[发明专利]超低压制取高纯氧气和氮气装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于空气分离技术领域，特别涉及由空气分离制取氧气和氮气的装置和工艺。

背景技术

随着社会经济的发展，近年来，空分设备的应用领域不断扩展，如石化、玻璃、橡胶、建筑、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超低压制取高纯氧气和氮气装置及工艺，克服目前工艺产品提取率低、装置运行能耗较大的缺陷。

本发明的技术方案是： 

超低压制取高纯氧气和氮气装置，包括膨胀机、主换热器、氧精馏塔、上精馏塔、下精馏塔和过冷器，上精馏塔连接在下精馏塔的上部，上精馏塔的底部设有冷凝蒸发器，膨胀机的两路输出管路分别与上精馏塔的中部和氧精馏塔的底部连接；下精馏塔的顶部设有管路与上精馏塔的冷凝蒸发器连接；下精馏塔的底部设有管路连接过冷器以及上精馏塔的中部，上精馏塔的底部设有管路连接过冷器然后分别连接上精馏塔的顶部以及氧精馏塔的顶部，氧精馏塔的顶部以及上精馏塔的顶部设有管路连接主换热器。

对净化后的空气进行膨胀制冷的膨胀机为增压透平胀机组。

所述上精馏塔和氧精馏塔均为规整填料精馏塔。

超低压制取高纯氧气和氮气的工艺，将净化后的空气冷却进入精馏系统，所述的精馏系统为由上精馏塔和下精馏塔以及氧精馏塔构成的三级精馏；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氧精馏塔后再进入下精馏塔进行精馏；最终，在氧精馏塔下部得到产品氧气，在上精馏塔顶部得到产品氮气。

进入氧精馏塔及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；

其中，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低纯液氧冷却为液氮，液氮经过过冷器过冷后分为二部分，其中一部分节流进入上精馏塔顶部作为回流液参与上塔精馏，另一部分进入氧精馏塔顶部作为回流液参与精馏；

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上部进行精馏；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低纯液氧进入精馏氧塔上部作为氧精馏塔回流液，在氧塔下部得到氧气产品。

氧精馏塔顶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。

进入精馏系统之前的空气制作过程为：原料空气经除杂后被空气压缩机压缩至0.4MPa，再预冷至空气温度为8-12℃，然后进入纯化系统进行净化。

精馏系统中，上精馏塔和氧精馏塔采用规整填料50-60盘的规整填料精馏塔进行精馏。

本发明将净化后的空气冷却进入精馏系统，所述的精馏系统为由上精馏塔和下精馏塔以及氧精馏塔构成的三级精馏系统；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氧精馏塔后再进入下精馏塔进行精馏；最终，在氧精馏塔下部得到产品氧气，在上精馏塔顶部得到产品氮气。本发明制取工艺空气压缩机排压低，能耗低,大大降低了空分装置的能耗要求，符合国家现在的对高耗能产业的节能减排的要求，同时氧气提取率可达到50%，氮气提取率可达到82%，能耗为0.115 kWh/Nm³。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明工艺装置采用增压透平膨胀机及三塔精馏，与传统空气分离两塔精馏相比增加了有限的投资，使空气压缩机排压降低（0.4Mpa），大大降低了空分装置的能耗要求，符合国家现在的对高耗能产业的节能减排的要求，氧提取率为50%，氮提取率为82%，能耗为0.115 kWh/Nm³，并且氧、氮产品比例从1:2到1:8之间可任意调节。

附图说明

图1是本发明的结构示意图和工艺示意图。

具体实施方式