低温液化空分装置

    由于低温液体贮存运输方便、操作简单，大型设备将平时放散多余的氧气、氮气液化成液氧、液氮，供给附近的用户，或作调峰用，能大大提高氧氮得用率，经济效益非常可观。而对于购买液体产品用户来说，液体汽化后使用，比用能耗高、规模小的空分设备生产气体，经济上也要合算。这使得液化设备的市场需求日益增大。 
    液化设备分为中压、低压两种流程。低压循环液化流程，一般适用于产量小1000m3/h（LN2）的小规模液化装置；而中压循环液化流程则适用于产量大于1000m3/h（LN2）的中等以上规模液化装置。这是因为中压流程投资虽较大，但随着产液量的增加，其能耗低、占地少的优势体现得越来越明显。 
    一、工艺流程简介 
    中压循环液化流程主要有两种形式，即按高温级冷源采用的制冷设备来分，有带冷冻机的中压循环液化流程和带高温膨胀机的中压循环液化流程。 
    1.带冷冻机的中压循环液化流程 
    来自低压管网的低压氮气与出主换热器E1（见图1）的低压返流氮气汇合后，经供气压缩机TC1压缩到0.58MPa（A），与经主换热器复热的膨胀后返流气汇合，并经循环压缩机TC2压缩和透平膨胀机的增压机增压后，以高于临界压力的状态进入主换热器E1，在适当温度被抽出，以低温冷冻机冷却后进入主换热器。

图1

   当这股正流气被冷却到低温膨胀机进气温度时，大部分中压氮气就从换热器中部抽出，去膨胀机膨胀制冷，膨胀后氮气复热后被循环压缩机吸入；而另一部分氮气继续在主换热器中冷却并液化，在出主换热器冷端后一部作为产品液体带压输出冷箱。，另一部分液体节流汽化后就进入主换热器的低压通道，与来自低压管网的氧气换热，复热后被原料气压缩机TC1吸入，氧气主换热器被液氮冷却并液化送出冷箱。 
   2.带高温膨胀机的中压循环液化流程 
   来自管网的氮气在循环氮气压缩机中增压后进装置分为两路。其中一路进入主换热器予冷抽出去膨胀机（暖机）膨胀，然后去主换热器复热后回循环氮压机入口继续循环。第二路进入（冷、暖）增压机,两级增压分别经冷却器冷却至常温,进入主换热器冷却, 从主换热器中部抽出大部分去膨胀机（冷机）膨胀制冷，膨胀后氮气经主换热器复热返回循环氮压机入口继续循环；另有小部分增压氮气从主换热器冷端抽出，液体作为产品送出冷箱，另一部分经节流阀节流后回主换热器复热返回循环氮压机入口继续循环。

图2

    生产液氧时，来自管网的氧气直接进入主换热器氧气通道与返流气体换热被冷却液化，液氮不再输出冷箱，而是作为冷源与其它返流气体一道经主换热器复热后送出冷箱。若液氧压力不够高，可以用液氧泵加压后输出冷箱。 
    二、 流程特点 
    在中压循环液化流程中，由于被液化的氮气是在超临界点压力下冷却的，因而在其液化过程中不会出现恒温的冷凝过程，这样，换热器低温段返流气的冷量能得以更充分的利用。另一方面，采用二级冷却（一级采用冷冻机或膨胀机，二级采用膨胀机）、一级节流的制冷循环，将高温级制冷量转移到与之相联的低温级中，大大减少循环气量，即减少了能耗，。而且，由于中压液化设备较之低压液化设备规模大，随着设备规模的增大，机器部分如氮气压缩机、透平膨胀机的效率都会得到提高，相对跑冷损失也小。 
    一般来说，中压循环液化流程的能耗比低压循环的能耗低20%～30%。如100t/d液化装置，原料氮气压力为5KPa,原料氧气压力为10KPa，其能耗为液氮0.69KW/m3、液氧0.83KW/m3。 
    在循环氮压机功率一定的前提下，提高其排压和增加其排量是此削彼长的。中压循环的主要特点在于氮气是在超临界压力下液化的，这是其节能的重要因素。在保证氮气冷却及液化在超临界压力下进行的条件下，增加循环氮压机的排气量比提高其排气压力效果更明显。对于采用冷冻机的流程，循环氮压机的排压一般应为3.0～3.3MPa（A）；对于采用高温膨胀机的流程，由于可以两次增压，循环氮压机的排压一般应为2.4～2.8MPa（A）。 
    在中压流程中，适当提高低温膨胀机的机前温度可以增加焓降，减少循环气量，当然这样会引起液体产品节流前温度的提高，增加节流汽化率，但综合效果还是可佳的。