[发明专利]富氧空气产品的制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离技术领域，具体而言，涉及一种富氧空气产品的制备装置及方法。

背景技术

传统上的燃烧过程大都是基于空气为氧化剂来源的热工过程，常规燃烧方式助燃空气仅21％的氧气参与燃烧过程，而空气中的79％的氮气不但不帮助燃烧，反而吸收了大量的燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出，造成燃料的很大浪费。

随着助燃技术的不断提高，人们发现采用富氧空气(氧气的体积分数大于空气中的平均氧气体积分数的空气称为富氧空气)作为氧化剂来源较传统的燃烧过程更节能环保：富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出所有的热量，提高了燃料的燃尽率，减少燃料的热损失，节约了燃料，同时，富氧燃烧环境能有效的提高燃料系统的升温速率而节能。

研究发现，火焰温度随助燃空气的含氧量的增加而增加，当含氧量少于30％时，火焰温度上升很快；当含氧量大于30％时，火焰温度上升缓慢，一般含氧量控制在30％左右为助燃效果最佳。

目前工业富氧空气的制备方法主要是分离空气，应用最广泛的是低温精馏法，其次还有膜分离法。

申请号为201110096197.X的发明申请公开了一种低压富氧空气分离工艺，其流程是双塔正流膨胀制取富氧工艺，得到氧气纯度在80％-95％的富氧空气产品，采用这种方式得到的富氧空气产品，在应用时需和空气混合后才能使用，且混合时需要再增加混配系统，给使用带来了极大的不便，同时，在混配过程中，富氧纯度不便于控制，容易发生炉体烧毁等安全事故，其次，由于产品纯度相对较高导致成本过高，增加投资成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种富氧空气产品的制备装置及方法，以改善上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种富氧空气产品的制备装置，富氧空气产品的制备装置包括空气压缩机、预冷设备、分子筛吸附器、主换热器、精馏塔和膨胀机；

所述空气压缩机、所述预冷设备和所述分子筛吸附器依次连接；

所述空气压缩机用于将原料空气压缩至0.4-0.6MPa，所述原料空气包括第一原料空气和第二原料空气；

所述预冷设备用于将压缩后的所述原料空气预冷至8-10℃；

所述分子筛吸附器用于将预冷后的所述原料空气纯化，去除所述原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔；

所述主换热器用于将纯化后的所述原料空气冷却至饱和温度；

所述精馏塔用于将冷却后的所述第一原料空气进行精馏得到富氧液化空气和氮气，所述精馏塔的塔顶设置有冷凝蒸发器；

所述膨胀机用于将冷却后的所述第二原料空气膨胀至常压状态；

所述主换热器还用于将膨胀后的所述第二原料空气与富氧空气混合后得到的气体复热至常温得到富氧空气产品，所述富氧空气是所述富氧液化空气汽化后得到的。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，富氧空气产品的制备装置还包括过冷器，所述过冷器分别与所述膨胀机、所述精馏塔的塔底以及所述冷凝蒸发器连接；

所述过冷器用于将得到的所述富氧液化空气冷却，回收低温返流气体的冷量；

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述空气净化装置包括还包括节流阀，所述节流阀位于所述过冷器和所述冷凝蒸发器之间，所述节流阀用于将冷却后的所述富氧液化空气进行节流。

第二方面，本发明实施例还提供了一种富氧空气产品的制备方法，该方法包括：

将原料空气压缩至0.4-0.6MPa，所述原料空气包括第一原料空气和第二原料空气；

将压缩后的所述原料空气预冷至8-10℃；

将预冷后的所述原料空气纯化处理，去除所述原料空气中的水分、二氧化碳和乙炔；

将纯化处理后的所述第一原料空气进行精馏得到富氧液化空气和氮气；

将纯化处理后的所述第二原料空气膨胀至常压状态；

将所述富氧液化空气汽化得到富氧空气；

将膨胀后的所述第二原料空气与所述富氧空气混合后得到的气体复热至常温得到富氧空气产品。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

将得到的所述富氧液化空气冷却；

利用冷却并节流后的所述富氧液化空气作为冷源，对得到的所述氮气进行冷却得到液氮，同时所述富氧液化空气汽化为所述富氧空气。