液氧、液氮互換生產裝置的制作方法

本實用新型涉及空氣分離技術領域，特別是液氧、液氮互換生產裝置。

背景技術：

目前，許多液體空氣分離裝置在由于市場對液氧和液氮產品量的不同需求，裝置負荷調節能力較差，或者是有一定的負荷調節能力，但存在單位能耗較高的情況，同時由于液體貯存設備容量的限制，在液氧或液氮的貯存量到最大值的情況下，裝置不得不停運，特別是在液氧、液氮量需求差異大時，裝置連續生產時間很短，由于裝置較頻繁的開停，增加了生產能耗，同時對裝置的使用壽命不利。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺點，提供液氧或液氮連續生產、能耗小、設備使用壽命高的液氮、液氧氧氣互換生產裝置。

本實用新型的目的通過以下技術方案來實現：液氧、液氮互換生產裝置，包括精餾塔、過冷器、液化換熱器、循環壓縮機、低溫冷氣機組、增壓膨脹機和增壓機后冷卻器，所述的循環壓縮機的輸出端與增壓膨脹機增壓端相連，循環壓縮機的輸入端與管A相連，管A為干燥空氣進氣管，管A上設有閥門，增壓膨脹機增壓端通過管B連接在增壓機后冷卻器輸入端上，增壓機后冷卻器的輸出端連有管C，管A和管C之間設有管D，管D上設有閥門，管C穿過液化換熱器后連接在低溫冷氣機組輸入端上，低溫冷氣機組的輸出端通過管E連接在液化換熱器上，管C與管E之間設置有管F且在管F上設有閥門，位于液化換熱器內部的管E分成管G、管H，管G連接在增壓膨脹機膨脹端上且管G上設有閥門，管H直接連接在精餾塔上且管H上設有閥門，增壓膨脹機的膨脹端通過管I連接在精餾塔上，管I上連接有管J，在管J上靠近管I的位置設有閥門，管J穿過液化換熱器分為兩部分，穿過液化換熱器的管J一部分直接與大氣相連而另一部分連接在管A上，未穿過液化換熱器的管J還通過兩根管道分別與液氮儲槽和液氧儲槽相連，液氮儲槽和液氧儲槽在輸出端處均設有閥門；

所述的精餾塔包括上塔、下塔，上塔和下塔之間設置有主冷凝蒸發器，管I和管H均連接在下塔上，下塔的底部設有管道且該管道穿過過冷器后連接在上塔的中部，下塔的中部設有管道且該管道穿過過冷器后連接在上塔的上部，主冷凝蒸發器的液氮輸出端設有管道且該管道穿過過冷器后分為兩支，一支與液氮儲槽相連，另一只與上塔的頂部相連，主冷凝蒸發器的液氧輸出端設有管道且該管道穿過過冷器后連接在液氧儲槽上，主冷凝蒸發器的輸入端與下塔的上部相連，主冷凝蒸發器的液氮輸出端與下塔的上部相連，上塔的上部還設有管K，管K穿過過冷器和液化換熱器且在管K出口處設有調節閥門，上塔的頂部還設有管L，管L穿過過冷器和液化換熱器且在管L出口處設有調節閥門；

所述的管C上設有閥門，在管F和低溫冷氣機組輸入端之間的管D上設有閥門，在管F和低溫冷氣機組的輸出端之間的管E設置有閥門，在主冷凝蒸發器的液氮輸出端相連的管道上靠近上塔頂部處設有閥門，在與下塔相連的管道上靠近上塔上部處設有閥門，在與下塔底部相連的管道上靠近上塔中部處設有閥門。

所述的液氮儲槽為帶壓儲槽或常壓貯槽，液氧儲槽為帶壓儲槽或常壓貯槽。

所述的主冷凝蒸發器的液氮輸出端還與液氮儲槽的輸出端通過管道相連且在該管道上設有閥門。

所述的管K穿過過冷器后還與上塔的底部通過管道相連且該管道上設有閥門。

本實用新型具有以下優點：

（1）通過將精餾塔、液化換熱器、液氮儲槽和液氧儲槽有機結合，使得裝置中大部分機構能夠連續正常運行，從而保證液氮或液氧能夠連續生產，減小了由于裝置頻繁啟停而需要的能耗，從而也提高了裝置的實用壽命；

（2）在液氮貯存量過大，而需生產液氧時，液氮作為生產液氧所需冷源，停運循環壓縮機、低溫冷氣機組和增壓膨脹機，以保證液氧的生產；在液氧儲存量過大，而需要生產液氮時，液氧作為生產液氮所需冷源，停運循環壓縮機、低溫冷氣機組和增壓膨脹機，以保證液氮的生產。

附圖說明

圖1 為本實用新型的結構示意圖；

圖2 為實施例二的結構示意圖；

圖3 本實用新型的流程框圖；

圖中，1-精餾塔，2-過冷器，3-液化換熱器，4-循環壓縮機，5-低溫冷氣機組，6-增壓膨脹機，7-增壓機后冷卻器，8-管A，9-管B，10-上塔，11-下塔，12-主冷凝蒸發器，13-管C，14-管D，15-管E，16-管F，17-管G，18-管H，19-管I，20-管J，21-液氮儲槽，22-液氧儲槽，23-管K，24-管L。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步的描述，本實用新型的保護范圍不局限于以下所述：

【實施例一】：

如圖1所示，一種液氧、液氮互換生產裝置，該實例是在空氣循環的液體空分工藝中實施，包括精餾塔1、過冷器2、液化換熱器3、循環壓縮機4、低溫冷氣機組5、增壓膨脹機6和增壓機后冷卻器7，所述的循環壓縮機4的輸出端與增壓膨脹機6增壓端相連，循環壓縮機4的輸入端與管A8相連，管A8為干燥空氣進氣管，通過管A8向裝置中注入原料空氣，管A8上設有閥門，循環壓縮機4和增壓膨脹機6的增壓端都起到壓縮空氣的作用，增壓膨脹機6增壓端通過管B9連接在增壓機后冷卻器7輸入端上，增壓機后冷卻器7的輸出端連有管C13，增壓機后冷卻器7起到初步降低壓縮空氣溫度的作用，管A8和管C13之間設有管D14，管D14上設有閥門，管D14的設置使得原料空氣不經過循環空氣壓縮3、增壓膨脹機6的增壓端和增壓機后冷卻器7而直接與液化換熱器3相連，管C13穿過液化換熱器3后連接在低溫冷氣機組5輸入端上，低溫冷氣機組5的輸出端通過管E15連接在液化換熱器3上，液化換熱器3和低溫冷氣機組5將壓縮并初步降溫的空氣進一步降溫，管C13與管E15之間設置有管F16且在管F16上設有閥門，當利用液氮生產液氧或利用液氧生產液氮時，無需進入低溫冷氣機組5降溫，直接通過管F16再次進入液化換熱器13中，從而降低能耗，位于液化換熱器3內部的管E15分成管G17、管H18，管G17連接在增壓膨脹機6膨脹端上且管G17上設有閥門，管H18直接連接在精餾塔1中的下塔11的中部且管H18上設有閥門，增壓膨脹機6的膨脹端通過管I19連接在精餾塔1上，管I19上連接有管J20，在管J20上靠近管I19的位置設有閥門，管J20穿過液化換熱器3分為兩部分，穿過液化換熱器3的管J20一部分直接與大氣相連而另一部分連接在管A8上，未穿過液化換熱器3的管J20還通過兩根管道分別與液氮儲槽21和液氧儲槽22相連，液到儲槽21和液氧儲槽22在輸出端處均設有閥門；當利用液氮生產液氧或利用液氧生產液氮時，增壓膨脹機6不啟動，且管G17和管I19均不參與工作；

所述的精餾塔1包括上塔10、下塔11，上塔10和下塔11之間設置有主冷凝蒸發器12，管H18和管I19均連接在下塔11上，下塔11的底部設有管道且該管道穿過過冷器2后連接在上塔10的中部，下塔11的中部設有管道且該管道穿過過冷器2后連接在上塔10的上部，主冷凝蒸發器12的液氮輸出端設有管道且該管道穿過過冷器2后分為兩支，一支與液氮儲槽21相連，另一只與上塔10的頂部相連，主冷凝蒸發器12的液氧輸出端設有管道且該管道穿過過冷器2后連接在液氧儲槽22上，主冷凝蒸發器12的輸入端與下塔11的上部相連，主冷凝蒸發器12的液氮輸出端與下塔11的上部相連，主冷凝器12的液氮輸出端還通過管道與液氮儲槽21相連且該管道上設置有閥門，該管道用于釋放參與精餾的液氮，上塔10的上部還設有管K23，管K23穿過過冷器2和液化換熱器3且在管K23出口處設有調節閥門，穿過過冷器2后的管K23上還通過管道與上塔10的底部相連且該管道上設有閥門，該管道用于氧氣的排放，上塔10的頂部還設有管L24，管L24穿過過冷器2和液化換熱器3且在管L24出口處設有調節閥門；

所述的管C13上設有閥門，在管F16和低溫冷氣機組5輸入端之間的管D14上設有閥門且通過該閥門控制實現原料空氣的流經線路，在管F16和低溫冷氣機組5的輸出端之間的管E15設置有閥門，在主冷凝蒸發器12的液氮輸出端相連的管道上靠近上塔10頂部處設有閥門，在與下塔11相連的管道上靠近上塔10上部處設有閥門，在與下塔11底部相連的管道上靠近上塔10中部處設有閥門。

如圖1所示，所述的液氮儲槽21為帶壓儲槽或常壓儲槽，液氧儲槽22為帶壓儲槽或常壓儲槽，當液氮儲槽21中壓力較低時，通過在液氮儲槽21的自增壓裝置或出口處設置泵且通過該泵將液氮輸送至液化換熱器3中，當液氧儲槽22中壓力較低時，通過在液氧儲槽22的自增壓裝置或出口處設置泵且通過該泵將液氧輸送至液化換熱器3中。

如圖1所示，所述的增壓膨脹機6數量為一個、兩個或多個。

液氧、液氮互換生產裝置的生產工藝，包括以下步驟：

S1、空氣的液化，原料空氣通過管A8進入循環壓縮機4進行壓縮，壓縮后的空氣進入增壓膨脹機6的增壓端增壓，增壓后的空氣通過管B9進入增壓機后冷卻器7進行冷卻，冷卻后空氣的壓力為30bar.A、溫度為313K，再通過管C13進入液化換熱器3中繼續冷卻至253K，此時管F16上的閥門處于關閉狀態，被繼續冷卻的空氣通過管C13輸送至低溫冷卻機組5上進一步冷卻至243K變為低溫空氣，低溫空氣通過管E15再次輸送至液化換熱器3中繼續冷卻，冷卻后的空氣分為兩部分，小部分低溫空氣液化后通過管H18直接進入精餾塔1的下塔11參與精餾，其余的低溫空氣通過管G17進入增壓膨脹機6膨脹端膨脹制冷，膨脹后空氣再次分為兩部分，一部分空氣通過管I19進入精餾塔1的下塔11參與精餾，另一部分空氣通過管J20進入液化換熱器3復熱，從而降低液化換熱器3中原料空氣的溫度，進入精餾塔1的空氣經過精餾后得到富氧液態空氣、液態空氣和液態氮氣；

S2、空氣的精餾，富氧液態空氣從下塔11的底部抽出進入過冷器2中冷卻，冷卻后的富氧液態空氣進入上塔10的上部參與精餾，液態空氣從下塔11底部抽出進入過冷器2中冷卻，冷卻后的液態空氣進入上塔10的上部，液態氮氣從主冷凝蒸發器12抽出后進入過冷器2中冷卻，冷卻后的液態氮一部分被抽出輸送至液氮儲槽21中儲存，另一部分冷卻后的液態氮進入上塔10的頂部參與精餾，被精餾后產生的液態氧氣從主冷凝蒸發器12中以750kg/h的質量流量被抽出后進入過冷器2中冷卻，過冷后的液氧以750kg/h的質量流量被抽出并輸送至液氧儲槽22中儲存，精餾過程中會產生污氮氣和氮氣，上塔10通過管K23和管L24分別將污氮氣和氮氣抽出，抽出的污氮氣和氮氣在流經過冷器2和液化換熱器3時與原料空氣進行熱交換以回收冷量，管K23出口排出的為污氮，污氮包括氮氣、氧氣和氬氣等混合氣體，排出的污氮作為干燥再生氣，管L24出口排出的為氮氣，排出的氮氣直接供用戶使用；

S3、液氧、液氮的互換生產：

利用液氮生產液氧，原料空氣通過管D14直接進入到液化換熱器3中，打開液氮儲槽21端口的閥門，液氮通過管J20進入液化換熱器3中被氣化，液氮氣化時吸收大量的熱，與正流原料空氣熱交換而被復熱，被復熱的氮氣放空，液氮的汽化使得原料空氣被冷卻部分液化，原料空氣在液化換熱器3中初步冷卻后直接通過管F16再次進入液化換熱器3中進一步冷卻，進一步冷卻后的空氣通過管H8進入精餾塔1的下塔11參與精餾，進入精餾塔1的空氣經過精餾后得到富氧液態空氣、液態空氣和液態氮氣，再重復步驟S2進行生產液氧，在利用液氮生產液氧過程中，停運循環壓縮機4、低溫冷氣機組5和增壓膨脹機6，液氮作為冷源被使用，降低了設備運行的能耗，提高了設備的使用壽命，并且保證了液氧的連續生產；

利用液氧生產液氮，原料空氣通過管D14直接進入到液化換熱器3中，打開液氧儲槽22端口的閥門，液氧通過管J20進入液化換熱器3中被氣化，液氧氣化時吸收大量的熱，與正流原料空氣熱交換而被復熱，被復熱的氧氣直接排放到空氣中，液氧的氣化使得原料空氣被冷卻部分液化，原料空氣在液化換熱器3中初步冷卻后直接通過管F16再次進入液化換熱器3中進一步冷卻，冷卻后的空氣通過管H18進入精餾塔1的下塔11參與精餾，進入精餾塔1的空氣經過精餾后得到富氧液態空氣、液態空氣和液態氮氣，再重復步驟S2進行生產液氧，在利用液氧生產液氮過程中，停運循環壓縮機4、低溫冷氣機組5和增壓膨脹機6，液氧作為冷源被使用，降低了設備運行的能耗，提高了設備的使用壽命，并且保證了液氮的連續生。

所述的精餾塔1不限于氧氣氮氣的互換生產，還適用于空氣中其他氣體成分的互換生產。

【實施例二】：

如圖2所示，該實例是在氮氣循環的液體空分工藝中實施，除管A8直接穿過液化換熱器3連接到精餾塔1、管A8和管C13之間不設置管D14、下塔11頂部設置有氮氣管路連接管I19、管I19不直接連接下塔11、主冷凝蒸發器12和下塔11均通過管道連接在管20上、管H18連接下塔11頂部外，其他均不變。

工作時，原料空氣直接進入液化換熱器3中進行冷卻，冷卻后的空氣通過管A8進入精餾塔1中精餾，液化換熱器3中的制冷循環氣取自下塔11中的氮氣，氮氣經過管J20進入循環壓縮機4中，從循環壓縮機4出來的氮氣依次經過增壓膨脹機6增壓端、增壓機后冷卻器7、液化換熱器3、低溫冷氣機組5后，再進入液化換熱器3中冷卻后，大部分通過管G17進入增壓膨脹機6膨脹端進行膨脹，膨脹后的氮氣與下塔11來的氮氣混合返回到液化換熱器3復熱再進入循環壓縮機4，進行下一次循環，其余增壓氮氣繼續冷卻液化后通過管H18，節流后進入下塔。其他步驟均勻實施例一相同。

本實用新型不僅適用于液氧、液氮互換生產，還適用于空氣中其他氣體成分的互換生產。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當理解本實用新型并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他工藝組合、修改和環境，并能夠在本文所述構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本實用新型的精神和范圍，則都應在本實用新型所附權利要求的保護范圍內。