[发明专利]空气分离厂氮气增产方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种在空气分离厂的氮气增产方法，特别是用于空气分离厂中氮水预冷系统的改良。

背景技术

从空气中分离出氮气与氧气的方法，在制铁、化学及电子工业等广泛领域皆有使用着，尽管空气分离系统已发展至高度成熟的境界，但是针对分离效率的提高、操作成本的降低与操作安定性的提升等仍有许多待研究与改善的地方，本发明即是针对实际操作上的改良，以降低操作成本的方法。

如图1所示为习知的空气分离厂的空气分离设备流程图，此空气分离机组是属于分子筛吸附式、无氢制氩流程的空气分离设备，其包括：空压机1，其用以提供制程空气所需压力；空气预冷系统，其用以将空压机加压后的高温空气冷却，此空气预冷系统包含SC空气冷却塔(Spray cooler)2及EC水冷却塔(Evaporative cooler)3；分子筛吸附器4，其用以将制程空气杂质如碳氢化合物、CO₂、N₂O、H₂O等过滤；主热交换器6，其可将制程空气降温并将出分馏塔的产品回收冷度，其将出分馏塔5的氧、氮气做热交换以做复热用；分馏塔5，其藉由规整填料塔或筛盘塔，利用氧、氮、氩在不同压力下的沸点不同，而将氧、氮、氩分离出来；复数台氮压机7、氧压机15，其压缩出分馏塔且经主热交换器6复热后的氮、氧气产品，以供下游使用；膨胀拓平(透平)机8，其用以提供整个分馏制程所需的冷度。

而整个空气分离程序的操作流程是，从空压机1来的高温空气9进入SC空气冷却塔下部2c，与从水泵10a来的常温冷却水11在SC空气冷却塔中部2b逆流直接接触，进行热交换，空气得到初步冷却后，再上升到SC空气冷却塔上部2a，与来自EC水冷却塔3的低温冷却水12进一步热交换后，排出SC空气冷却塔2，此排出SC空气冷却塔2的制程空气，进入分子筛吸附系统4后，经主热交换器进行热交换，再进入分馏塔进行氧、氮、氩的分馏。

在空气冷却塔(SC空气冷却塔)的冷却水有两路，一路为进入EC水冷却塔12a，与出分馏塔5的混合氮气(氮气+废氮气，此废氮气为纯度较低的粗氮气)做热交换，藉由与混合氮气热交换后即成为低温冷却水12，此低温冷却水12再进入SC空气冷却塔上部2a。另一路为由水泵10a直接送入SC空气冷却塔中部2b的常温冷却水11，此两路冷却水与空气热交换后，在SC空气冷却塔下部2d汇集后，即排出此空冷塔2，另外此混合氮气则从EC水冷塔下部3a进入后，再由此EC水冷塔上部3b排出。在空气冷却系统，配套设备有空气冷却塔2、冷冻机10c、EC水冷却塔3、水泵10a、10b等，冷冻机10c一般附属于此EC水冷却塔系统3。

此空冷系统流程为近几年中最常用的，它取消了冷水机组，以水冷塔代替，充分利用了空分设备的副产品混合氮气(氮气+废氮)的吸湿性以及冷冻机10c的协助来得到低温水，因此大大降低了能耗。SC空气冷却塔2和EC水冷却塔3采用了最先进的填料塔形式，具有阻力小、效率高、处理能力强等优点。

由主热交换器内返流的废氮14a和氮气14b，除满足分子筛吸附器4再生所需的一部份外，其余均从EC水冷却塔下部进入3a，由下而上穿过EC水冷却塔的塔板或填料层，与向下喷淋的水12a进行热交换。由于废氮14a和氮气14b对应当时温度是不饱和的，所以有一部份水会蒸发成蒸汽进入废氮14a和氮气14b中，水蒸发时可吸收大量潜热以及水可与废氮14a和氮气14b之间做热交换，因此使水得到冷却。被冷却后的水由水泵10b压送到冷冻机10c再冷却，后续输送到SC空气冷却塔的顶部2a。

在SC空气冷却塔2中，由空压机1来的压缩空气，其进入空气冷却塔的塔底2c，并由下向上穿过塔板和填料层。在这些气、液接触面上，压缩空气与逆流喷淋的冷却水11、12进行热交换，空气温度降低，空气中的饱和水分含量减少，水蒸气凝结成水后加入到冷却水中。而在EC水冷却塔3中，废氮和氮气的混合氮气从下到上，温度升高，含水量增大；水从上向下，温度降低，水量减少，出EC水冷却塔底部3c的冷却水经过水泵10b的加压与冷冻机10c的冷却送入SC空气冷却塔2中来做为冷却用。