一种中压液氮返流的氧液化装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种中压液氮返流的氧液化装置，包括增压透平膨胀机、增压机后冷却器、氧氮换热器、液氧液氮过冷器，所述氧氮换热器设置有独立的用于液化中压氧的返流中压液氮通道，所述中压液氮通道的入口与高压液氮通道连接。本实用新型主要利用了中压氧液化温度较高的特点，利用液化点接近的返流液氮作为液氧液化的主要冷源，缩小液化温差，减少不可逆损耗，可使液化装置的能耗比常规流程降低~5%。具有流程组织简单易行的特点，投资成本低廉，回收周期短，节能减排意义重大，值得推广应用。
【专利说明】一种中压液氮返流的氧液化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种低能耗中压氧液化装置，是一种能显著降低能耗~5%的新颖流程，尤其是针对中压氧用不完，需要放散的用户。
【背景技术】
[0002]空气分离装置为投资较大的项目，其产品供应能力很难与需求平衡，尤其一些非连续用气工艺，中压氧的生产能耗较高，空分装置属于精密精馏，需要相对稳定，而需求往往变化较快，无法迅速调节，操作人员工作强度大，带氩空分装置频繁调节容易导致氮塞，造成氧纯度破坏，氧产量大幅下降，有些工厂为保稳定，宁愿放空。特别是钢厂氧气放散极为严重，经济状况恶化，回收放散氧，节能降耗，提高经济效益极为重视，液化装置由于是深冷冷量，是耗能大户，挖掘潜力更为重要。常规的中压氧液化采用的是膨胀后的气体或压力液氮或低压液氮液化，能耗较高。面对激烈的市场竞争，急需低能耗，简单易行的液化装置，节能减排也是国家的方针政策。
【发明内容】
[0003]本实用新型正是针对以上技术问题，提供一种能有效降低中压氧液化能耗的液化装置，操作简便，增加的费用低廉，对节能减排环，提高经济效益，增强竞争力，具有非常重要的意义。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的:
[0005]一种中压液氮返流的氧液化装置，包括增压透平膨胀机、增压机后冷却器、氧氮换热器，所述氧氮换热器设置有独立的用于液化中压氧的返流中压液氮通道，所述中压液氮通道的入口与高压液氮通道连接。
[0006]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，高压液氮通道设置通过过冷器。
[0007]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，中压氧通道、高压液氮通道设置通过过冷器。
[0008]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为单台制冷工作，通过节流，所述返流中压液氮通道的出口与中压氮气管网出口、膨胀机的增压机入口连接。
[0009]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机；热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器，冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口与中压氮管网出口、热端增压机入口连接。
[0010]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机；增压机串联连接，膨胀机串联连接；冷端增压机、冷端增压机后冷却器、热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器、热端膨胀机、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口、与冷端增压机入口连接。
[0011]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，增压机串联连接，膨胀机串联连接，所述冷端增压机、冷端增压机后冷却器、热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器、热端膨胀机、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口、与热端增压机入口连接。
[0012]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，中压氮气管网出口与去热端膨胀机正流通道入口连接，增压机串联连接，热端增压机、热端增压机后冷却器、冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口与热端膨胀正流通道入口连接。
[0013]作为可选方式，上述的一种中压液氮返流的氧液化装置，所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，中压氮气管网出口与去热端膨胀机正流通道入口连接，增压机串联连接，热端增压机、热端增压机后冷却器、冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，返流中压液氮通道的热端出口、与冷端增压机入口连接。
[0014]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0015](一)、氧氮换热器设有独立的用于液化中压氧的返流中压液氮通道，缩小氧液化点的温差，并与液化装置最接近的压力等级相匹配，从而减少氧液化的不可逆损失，达到节能降耗的目的。
[0016](二)、本实用新型可显著减少冷端膨胀机的带液量，提高膨胀机的可靠性和效率。
[0017](三)、本实用新型具有流程组织优化，简单，设备投入成本低，能耗降低显著的特点，一般能耗可降低5%以上。以300--)中压氧液化为例，节能5%相当于300KW，年经济效益上百万。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0019]图1是实施例1单膨胀机低压氮循环的中压氧液化装置的结构示意图；
[0020]图2是实施例2单膨胀机压力氮循环的中压氧液化装置的结构示意图；
[0021]图3是实施例3双膨胀机低压氮循环(增压+膨胀+增压+膨胀)中压氧液化装置的结构不意图；
[0022]图4是实施例4双膨胀机低压氮循环(增压+增压+膨胀+膨胀)中压氧液化装置的结构不意图；
[0023]图5是实施例5双膨胀机低压氮循环(增压+增压+膨胀+膨胀)，中压氮压力不高的中压氧液化装置结构示意图；
[0024]图6是实施例6双膨胀机压力氮循环(膨胀+增压+增压+膨胀)，中压氮较高的中压氧液化装置结构示意图；
[0025]图7是实施例7双膨胀机压力氮循环(膨胀+增压+增压+膨胀)，中压氮不高的中压氧液化装置结构示意图；
[0026]其中，图中标记为:
[0027]增压机——CB401、
[0028]膨胀机——ET401、
[0029]增压机后冷却器——WE401、
[0030]氧氮换热器——E401、
[0031]过冷器——E402、
[0032]闪蒸鍾--SV401、
[0033]循环氣压机--NC402、
[0034]I为中压氮来自管网、2为低压氮去管网、3为中压氧来自管网、4为液氮去用户贮槽、5为液氧去用户贮槽、6为补充压力氮来自管网。
【具体实施方式】
[0035]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0036]实施例1 (参见附图1):
[0037]本实施例为低压氮循环单膨胀制冷，适用于液化能力较小的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温液氮MLN冷却、液化，被低压返流氮气过冷，节流获得液氧产品LOX;液化中压氧的返流中压液氮在E401复热后的MGN,与管网来的中压氮气丽汇合，进入增压端CB401A增压，并经增压机后冷却器WE401A冷却获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去膨胀端ET401A膨胀，膨胀获得的低压低温氮气去氧氮换热器E401复热；另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供高压液氮继续过冷的冷源，复热后与膨胀后的低温氮气汇合，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0038]实施例2 (参见附图2):
[0039]本实施例为中压氮循环单膨胀制冷，适用于液化能力中小型规模的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温中压液氮MLN冷却、液化过冷，进入过冷器被低压液氮进一步过冷，节流获得液氧产品LOX;液化中压氧的返流中压液氮MLN在E401复热后的MGN，与用户来的中压氮气MN汇合，进入增压端CB401A增压，并经增压机后冷却器WE401A冷却获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去膨胀端ET401A膨胀，膨胀获得的压力低温氮气去氧氮换热器E401复热；另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;部分高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。其余高压液氮节流进入闪蒸罐，压力液氮经过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供压力液氮继续过冷的冷源，再经氧氮换热器复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0040]实施例3 (参见附图3):
[0041]本实施例为低压氮循环双膨胀制冷，适用于液化能力中等，尤其中压氮压力很高的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温中压液氮MLN冷却、液化，被低压返流氮气过冷，节流获得液氧产品LOX;液化中压氧的返流中压液氮在E401复热后的MGN，与中压氮气MN汇合，进入热端增压端CB401B增压，并经热端增压机后冷却器WE401B冷却，获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去热端膨胀机ET401A膨胀，再经氧氮换热器E401A复热至常温进入冷端增压机CB401B增压、冷却器WE401B冷却，再进一步去氧氮换热器冷却到一定温度，去冷端膨胀机ET401B膨胀到低压，低压低温氮气返回氧氮换热器复热为低压氮气GN。高压氮气HN另一部分继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供高压液氮继续过冷的冷源，复热后与膨胀后的低温氮气汇合，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0042]实施例4 (参见附图4):
[0043]本实施例为低压氮循环双膨胀制冷，适用于液化能力中等，尤其中压氮压力较高的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温中压液氮MLN冷却、液化，被低压返流氮气过冷，节流获得液氧产品LOX;液化中压氧的返流中压液氮在E401复热后的MGN，与中压氮气MN汇合，进入冷端增压端CB401B增压，并经冷端增压机后冷却器WE401B冷却，再经热端增压机CB401A增压、冷却器WE401A冷却，获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去热端膨胀机ET401A膨胀，再进一步去冷端膨胀机ET401B膨胀到低压，低压低温氮气返回氧氮换热器复热为低压氮气GN。另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供高压液氮继续过冷的冷源，复热后与膨胀后的低温氮气汇合，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0044]实施例5 (参见附图5):
[0045]本实施例为低压氮循环双膨胀制冷，适用于液化能力中等，尤其中压氮压力较低的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温液氮MLN冷却、液化，被低压返流氮气过冷，节流获得液氧产品LOX;中压氮气MN进入冷端增压端CB401B增压，并经冷却器WE401B冷却；汇合(液化中压氧的返流中压液氮)在E401复热后的MGN，经热端增压机CB401A增压、冷却器WE401A冷却，获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去热端膨胀机ET401A膨胀，再进一步去冷端膨胀机ET401B膨胀到低压，低压低温氮气返回氧氮换热器复热为低压氮气GN。另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与冷端增压冷却后的氮气汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供高压液氮继续过冷的冷源，复热后与膨胀后的低温氮气汇合，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0046]实施例6 (参见附图6):
[0047]本实施例为压力氮循环双膨胀制冷，注重能耗，适用于液化能力较大，尤其中压氮压力很高的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温液氮MLN冷却、液化、过冷，并经过冷器进一步过冷节流获得液氧产品LOX;液化中压氧的返流中压液氮在E401复热后的MGN，与中压氮气MN的一部分汇合，进入氧氮换热器E401冷却，冷却到一定程度去热端膨胀机膨胀；其余中压氮气MN依次经热端增压机CB401A增压、WE401A冷却、冷端增压机CB401B增压、WE401B冷却，获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去冷端膨胀机ET401B膨胀，热、冷端膨胀后的压力低温氮气返回氧氮换热器复热作为压力氮气PN。另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经节流至液氮闪蒸罐后去过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供压力液氮、液氧继续过冷的冷源，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0048]实施例7 (参见附图7):
[0049]本实施例为压力氮循环双膨胀制冷，注重能耗，适用于液化能力较大，尤其中压氮压力不很高的中压氧液化装置:原料中压氧MO进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气，尤其返流低温液氮MLN冷却、液化，被低压返流氮气过冷，并经过冷器进一步过冷节流获得液氧产品L0X;中压氮气MN的一部分汇合，进入氧氮换热器E401冷却，冷却到一定程度去热端膨胀机膨胀；其余中压氮气MN依次经热端增压机CB401A增压、WE401A冷却后汇合(液化中压氧的返流中压液氮)在E401复热后的MGN，去冷端增压机CB401B进一步增压、WE401B冷却，获得高压氮HN，进入氧氮换热器E401，被返流低温氮气冷却，冷却到一定程度抽取大部分去冷端膨胀机ET401B膨胀，热、冷端膨胀后的压力低温氮气返回氧氮换热器复热作为压力氮气PN。另一部分高压氮气继续冷却液化过冷获得高压液氮HLN ;高压液氮HLN节流获得返流中压液氮MLN，进入氧氮换热器E401主要提供液化中压氧的冷量，复热后与原料中压氮气MN汇合。当生产液氮时，一部分高压液氮经节流至液氮闪蒸罐后去过冷器进一步过冷，过冷后的液氮分成两路，一路节流到低压提供压力液氮、液氧继续过冷的冷源，继续复热至常温GN进入低压氮管网；另一路节流获得产品液氮LNX;
[0050]本实用新型通过采用中压返流液氮液化中压氧，并与液化装置某股合适的中压氮汇合，缩小氧液化点的温差，减少不可逆损失。实施简单、效果显著、能耗低，具有经济效益最大化、增加投资最小化的特点，意义重大，值得推广。
[0051]本实用新型并不局限于前述的【具体实施方式】，例如单膨胀机增加低温冰机。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。本说明书中公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
【权利要求】
1.一种中压液氮返流的氧液化装置，包括增压透平膨胀机、增压机后冷却器、氧氮换热器，其特征在于:所述氧氮换热器设置有独立的用于液化中压氧的返流中压液氮通道，所述中压液氮通道的入口与高压液氮通道连接。
2.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:高压液氮通道设置通过过冷器。
3.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:中压氧通道、高压液氮通道设置通过过冷器。
4.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为单台制冷工作，通过节流，所述返流中压液氮通道的出口与中压氮气管网出口、膨胀机的增压机入口连接。
5.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机；热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器，冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口与中压氮管网出口、热端增压机入口连接。
6.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机；增压机串联连接，膨胀机串联连接；冷端增压机、冷端增压机后冷却器、热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器、热端膨胀机、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口、与冷端增压机入口连接。
7.如权利要求6所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，增压机串联连接，膨胀机串联连接；所述冷端增压机、冷端增压机后冷却器、热端增压机、热端增压机后冷却器、氧氮换热器、热端膨胀机、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口、与热端增压机入口连接。
8.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，中压氮气管网出口与去热端膨胀机正流通道入口连接，增压机串联连接，热端增压机、热端增压机后冷却器、冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，所述返流中压液氮通道的热端出口与热端膨胀正流通道入口连接。
9.如权利要求1所述的一种中压液氮返流的氧液化装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机为冷热端双膨胀机，中压氮气管网出口与去热端膨胀机正流通道入口连接，增压机串联连接，热端增压机、热端增压机后冷却器、冷端增压机、冷端增压机后冷却器、氧氮换热器、冷端膨胀机依次串联连接；通过节流，返流中压液氮通道的热端出口、与冷端增压机入口连接。
【文档编号】F25J3/00GK204240701SQ201420650956
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】黄震宇, 赖勇杰, 樊伟, 何正斌 申请人:四川空分设备(集团)有限责任公司