[发明专利]一种由空气分离制取氮气的工艺

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。

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的工艺，可以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的工艺，原料空气经预处理后进入二级精馏系统进行精馏，所述的二级精馏系统是由冷凝蒸发器连接为一体的上精馏塔和下精馏塔以及与上精馏塔顶部连接的冷凝器构成；精馏后，在上精馏塔得到氮气产品；

预处理后的空气分成两路：其中一路冷却后进入膨胀机膨胀制冷，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，在下精馏塔顶部得到氮气，在底部得到富氧液空；下精馏塔顶部的氮气可以全部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；也可以分为两部分，一部分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，其余部分抽出获得压力为0.6-0.83MPa的氮气产品；此处是否需要抽出一部分氮气作为产品可具体根据客户的需求进行。

被冷却获得的液氮分为A1、A2和A3三部分（A3部分也可以不分出，具体根据用户需求），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，在上精馏塔顶部得到氮气，其中的一部分经过冷器和主换热器复热后获得压力为0.2-0.28MPa的产品氮气。

所述被冷却获得的液氮中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。

上精馏塔顶部获得的氮气，除了抽出作为氮气产品的部分，其余进入与上精馏塔顶部连接的冷凝器，与来自上精馏塔底部的富氧液空节流后在冷凝器中相变换热，氮气冷凝作为上精馏塔回流液，液空蒸发经过冷器、主换热器复热后作为纯化系统再生气。

所述的预处理为将空气进行除杂、压缩、预冷以及纯化。

纯化是指分离掉其中的游离水、去除H₂O、CO₂、C₂H₂及其它碳氢化合物。

压缩至0.65～0.85MPa(G)，预冷至空气温度为5-12℃。

所述的膨胀机为增压透平膨胀机组或气体轴承膨胀机组。

下面从另外一个角度阐述本发明工艺：

预处理后的空气分成两路：其中一路进入主换热器冷却后进入膨胀机膨胀制冷，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，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，如有需要可将部分氮气作为产品取出（为所述最终获得的不同压力的氮气产品之一，压力约为0.6-0.83Mpa），另外一部分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和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，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（压力约为0.2-0.28MPa），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。

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，在上精馏塔顶部得到氮气分成两部分，其中一部分经过冷器和主换热器复热后作为产品氮气，另外一部分进入冷凝器，与来自上精馏塔底部的富氧液空节流后在冷凝器中相变换热，氮气冷凝作为上精馏塔回流液，液空蒸发经过冷器、主换热器复热后作为纯化系统再生气。

作为纯化系统再生气的废气氧体积含量为50～68%，再生温度为145-155℃。

工艺中，各部分的比例以及其他各参数可由本领域技术人员根据具体的精馏塔的情况进行调整，也可辅助现有模拟软件等手段确定，此处不再一一阐述。