[实用新型]一种返流膨胀制冷生产带压低纯氧和高纯氮的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用液化作用进行气体分离的装置，尤其涉及一种从空气中分离低纯氧和高纯氮的装置。 

背景技术

随着浮法玻璃、化工等行业的快速发展，对高纯氮气、带压低纯氧需求量急剧增大，通常浮法玻璃行业在使用的高纯氮气压力为0.2～0.5MPa，氮气纯度为99.999％（O₂浓度≤3ppm）；由于玻璃原料的融化需要空气或氧气助燃，而且随着国家节能减排政策的实施及燃料成本的上升，氧气助燃有着更为广阔的应用前景。采用氧气助燃可以大大减少氧化亚氮、二氧化碳的排放，并可以节约燃料、提高玻璃产品等级，其中氧气助燃需要的氧气纯度大于90％，最好能够大于93％，同时压力应大于0.15MPa。 

空气中的主要气体成分为氮气和氧气，氮气和氧气体积分数分别为78.12％和20.98％，而空气作为廉价资源无处不在，因此通过分离空气来生产氮气和氧气是最为传统的方法。 

传统的低纯氧空分采用空气膨胀进上塔的双塔空分流程制取的93％O₂低纯氧气的设备氧气提取可达99％以上，单因氧气、氮气压力低（一般氮气压力＜0.05MPa，氧气＜0.07MPa），其电耗一般为0.5～0.55KWh/m³，能耗较高，其副产品低压氮气不能直接输送，需增加氮气压缩机，氮气纯度也不能满足高端浮法玻璃的需求。同时生产的氧气压力小于0.1MPa，而浮法玻璃、化工行业需要大量的带压力的高纯氮气、低纯氧气，氮气及氧气压力要求大于0.15MPa。同时为了达到节能减排的要求，从空分过程中直接生产高提取率、带压力的高纯氮、低纯氧是非常具有价值的。 

全氧燃烧浮法玻璃生产线，氧气需求量远远大于氮气需求量，氧氮比一般为3∶1～4∶1，因此空分设备如何低成本地生产带压的低纯氧气及少量带压氮气成为关键。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种以空气为原料生产带压低纯氧和高纯氮的装置，采用双塔制氮制氧，低纯液氧通过液位差增压后在液氧蒸发器中汽化出冷箱，避免的氧气压缩机或液氧泵等动设备，节省了设备投资、降低了能耗、提高了产品附加值。 

为了实现上述目的，本发明提供一种返流膨胀制冷生产带压低纯氧和高纯氮的装置，所述装置包括上塔、下塔、主换热器、过冷器、冷凝蒸发器、液氧蒸发器和透平膨胀机， 

装置入口管道分别与液氧蒸发器管程入口和下塔塔釜相连通，所述液氧蒸发器管程出口和下塔塔釜之间设有管路；所述上塔底部与下塔顶部、液氧蒸发器壳程入口之间分别设有管路，冷凝蒸发器设置在上塔内。所述上塔顶部或中上部设有排污氮气管道，排污氮气管道穿过主换热器和/或过冷器后与污氮气排除管相连通。 

所述冷凝蒸发器管程、壳程和液氧蒸发器的壳程之间设有管路，冷凝蒸发器比液氧蒸发器高；所述液氧蒸发器壳程出口设有排低纯氧管道，所述排低纯氧管道穿过主换热器和/或过冷器后和低纯氧供应管道相连通。 

所述上塔和/或下塔顶部设有排高纯氮管道，所述排高纯氮管道穿过主换热器和/或过冷器后与高纯氮供应管路相连通；所述装置入口管道、排污氮气管道和排低纯氧管道穿过换热器时进行换热。 

在本发明中的一个优选实施例中，所述上塔的操作压力大于0.08MPa。 

在本发明中的一个优选实施例中，气氧出所述主换热器后的压力大于0.15MPa。 

在本发明中的一个优选实施例中，所述污氮气经透平膨胀机膨胀至大气压后离开。 

在本发明中的一个优选实施例中，所述冷凝蒸发器与液氧蒸发器之间的高度差大于5m。 

在本发明中的一个优选实施例中，所述冷凝蒸发器、上塔和下塔为一体式结构，冷凝蒸发器设置在下塔顶部，冷凝蒸发器顶部设有上塔。 

在本发明中的一个优选实施例中，下塔的塔板数为50～100块，操作压力为 0.6～1.1MPa。上塔的塔板数为40～100块，操作压力为0.08～0.25MPa。 

本发明和传统技术相比具有以下优点： 

1）本实用新型提供的装置中采用提高上塔压力，低纯液氧依靠重力自增压生产带压氧气，并能够同时生产带压高纯氮，装置冷量由返流污氮膨胀提供，与传统的低纯液氧自增压流程采用空气膨胀进上塔比，所有空气均进入了下塔精馏后进入上塔精馏分离，提高了氧气提取率，同时达到生产带压氮气的目的。