只生产单一产品，只能获得低纯度氧气产品，或采用再净化方法获得高纯氧，且不能制取液体产品。采用两套空分装置分别制取低纯度氧、高纯度氧，投资大、能耗高，不科学不合理。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点提供一种同时获得不同纯度的氧气产品、能耗低且经济性安全性好的深冷分离及生产低纯度氧、高纯度氧和氮的装置及方法。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：一种深冷分离及生产低纯度氧、高纯度氧和氮的装置，包括空气压缩系统、前端预冷纯化系统和冷箱，所述空气压缩系统包括空压机以及空气增压机，所述冷箱包括主换热器、液氧蒸发器、液氧泵、膨胀机的膨胀端及精馏塔，所述精馏塔包括下塔、上塔、纯氧塔、纯氧塔蒸发器和位于上塔和下塔之间的主冷凝蒸发器；所述空压机通过第一管道与前端预冷纯化系统相连接，所述前端预冷纯化系统的气体出口通过第二管道经主换热器与所述下塔相连；所述前端预冷纯化系统的气体出口通过第三管道与一膨胀机的增压端相连接，所述增压端通过第四管道连接一水冷却器，所述水冷却器通过第五管道经主换热器连接在所述膨胀机的膨胀端；所述前端预冷纯化系统的气体出口通过第六管道与所述空气增压机相连接，空气增压机末级出口通过第七管道经主换热器与所述液氧蒸发器相连，液化后通过第八管道及第一节流阀后进入所述下塔中部；所述膨胀端出口设置第九管道与上塔相连；所述下塔底部液体出口处经过一过冷器通过第十管道及第二节流阀后连接在所述上塔中部；所述下塔中部液体出口处经过一过冷器通过第十一管道及第三节流阀后连接在所述上塔中部；所述下塔顶部的液体出口通过第十二管道经过所述过冷器及第四节流阀后连接在所述上塔顶部；所述下塔顶部的气体出口通过第十三管道连接在所述纯氧塔蒸发器上，所述纯氧塔蒸发器的液体出口通过第十四管道及第五节流阀连接在所述上塔顶部；所述下塔顶部的气体出口通过第十五管道经主换热器后连接在冷箱外部作为产品压力氮气；所述主冷凝蒸发器的低纯液氧侧出口处通过第十六管道连接在所述纯氧塔顶部；所述主冷凝蒸发器的低纯液氧侧出口处通过第十七管道和所述液氧泵连接，液氧泵出口通过第十八管道和所述液氧蒸发器连接，所述液氧蒸发器的气氧通过第十九管道经主换热器复热后出冷箱作为产品送出；所述上塔顶部的污氮气出口处连接第二十管道，所述第二十管道经过所述过冷器和主换热器后连接在冷箱外部的纯化系统；所述纯氧塔顶部气体出口通过第二十一管道和所述上塔底部连接；所述纯氧塔底部液氧通过第二十二管道和所述液氧泵连接，液氧泵出口通过第二十三管道和所述液氧蒸发器连接，所述液氧蒸发器的气氧通过第二十四管道经主换热器复热后出冷箱作为产品送出。

所述下塔工作压力0.38MPa。

所述下塔为塔板数为25~40或对应塔盘数为35~60盘的下塔，所述上塔为塔板数为30~40或对应塔盘数为52~68盘的规整填料上塔，所述纯氧塔为塔板数为20~30或对应塔盘数为35~52盘的规整填料塔。