[实用新型]外冷式单级精馏空分装置

说明书

技术领域

本实用新型属于空分领域，具体涉及外冷式单级精馏空分装置。

背景技术

空分装置是以空气为原料制备氧气和氮气及氩气等惰性气体的分离装置。通过对空气进行压缩、膨胀制冷，进而使空气液化，利用精馏塔分离出氧气、氮气和惰性气体(如氩气)等产品。生产中使用的原料空气，可以随时随地获得。目前空分行业是属于化工产业的一个分支行业。

现有的空分设备工艺流程固化，能耗大，空气分离成本较高，尤其在单级精馏中不能完全分离空气，生产高纯度的氮气和氧气。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种外冷式单级精馏空分装置，能够实现单级带压精馏完全分离空气，生产高纯度的N₂和O₂，并降低分离能耗。

为了实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

外冷式单级精馏空分装置，包括主塔、副塔、冷凝蒸发器，换热器、循环压缩机、液氧泵、节流阀和输送管道；

所述冷凝蒸发器包括主冷凝蒸发器、氩冷凝蒸发器，其中所述主冷凝蒸发器和氩冷凝蒸发器分别设置在所述主塔和副塔的顶部；所述副塔的底部与主塔下段的中部连通；

所述换热器包括氧气换热器、氮气换热器、粗氩换热器、循环换热器；

所述主塔的中部设有原料空气进料口，原料空气分别通过所述氧气换热器、氮气换热器和粗氩换热器预冷至饱和温度后通过输送管道从所述主塔中部的进料口进入所述主塔，所述主塔底部上设有液氧输入口，从该液氧输入口向所述塔釜注入液氧，原料空气上升过程中与塔顶回流液氮进入热质交换，分离出氮气。氮气从主塔的顶部引出并通过氮气换热器复热至常温后回收，液体回流至主塔底部分离出液氧。液氧经节流阀、液氧泵、输送管道进入主塔顶部的主冷凝蒸发器以及副塔顶部的氩冷凝蒸发器，作为该两个冷凝蒸发器的冷媒；

主塔中，部分氮气进入主冷凝蒸发器与液氧冷进行换热，液氧蒸发气体进入所述循环换热器，并通过所述循环压缩机加压冷却后进入塔釜上升，冷凝液氮作为主塔的回流液与主塔底部上升的氧气再次热质交换，以此循环；

从主塔下段抽取的含Ar8-12％的馏分进入副塔，在副塔内，氩气精馏分离上升至副塔塔顶。一部分氩气通过所述氩气换热器复热至常温后回收。大部分继续冷凝回流至主塔底部。氩冷凝蒸发器中蒸发的氧气再通过所述氧气换热器复热至常温后回收。

进一步地，所述主塔顶部上设有液氮输入口。

进一步地，所述氩冷凝蒸发器上设有液氩输入口。

液氮输入口和液氩输入口及前述液氧输入口均作为外部冷源液氮、液氩和液氧的补充入口。液氧、液氮、液氩可单独使用，并可组合使用补充装置冷损。

进一步地，所述塔釜与所述主冷凝蒸发器连通的回路上设有节流阀，与氩冷凝蒸发器连通的回路上设有回流阀以及所述液氧泵。

因为主冷凝器外侧压力小于氩冷凝器外侧压力，所以，在将主塔底部的液氧通过外部的输送管路送入主冷凝蒸发器内时，需要通过输送管路上设置的节流阀限制液氧冷媒的流量，而将主塔底部的液氧送入副塔顶部的氩冷凝蒸发器内时，需要通过液氧泵将其增压。同时，需要使用回流阀限制流量，保证平稳输送。

进一步地，所述氧气换热器、氮气换热器以及氩气换热器均为板式换热器。

板式换热器为传热介质不相接触，仅仅通过换热器本身进行热量交换，能够达到本方案的目的。

通过本发明提供的外冷式单级精馏空分装置，突破了单级精馏不能完全分离空气，生产高纯度N₂和O₂的传统理论。本方案通过节流阀将主塔底部的液氧作为冷媒直接送入主塔顶部以及副塔顶部的冷凝蒸发器内，液化N₂回流，实现了单塔带压(0.5-1MPa)精馏分离空气，生产双高产品。不仅工艺流程大大简化，而且使分离能耗降低30％以上。同时，本方案中直接使用液氧，液氮，液氩补冷，较传统的空气膨胀制冷，补冷温度低，冷量大，可增大回流比，提高了精馏效率。

本实用新型还具有如下特点：

1.本方案中，摒弃了传统空气液化分离装置的设计理念，将制冷和精馏两项工艺分开，用外部冷源补偿径流过程中的冷损，摆脱了制冷和精馏之间的相互干扰和制约，变双因素问题为单因素问题，降低了空分流程设计的难度。