[发明专利]空气分离制取压力氮气的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离装置及分离方法，尤其涉及一种空气分离制取压力氮气的装置及方法。

背景技术

在浮法玻璃生产过程中，需要用大量的氮气作为保护气体，气体压力为0.15-0.4MPa，氮气纯度≤3ppmO₂。同时需要少量液态氮(≤5％氮气产量)备用。因此，在浮法玻璃生产企业，一般附设有空气分离制取压力氮气的装置。现有技术的一种空气分离制取压力氮气的装置是采用单塔返流富氧气(废气)膨胀制氮，其能耗在0.28-0.35KWh/NM₃N₂。另一种空气分离制取压力氮气的装置是采用空气膨胀单塔制氮，氮气压力在0.2MPa，其能耗在0.231KWh/NM₃N₂。还有一种空气分离制取压力氮气的装置是采用双塔制氮、低压塔底蒸发的废气膨胀制冷(双塔返流)流程，氮气压力在0.2MPa时，能耗约为0.22KWh/NM₃N₂。

传统的采用单塔返流富氧气(废气)膨胀制氮工艺进入精馏塔的气体呈气液饱和或带液状态，特别是进入塔釡的液体是不参与精馏的。因此，氮气提取率受到限制。单塔空气膨胀制氮流程中膨胀空气进入精馏塔虽然是过热气体，但因塔釡蒸发器中液化后的空气进入精馏塔的中部，对精馏有所改善，使氮气提取率达到65％左右。双塔制氮废气膨胀制冷(双塔返流)流程使进入低压塔的液空氧含量通过高压塔提纯得到提高，但因低压塔再沸器的热源为高压塔顶的氮气，从而使高压塔压力因传热温差的原因提高，使制氮能耗未能进一步下降。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种能耗低、氮气提取率高的空气分离制取压力氮气的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种空气分离制取压力氮气的装置，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。

所述的低压塔和高压塔并排设置在同一冷箱中。

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。

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。

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。

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。

一种空气分离制取压力氮气的方法，通过上述空气分离制取压力氮气的装置实施，该方法是：