[發明專利]一種空氣分離氧氮氣快速增加壓力氮氣負荷的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210255254.9
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN103575064A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 常興路
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 北京宇生知識產權代理事務所(普通合伙) 11116
• 代理人: 倪駿

1.一種空氣分離氧氮氣快速增加壓力氮氣負荷的裝置，其特征在于：該裝置包括過濾器（1）、壓縮機（2）、常溫水泵（3）、空冷塔（4）、第1個分子篩吸附器（501）、第2個分子篩吸附器（502）、加熱器（6）、低溫水泵（7）、水冷塔（8）、增壓膨脹機（9）、換熱器（10）、主換熱器（11）、下塔（12）、主冷凝蒸發器（14）、過冷液化器（15）、上塔（16）、冷箱（17）、氮壓機（18）、液氮裸罐（13）、第1液氮汽化器、第2液氮汽化器；和

液氮進入或排出液氮裸罐閥門（V0）、水冷塔液氮汽化出口控制閥門（V1）、液氮進入水冷塔控制閥門（V2）、液氮進入空冷塔控制閥門（V3）、下塔頂部氮氣去液氮裸罐閥門（V4）、液氮裸罐頂部汽化氮氣去氮氣取出管道閥門（V5）、過冷液氮進入液氮裸罐閥門（V6）；空冷塔液氮汽化出口控制閥門（V7）、出空冷塔空氣管道（K1）、分子篩凈化后空氣經主換熱器去下塔的空氣管道（K2）、分子篩凈化空氣去增壓膨脹機增壓端的空氣管道（K3）、膨脹空氣去上塔的管道（K4）、出下塔底部液態空氣管道（K5）、出過冷液化器液態空氣去上塔的管道（K6）；和

下塔頂部氮氣管道（D1）、出冷凝蒸發器液氮回下塔管道（D2）、出過冷器后液氮節流去上塔管道（D3）、出過冷器后液氮去液氮裸罐管道（D4）、出上塔頂部氮氣管道（D5）、出主換熱器氮氣管道（D6）、壓力氮氣管網（D7）、液氮裸罐頂部氮氣管道（D8）、液氮裸罐汽化氮氣去氮氣取出管道（D9）、下塔頂部氮氣去液氮裸罐頂部管道（D10）、液氮裸罐底部取出（或進入）管道（D11）、液氮進水冷塔管道（D12）、液氮進空冷塔管道（D13）、水冷塔8液氮汽化出口管道（D14）、空冷塔4液氮汽化出口管道（D15）；和

出上塔上部污氮氣管道（W1）、出主換熱器去冷水塔的管道（W2）、出主換熱器污氮氣去分子篩加熱器的管道（W3）、出主換熱器污氮氣去冷吹分子篩的管道（W4）、加溫或冷吹污氮氣出分子篩放大氣的管道（W5）；和

上塔底部氧氣取出管道（Y1）、氧氣出主換熱器的管道（Y2）；和

出過濾器去壓縮機的空氣管道（G1）、出壓縮機去空冷塔的空氣管道（G2）、出增壓膨脹機的增壓端去換熱器的管道（G3）、出主換熱器中部去增壓膨脹機的膨脹端的管道（G4）；和

第1個分子篩吸附器進口控制閥門（F1）、第2個分子篩吸附器進口控制閥門（F2）、第1個分子篩吸附器出口控制閥門（F3）、第2個分子篩吸附器出口控制閥門（F4）、下塔底端引出管道經冷液化器后進入上塔之前的控制閥門（F5）、主冷凝蒸發器引出管道經過冷液化器后進入上塔之前的控制閥門（F6）、主換熱器出口引出管道進入水冷塔底部之前的控制閥門（F7）、上塔底部引出管道經主換熱器進入裝置外部壓縮機之前的控制閥門（F8）；

其中，過濾器（1）的作用是對空氣進行過濾；

壓縮機（2）的作用是對從過濾器（1）取出的空氣進行壓縮；

空冷塔（4）的作用是對從壓縮機（2）出來的壓縮空氣用冷卻水進行噴淋冷卻；

第1分子篩吸附器（501）和第2個分子篩吸附器（502）的作用是清除空氣的水分及二氧化碳，對空氣進行清潔，當其中一個為空氣正向吸附時，另一個為污氮氣反向再生；

主換熱器（11）的作用是對空氣進行冷卻；

增壓膨脹機（9）增壓端的作用是對空氣進行進一步壓縮；

增壓膨脹機（9）膨脹端的作用是對空氣進行制冷膨脹；

水冷卻器（10）的作用是對空氣進行冷卻；

上塔（16）的作用是對空氣進行精餾，經上塔（16）精餾的空氣最終分為上塔頂部的氮氣（D5）、上塔的上部的污氮氣（W1）、上塔底部的氧氣（Y1）；

下塔（12）的作用是對空氣進行精餾，經下塔（12）精餾的空氣最終分為下塔底部的液態空氣（K5）和下塔頂部的氮氣（D1）；

主冷凝蒸發器（14）位于上塔（16）和下塔（12）之間，其作用是將下塔頂部的氮氣（D1）收入后冷凝為液氮（D2）；

過冷液化器（15）的作用是對液態空氣進行過冷；

液氮裸罐（13）的作用是儲存液氮；

其中，

第1液氮水浴汽化器置于空冷塔（4）底部，第2液氮水浴汽化器置于水冷塔（8）底部；當壓力氮氣增負荷小于30%（體積百分比）時，僅投用位于水冷塔（8）底部的第2液氮水浴汽化器；當壓力氮氣增負荷大于30%（體積百分比）時，再將空冷塔（4）底部第1液氮水浴汽化器投用；

液氮進入或排出液氮裸罐閥門（V0）位于液氮裸罐（13）底部引出管道（D11）的支路上，用于控制作為液氮裸罐內液氮的外部銷售和外部采購液氮反向充入液氮裸罐（13）內；

水冷塔液氮汽化出口控制閥門（V1）位于水冷塔液氮汽化出口管道（D14）上，用于控制經水冷塔（8）底部的第2液氮水浴汽化器汽化后的氮氣去往壓力氮氣管網（D7）；

液氮進入水冷塔控制閥門（V2）位于液氮進水冷塔的管道（D12）上，用于控制從液氮裸罐（13）底部取出的液氮去往設置在水冷塔（8）底部的液氮水浴汽化器；

液氮進入空冷塔控制閥門（V3）位于液氮進空冷塔的管道（D13）上，用于控制從液氮裸罐（13）底部取出的液氮去往設置在空冷塔（4）底部的液氮水浴汽化器；

下塔頂部氮氣去液氮裸罐閥門（V4）位于下塔頂部氮氣去液氮裸罐頂部的管道（D10）上，用于控制該管道與下塔頂部的氮氣相通，在快速增加壓力氮氣負荷時為液氮裸罐提供壓力；

液氮裸罐頂部汽化氮氣去氮氣取出管道閥門（V5）位于從液氮裸罐（13）頂部引出管道（D8）的一個支路，即液氮裸罐汽化氮氣去氮氣取出管道（D9）上，用于控制去往氮氣進主換熱器前的管線，其作用為回收液氮裸罐內汽化的部分液氮產品氣及冷量；

過冷液氮進入液氮裸罐閥門（V6）位于主冷凝蒸發器（14）引出管道的一個支路上，該支路管道與液氮裸罐（13）連通，過冷液氮進入液氮裸罐閥門（V6）用于控制從主冷凝蒸發器（14）出來的過冷液氮進入液氮裸罐；

空冷塔液氮汽化出口控制閥門（V7）位于空冷塔液氮汽化出口管道（D15）上，用于控制經空冷塔（4）底部的第1液氮水浴汽化器汽化后的氮氣去往壓力氮氣管網（D7）；

過濾器（1）位于壓縮機（2）上方，過濾器的出口引出管道（G1）與壓縮機入口相通，壓縮機出口引出管道（G2）與空冷塔底部側面相通，常溫水泵3從循環水管道取水送往空冷塔4的中部；空冷塔（4）頂端引出管道（K1）通過閥門（F1和F2）分別與兩個分子篩吸附器（501和502）的下端連通；第1個分子篩吸附器（501）為空氣正向吸附時，第2個分子篩吸附器（502）為污氮氣反向再生，從兩個分子篩吸附器（501、502）的頂端引出的管道通過閥門（F3、F4）控制分為兩路，其中一路管道（K2）經主換熱器（11）與下塔（12）的側面底部連通，其中另一路管道（K3）與增壓膨脹機（9）增壓端入口連通，增壓膨脹機（9）增壓端出口引出管道（G3）經水冷卻器（10）與主換熱器（11）入口連通，主換熱器（11）中部出口引出管道（G4）與增壓膨脹機（9）膨脹端入口連通，增壓膨脹機（9）膨脹端出口引出管道（K4）與上塔（16）連通；

其中，下塔（12）底端引出管道（K5）經過冷液化器（15）后通過節流閥（F5）與上塔（16）中部連通；下塔（12）頂端引出管道（D1）與主冷凝蒸發器（14）連通；主冷凝蒸發器（14）引出管道分為兩路，一路（D2）與下塔（12）連通；另一路經過冷液化器（15）后再分為兩路，一路（D3）經節流閥（F6）控制與上塔（16）連通，另一路（D4）用閥門（V6）控制與液氮裸罐（13）連通；

上塔（16）頂端引出管道（D5）經過冷液化器（15）后與主換熱器（11）入口連通，主換熱器（11）出口引出管道（D6）與壓縮機（18）入口連通，壓縮機（18）出口與壓力氮氣管網（D7）連通；上塔（16）上部引出管道（W1）經過冷液化器（15）與主換熱器（11）連通，主換熱器（11）出口引出管道分為三路，一路（W3）經加熱器（6）與再生分子篩（501或502）連通，其中在一個時間周期內只能通過一個分子篩，其意義為再生，另一個分子篩此時間周期為空氣吸附，分子篩（501或502）引出管道（W5）與大氣相通；二路（W4）經加熱器（6）的旁路管線，與分子篩（501或502）相通，分子篩（501或502）引出管道（W5）與大氣相通；三路（W2）經閥門（F7）與水冷塔（8）底部連通，經水冷塔頂部噴淋的水換熱后，水冷塔（8）頂部與大氣相通；上塔（16）底部引出管道（Y1）與主換熱器（11）連通，主換熱器（11）出口引出管道（Y2）經閥門（F8）控制與裝置外部壓縮機連通，裝置外部壓縮機出口與用戶連通；

其中，液氮裸罐（13）頂部引出管道（D8）分為兩路，一路（D9）用閥門（V5）控制去往氮氣進主換熱器（11）前的管線上，其作用為回收液氮裸罐內汽化的部分液氮產品氣及冷量；另一路（D10）用閥門（V4）控制與下塔頂部的氮氣相通，其作用為快速增加壓力氮氣負荷時為液氮裸罐提供壓力；

液氮裸罐（13）底部引出管道（D11）分為三路，一路用閥門（V0）控制作為液氮裸罐內液氮的外部銷售和外部采購液氮反向充入液氮裸罐（13）內；二路（D12）用閥門（V2）控制去往設置在水冷塔（8）底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮氣（D14）經閥門（V1）控制去往壓力氮氣管網（D7）；三路（D13）用閥門（V3）控制去往設置在空冷塔（4）底部的液氮水浴汽化器，汽化后的氮氣（D15）經閥門（V7）控制去往壓力氮氣管網（D7）；

其中，將液氮裸罐（13）、增壓膨脹機（9）的膨脹端、主換熱器（11）、下塔（12）、冷凝蒸發器（14）、上塔（16）、過冷液化器（15）都置于冷箱（17）中。