一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)使用窯爐的行業(yè)，不論燃料是天然氣、重油、液化氣、焦爐煤氣，提供助燃的一定是大自然無償給予的空氣。眾所周知，空氣的組成是20.95 %氧，78.12 %氮和0.93 %氬，其它組分含量甚微，可以忽略不計。所以在使用空氣助燃的時候，起有效成份只有大約20.95 %氧氣在起作用，超過78 %的氮氣和其它成分不僅不能產(chǎn)生熱量，反而會在燃燒過程中消耗和帶走大量的熱量。
[0003]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家對能源和環(huán)境保護等方面將更加重視，迫切需要一項新燃燒技術(shù)來代替原有的空氣助燃技術(shù)。而全氧燃燒技術(shù)正是符合節(jié)能、環(huán)保和高熔化質(zhì)量的有效手段。
[0004]所謂全氧燃燒就是以純氧(純度從90%_100%)代替空氣，經(jīng)過調(diào)壓后，以一定的流量送入窯爐，與燃料進行燃燒。采用全氧燃燒技術(shù)可以實現(xiàn)節(jié)能降耗、減少NOX排放、顯著提高玻璃質(zhì)量，而且可以減少熔窯的建設(shè)成本、延長熔窯使用壽命、降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、取得良好經(jīng)濟效益的有效措施。因此，首先需要制備壓力氧氣提供窯爐助燃物，以實現(xiàn)全氧燃燒技術(shù)。
[0005]相關(guān)技術(shù)中制備壓力氧氣的空氣分離裝置是:先將空氣通過熱交換器冷卻至飽和溫度并帶有一定含濕，再利用氧、氮的氣化溫度(沸點)不同，其中在大氣壓力下，氧的沸點為90K，氮的沸點為77K，利用沸點低的氮相對于氧要容易氣化這個特性，在精餾塔內(nèi)讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的液體不斷相互接觸，液體中的氮較多地蒸發(fā)，氣體中的氧較多地冷凝，使上升蒸氣中的含氮量不斷提高，下流液體中的含氧量不斷增大，以實現(xiàn)將空氣中的氧、氮分離，而利用沸點差將液空分離的過程叫精餾過程。上述精餾塔主要由上、下兩塔和塔間的冷凝蒸發(fā)器組成。
[0006]然而，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)有技術(shù)中的空氣分離裝置制備壓力氧氣，制備工藝多為雙塔內(nèi)壓縮工藝，存在裝置提取率低，能耗較高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置及方法，該裝置通過采用三塔式內(nèi)壓縮工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)直送全氧助燃的功能，并通過其增加中壓塔達到提高精餾效率，進而提高裝置提取率，以及節(jié)能的效果，以解決上述問題。
[0008]本發(fā)明實施例提供了一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置，包括:
[0009]空氣壓縮單元、低壓塔、主冷凝蒸發(fā)器、高壓塔、第一節(jié)流閥、中壓塔、中壓冷凝蒸發(fā)器、第二節(jié)流閥和液氧泵組，
[0010]所述空氣壓縮單元，用于對原料空氣進行增壓；
[0011]所述高壓塔，用于采用低溫精餾的方式，將經(jīng)所述空氣壓縮單元增壓的原料空氣分離為高壓氮氣和高壓富氧液化空氣；
[0012]所述主冷凝蒸發(fā)器，用于進行所述高壓氮氣和低壓液氧間接換熱，以使所述高壓氮氣液化為高壓液氮，并將低壓液氧汽化為氧氣；
[0013]所述第一節(jié)流閥，用于將所述高壓富氧液化空氣節(jié)流；
[0014]所述中壓塔，用于采用低溫精餾的方式，將所述節(jié)流的高壓富氧液化空氣分離為中壓氮氣和中壓富氧液化空氣；
[0015]所述中壓冷凝蒸發(fā)器，用于將所述中壓氮氣冷凝液化為中壓液氮；
[0016]所述第二節(jié)流閥，用于將所述中壓富氧液化空氣節(jié)流，以生成低壓富氧液化空氣;
[0017]所述低壓塔，用于采用低溫精餾的方式，將所述低壓富氧液化空氣分離為低壓液氧和污氮氣；
[0018]所述液氧泵組，用于對所述低壓液氧進行增壓，經(jīng)換熱生成預(yù)定壓強的壓力氧氣。
[0019]優(yōu)選的，上述空氣壓縮單元包括:第一空氣增壓機和第二空氣增壓機，
[0020]所述第一空氣增壓機，用于將所述原料空氣增壓以生成低壓空氣和中壓空氣；
[0021]所述第二空氣增壓機，用于將所述中壓空氣增壓以生成高壓空氣。
[0022]優(yōu)選的，上述液氧泵組包括至少2個液氧泵，第一液氧泵包括可調(diào)壓力液氧泵或固定壓力液氧泵，第二液氧泵包括備用液氧泵，用于當所述第一液氧泵不能正常工作時，代替所述第一液氧泵工作。
[0023]本發(fā)明實施例還提供了一種制備壓力氧氣的空氣分離方法，包括:
[0024]將原料空氣經(jīng)過濾、增壓、預(yù)冷、純化、換熱、節(jié)流和第一次低溫精餾為高壓氮氣和高壓富氧液化空氣，
[0025]將所述高壓富氧液化空氣節(jié)流并第二次低溫精餾為中壓富氧液化空氣，
[0026]將所述中壓富氧液化空氣經(jīng)節(jié)流，引入中壓冷凝蒸發(fā)器，生成低壓富氧液化空氣，
[0027]將所述低壓富氧液化空氣經(jīng)第三次低溫精餾為低壓液氧和污氮氣。
[0028]對所述低壓液氧進行增壓，經(jīng)換熱生成預(yù)定壓強的壓力氧氣。
[0029]本發(fā)明實施例提供的一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置及方法，該裝置包括:空氣壓縮單元、低壓塔、主冷凝蒸發(fā)器、高壓塔、第一節(jié)流閥、中壓塔、中壓冷凝蒸發(fā)器、第二節(jié)流閥和液氧泵組，該高壓塔將經(jīng)空氣壓縮單元增壓的原料空氣分離為高壓氮氣和高壓富氧液化空氣；該中壓塔采用低溫精餾的方式，將節(jié)流的高壓富氧液化空分離為中壓氮氣和中壓富氧液化空氣；該低壓塔將節(jié)流的中壓富氧液化空氣分離為低壓液氧和污氮氣，本發(fā)明實施例通過增加中壓塔對上述高壓富氧液化空氣節(jié)流后進行進一步低溫精餾，以生成中壓富氧液化空氣，即采用三塔式內(nèi)壓縮工藝，提高了中壓富氧液化空氣節(jié)流后進入低壓塔的低壓富氧液化空氣的氧濃度，改善了低壓塔的精餾條件，進而提高了裝置的提取率，降低了能量消耗，同時液氧泵組不斷抽取低壓液氧，防止了碳氫化合物的積聚，保證了裝置的安全可靠。
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0032]圖1示出了本發(fā)明實施例所提供的一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的另一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的一種制備壓力氧氣的空氣分離方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]考慮到深冷法空氣分離原理以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、純化、用熱交換使空氣冷卻并部分液化，通過低溫精餾來獲得氮氣和氧氣，在對原料空氣進行壓縮及冷卻的過程中需要消耗能量很大，且利用現(xiàn)有技術(shù)中的空氣分離裝置制備壓力氧氣，存在裝置提取率低、能耗較高的問題。基于此，本發(fā)明實施例提供了一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置及方法，下面通過實施例進行描述。
[0038]本發(fā)明實施例提供的一種制備壓力氧氣的空氣分離裝置，如圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖中，包括:空氣壓縮單元101、低壓塔102、主冷凝蒸發(fā)器103、高壓塔104、第一節(jié)流閥105、中壓塔106、中壓冷凝蒸發(fā)器107、第二節(jié)流閥108和液氧泵組109，
[0039]所述空氣壓縮單元101，用于采用循環(huán)增壓的方式，對原料空氣進行增壓；
[0040]所述高壓塔104，用于采用低溫精餾的方式，將經(jīng)所述空氣壓縮單元101增壓的原料空氣分離為高壓氮氣和高壓富氧液化空氣；
[0041]所述主冷凝蒸發(fā)器103，用于進行所述高壓氮氣和低壓液氧間接換熱，以使所述高壓氮氣液化為高壓液氮，并將低壓液氧汽化為氧氣；
[0042]所述第一節(jié)流閥105，用于將所述高壓富氧液化空氣節(jié)流；<