[发明专利]一种由空气分离制取氮气或制取氮气同时附产氧气的工艺

说明书

技术领域

本发明属于空气分离技术领域，特别涉及一种由空气分离制取氮气或氮气附产氧气的工艺。

背景技术

随着社会经济的发展，近年来，高纯氮设备的应用领域不断扩展，如石化、玻璃、橡胶、建筑板材、多晶硅、碳纤维等行业都有涉足。工业对氮气和氧气的需求量是不断增加的，同时对节能降耗也不断提出更高的要求。因此，要想在市场上占有主动地位，就必须提高产品的提取率，降低装置的运行能耗，挖掘设备运行的节能潜力，同时尽可能对空气充分利用，同时提取其中的氮气和氧气。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由空气分离制取氮气或制取氮气同时附产氧气的工艺，克服目前工艺产品提取率低、装置运行能耗较大的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种由空气分离制取氮气或制取氮气同时附产氧气的工艺，将净化后的空气冷却进入精馏系统，所述的精馏系统至少为由冷凝蒸发器连接为一体的上精馏塔和下精馏塔构成的二级精馏系统；其中净化后的空气分成两路：其中一路进入膨胀机进行膨胀制冷，膨胀后空气进入上精馏塔中部，另外一路冷却至饱和温度后进入下精馏塔进行精馏；最终，在上精馏塔顶部得到产品氮气。

如果由空气分离仅制取氮气时，进入下精馏塔进行精馏的空气，在下精馏塔顶部得到氮气，在底部得到富氧液空；下精馏塔顶部得到的氮气，进入上精馏塔下部的冷凝蒸发器作为热源并在冷凝蒸发器中被上精馏塔底部的富氧液空冷却为液氮，同时分为A1、A2或A1、A2和A3三部分，其中A1部分液氮经过过冷器过冷后节流进入上精馏塔顶部作为回流液参与上塔精馏；在下精馏塔底部产生的富氧液空经过过冷器过冷后节流进入上精馏塔中部进行精馏；上精馏塔顶部的氮气出塔后经过冷器和主换热器复热至常温后作为氮气产品送至用户。

A2部分进入下精馏塔的顶部作为回流液，A3部分经过过冷器过冷后取出作为产品液氮。

上精馏塔下部产生的废气经过冷器和主换热器复热后作为纯化系统再生气。

如果由空气分离制取氮气同时附产氧气时，所述的精馏系统为三级精馏系统，所述的三级精馏系统由二级精馏系统及连接于二级精馏系统后的氧塔构成，精馏后，在上精馏塔顶部得到产品氮气，在氧塔下部得到产品氧气或液氧。

净化后冷却至饱和温度的空气一部分进入下精馏塔进行精馏外，剩余部分进入氧塔底部的蒸发器作为热源并在蒸发器中被氧塔底部的液氧冷却进入上精馏塔的中部作为回流液。

进入下精馏塔进行精馏的空气，在下精馏塔顶部得到氮气，在底部得到富氧液空；下精馏塔顶部得到的氮气，进入上精馏塔下部的冷凝蒸发器作为热源并在冷凝蒸发器中被上精馏塔底部的富氧液空冷却为液氮，同时分为A1、A2两部分或A1、A2和A3三部分，其中A1部分液氮经过过冷器过冷后节流进入上精馏塔顶部作为回流液参与上塔精馏；在下精馏塔底部产生的富氧液空经过过冷器过冷后节流进入上精馏塔中部进行精馏；上精馏塔顶部的氮气出塔后经过冷器和主换热器复热至常温后作为氮气产品送至用户；在上精馏塔底部产生的富氧液空节流进入氧塔顶部作为氧塔回流液，在氧塔下部得到氧气或液氧产品。

A2部分进入下精馏塔的顶部作为回流液，A3部分经过过冷器过冷后取出作为产品液氮。

其中A3部分可以分出也可以不分出而是直接只分为A1和A2，分为两部分时，可以得到氮气和氧气，分为三部分时，还可以获得液氮产品。

氧塔顶部废气经主换热器复热后放空或作为纯化系统再生气，上精馏塔下部产生的废气经过冷器和主换热器复热后作为纯化系统再生气。

上述工艺中，原料空气经除杂后被空气压缩机压缩至0.35～0.45MPa(G)，再预冷至空气温度为5-12℃，然后进入纯化系统进行净化。

净化后的空气进行膨胀制冷时可采用增压透平胀机组。

所述的二级精馏系统中，上精馏塔可采用规整填料50-120盘的规整填料精馏塔进行精馏。

最后回用于纯化系统的再生气中氧含量约为50～90%，再生温度为145-155℃。

本工艺中空气压缩机排压低，约为0.35-0.45Mpa；氮提取率为85～97%，同时可产1～2%的液氮和/或液氧（两者之和为1-2%），能耗为0.1-0.18 kWh/Nm³ N₂。

以下再从另一个角度阐述本发明的工艺：