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新型空气液化分离装置

投稿时间:2012-06-08 22:39 投稿人:罗良宜 【字号: 访问量:
目前的空气液化分离装置通常采用压缩常温空气后再低温膨胀节流制冷使部分空气液化来进行精馏以达到分离空气中的氧、氮、氩等组分的目的。主要流程为空气压缩-预冷-主冷-膨胀节流-精馏-复热,不同的工艺过程稍有差异,但其基本原理都是依靠消耗空气压缩机的能量来压缩常温空气再低温膨胀节流做功降温降压来获得冷量以使部分空气液化。由于采用低温膨胀节流做功降温降压来获得冷量,常温部分的膨胀功没有回收而且常温部分没有回收冷量,造成膨胀功和冷量的双重损失,现有的空气液化分离装置普遍能耗高。
如果不计压缩机等温损失/换热器温差损失/设备冷损/膨胀机绝热损失,原则上在空气液化分离装置分馏塔出口1kg/90K液空经泵加压到8Mpa在液空换热器中与1kg/8Mpa/300K空气完全换热,液空将转变为1kg/8Mpa/300K的空气,而空气将转变为1kg/90K/8Mpa的液空,在这个过程中,只有换热器温差损失及设备冷损才是功耗。对比液空仅仅在换热器中与空气换热复热排空而不经过绝热膨胀,液空转变为1kg/8Mpa/300K的空气再经过绝热膨胀,不仅可以多回收膨胀功而且可以多回收与膨胀功等量的冷量,这样液空的冷量火用才能得到最大化利用,为空气液化分离装置的运行节约能量。
新型空气液化分离装置包括空气液化分离装置和空气能动力装置两部分。第一部分空气液化分离装置,它与现有通常的空气液化分离装置可以基本相同,主要包括空气压缩机、预冷器、膨胀机、主换热器、节流阀、分馏系统等,还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置,主要工艺流程为经过过滤的空气进入压缩机加压后去预冷器预冷,纯化了的预冷空气一部分经过膨胀机膨胀降温进入主换热器输出冷量复热后排出,另一部分直接进入主换热器冷却后经节流阀节流制冷使部分空气液化进入分馏系统,分馏系统中有空气能动力装置的循环工质的进出口管道。第二部分空气能动力装置,主要包括增压泵、膨胀发动机、节流阀等,还共用空气液化分离装置的换热器(主换热器和预冷器)、分馏系统,增压泵的出口连接空气液化分离装置的换热器再连接膨胀发动机,它还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置,空气能动力装置中分馏系统、增压泵、主换热器、预冷器、膨胀发动机、节流阀依次连接,主要工艺流程为来自分馏系统的液态工质(液氮或液空)由增压泵加压后进入空气液化分离装置的主换热器,输出冷量给空气液化分离装置的主换热器中的空气,再进入空气液化分离装置的预冷器进一步吸收压缩空气的热量,使工质成为高压超临界流体,高压超临界流体再进入膨胀发动机膨胀做功降温降压为气态工质,气态工质可以直接经节流阀节流制冷后回到空气液化分离装置的分馏系统,也可以与增压泵出口的液态工质换热后经节流阀节流制冷后回到分馏系统,形成工作循环。节流阀可以用耐液击膨胀机代替。系统的运行压力综合氧气或氮气产品压力以及系统的冷损状态并拟合系统放热冷损曲线与吸热膨胀节流冷量曲线来决定。
基于目前的液化空气技术与设备水平,采用新型空气液化分离装置,仅仅增加或调整现有设备流程,就可以充分利用液化空气分离装置被白白浪费的冷量火用,可以大幅度节约液化空气分离装置能源消耗。例如,在不改变现有液化空气分离装置的条件下,再增加一个膨胀做功循环,工质用液氮,增压泵用液氮泵(8Mpa/90k)、利用主换热器(8Mpa/90k-300k)预冷器(8Mpa300k)、膨胀机用膨胀增压机(8Mpa/300k-90k),这些设备都是液化空气装置的现有设备。           
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