[发明专利]一种带压辅助氧塔低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带压辅助氧塔低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的方法和装置，属于低温精馏制氧技术领域。

背景技术

在钢铁、化肥、玻璃等行业中，大量需要带中低压的低纯氧或高纯氧，或者两者同时需要。以低温技术来获取上述产品的常规做法是通过带主冷凝蒸发器的双塔精馏法。但是双塔精馏法由于受低压塔中下部产品纯度要求和主冷凝蒸发器必需的温差影响，其压力塔的操作压力已被限制，再加上空气从空压机出口到进压力塔入口的沿程阻力，空压机的排压也已被限制。对于中低压的气体氧产品，为了省去冷箱外的氧压机投资，也为了安全考虑，会要求出冷箱的气体氧产品已带中低压力，一般的做法是在液氧蒸发器中把中低压的液氧蒸发，此时会增加液氧蒸发器及相应的设备投资。为降低空压机排压，降低设备运行能耗，减少设备的投资，需要能够找到一种设备投资便宜，运行能耗低的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供了一种能降低空压机排压，降低设备运行能耗，减少设备投资的带压辅助氧塔低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的装置及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种带压辅助氧塔低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的装置，它至少包括：一个精馏塔系统，一个换热系统以及一个膨胀机制冷系统，三者通过管道和阀门相连通，所述的精馏塔系统由一个压力塔、一个冷凝蒸发器和一个低压塔及一个带压辅助氧塔、一个辅助冷凝蒸发器和一组加压液体泵组成；所述加压液体泵的一端通过管道连通所述低压塔下部，一端通过管道连通所述带压辅助氧塔上部，即所述精馏塔系统具有供从所述低压塔下部出来的富氧液体经所述加压液体泵进入所述带压辅助氧塔上部的第一通道；所述精馏塔系统还设置有一供从所述带压辅助氧塔上部气体回所述低压塔中下部的第二通道。

本发明优选的是：所述辅助冷凝蒸发器冷凝侧的一端通过管道连通所述主换热器冷端，所述辅助冷凝蒸发器冷凝侧的另一端通过管道和阀门连通所述压力塔和或所述低压塔；所述带压辅助氧塔的中下部设置有供低纯流体或高纯流体引出的通道；

所述膨胀机制冷系统由一个带膨胀叶轮的膨胀端、一个带增压叶轮的增压端以及其他辅助性部件组成；所述膨胀端和所述增压端可以通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接；

所述的换热系统包括一可将纯化、干燥和带压的原料气的一部分冷却至饱和或近饱和状态的主换热器，所述主换热器冷端设置有一供从所述主换热器冷却至饱和或近饱和状态的气体的第一通道，该所述第一通道出口通过管道连通所述辅助冷凝蒸发器；所述主换热器至少设置有一供去所述膨胀端膨胀的气体冷却的第二通道。

所述主换热器还可设置有一供所述低纯流体或高纯流体复热的第三通道。

一种利用所述装置进行低能耗生产带压低纯氧和高纯氧产品的方法，该方法包括如下步骤：

将纯化、干燥和带压的原料气的一部分冷却至饱和或近饱和状态进入压力塔进行精馏，作为带压辅助氧塔热源的经压缩机压缩的带压空气经辅助冷凝蒸发器冷凝后的流体进入压力塔或低压塔参与精馏；

在低压塔底部获得的富氧液体经液体泵加压后进入带压辅助氧塔的上部；由经压缩机压缩的带压空气作为热源驱动带压辅助氧塔的精馏，并在带压辅助氧塔的相应位置获得所需纯度的氧气作为带压产品氧气抽出，并经换热系统复热出冷箱，或在带压辅助氧塔的相应位置获得所需纯度的液氧作为液体产品抽出，去贮存系统或经液体加压装置加压后经换热系统汽化复热作为带压产品氧气出冷箱；带压辅助氧塔顶部的气体经管道和节流装置进入低压塔的中下部继续参与精馏。

本发明优选的是：所述带压辅助氧塔的操作压力由带压产品氧气所决定，在所述带压辅助氧塔抽取所述氧气的相应位置操作压力由冷箱外带压产品氧气压力加上所述带压产品氧气经从所述带压辅助氧塔到出冷箱之间的管道、阀门和所述换热系统的阻力决定；所述带压辅助氧塔的操作压力也可由带压液氧所决定，在所述带压辅助氧塔抽出所述带压液氧的相应位置操作压力同所述带压液氧出所述带压辅助氧塔的压力；所述压力塔的操作压力不大于0.4MPaG。

本发明另一优选的是：作为带压辅助氧塔热源的所述带压空气可由原料气提供；当带压辅助氧塔的操作压力高到所述原料气不能作为所述带压辅助氧塔热源时，作为所述带压辅助氧塔热源的所述带压空气由所述压缩机压缩获得；所述压力塔的操作压力不大于0.4MPaG。