[发明专利]空气分离制取压力氮气的装置及方法

权利要求书

1、一种空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：包括增压透平膨胀机、空气冷却器、主换热器、低压塔、设置在低压塔内的再沸器、低压塔冷凝蒸发器、高压塔、高压塔冷凝蒸发器和过冷器，各设备之间通过管路相连，连接关系如下：

增压透平膨胀机的增压端进口连接第一原料空气管路，出口连接空气冷却器的原料空气进口，空气冷却器的原料空气出口连接主换热器的第一原料空气进口，主换热器的第一原料空气出口连接增压透平膨胀机的膨胀端进口，增压透平膨胀机的膨胀端出口连接低压塔的原料空气进口；

主换热器的第二原料空气进口连接第二原料空气管路，主换热器的第二原料空气出口分别连接高压塔的原料空气进口和位于低压塔内的再沸器的原料空气进口，再沸器的液化空气出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口，高压塔冷凝蒸发器的空气出口连接低压塔的空气进口；

低压塔的富氧液空出口连接过冷器的低压富氧液空进口，过冷器的低压富氧液空出口连接低压塔冷凝蒸发器的富氧液空进口，低压塔冷凝蒸发器的富氧空气出口连接过冷器的富氧空气进口，过冷器的富氧空气出口连接主换热器的富氧空气进口，主换热器的富氧空气出口连接富氧空气输出管线；

低压塔的高纯压力氮气出口分别连接低压塔冷凝蒸发器的高纯压力氮气进口和过冷器的高纯压力氮气进口，低压塔冷凝蒸发器的液氮出口连接低压塔的液氮进口，过冷器的高纯压力氮气出口连接主换热器的高纯压力氮气进口，主换热器的高纯压力氮气出口连接空气冷却器的高纯压力氮气进口，空气冷却器的高纯压力氮气出口连接高纯压力氮气输出管线；

高压塔的富氧液空出口连接过冷器的高压富氧液空进口，过冷器的高压富氧液空出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口；

高压塔的高压氮气出口连接高压塔冷凝蒸发器的高压氮气进口，高压塔冷凝蒸发器的液氮出口分别连接过冷器的液氮进口和高压塔的液氮进口，过冷器的液氮出口连接低压塔的液氮进口。

2、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔和高压塔并排设置在同一冷箱中。

3、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔的原料空气进口设置在距底部2-6块板的位置。

4、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的高压塔冷凝蒸发器的第一液氮出口管路上连接有第二液氮出口管路。

5、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔冷凝蒸发器的第一液氮出口管路上连接有第三液氮出口管路。

6、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的高压塔的高压氮气出口还连接主换热器的高压氮气进口，主换热器的高压氮气出口连接高压氮气输出管线。

7、一种空气分离制取压力氮气的方法，通过权利要求1所述的装置实施，其特征在于：

原料空气一路经增压透平膨胀机的增压端增压后进入空气冷却器冷却，然后进入主换热器进一步冷却，从主换热器的中部抽出进入增压透平膨胀机的膨胀端膨胀至略高于低压塔的压力，然后导入低压塔精馏分离成高纯压力氮气和富氧液空；其中的富氧液空经过冷器过冷进入低压塔冷凝蒸发器蒸发提供低压塔氮气冷凝的冷源，蒸发成气体的富氧空气送往主换热器作为冷源冷却原料空气，然后作为富氧空气输出；高纯压力氮气出塔后分成两股，一股经低压塔冷凝蒸发器冷凝成液氮后回流至低压塔，另一股经过冷器过冷后依次进入主换热器和空气冷却器作为冷源冷却原料空气，然后作为高纯压力氮气产品输出；

原料空气的另一路直接进入主换热器冷却后，再从底部抽出分两股送出；一股进入低压塔的再沸器液化并使低压塔底的富氧液空蒸发，再作为冷源进入高压塔冷凝蒸发器蒸发成气态，然后回到低压塔参与精馏；另一股进入高压塔精馏分离出高压氮气及富氧液空，其中的富氧液空被抽送至过冷器作为冷源，然后送至高压塔冷凝蒸发器蒸发成气体后送入低压塔参与精馏；高压氮气一部分经高压塔冷凝蒸发器冷凝成液氮后，再经过冷器送往低压塔作为回流液，或直接作为高压塔的回流液；另一部分经主换热器换热后作为高压氮气产品输出。