[发明专利]一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离方法与装置技术领域，具体涉及一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置和方法。

背景技术

氧气作为助燃剂、氧化剂是当今工业生产的重要原料。在煤化工、钢铁、化肥、有色冶炼等领域应用广泛。使用纯氧或者富氧，不但有效降低了废气排放量，更能减少能量损失，节约原料成本。

目前工业氧气生产主要有两种方法：深冷空气分离和变压吸附。深冷空气分离一般应用于大型装置中，具有氧气产品纯度高，装置稳定性好，可同时副产氮气以及液氧、液氮、液氩等副产品的特点；变压吸附主要应用于氧气纯度要求不高，氧气产量较小的场合，具有制造周期短，成本低，操作简便的特点。深冷分离方法的性能稳定，可同时生产氮气的特点使其成为大型工业装置优先选择的氧气制取方法。深冷分离方法的制备得到的氧气纯度在99.6％以上，然而很多工业生产过程中并不需要这种高纯度的氧气，为了满足生产需求，往往需要采用向高纯度的氧气中混合大量空气的方法将高纯度的氧气降低到合适的纯度后再进入后续生产。这就造成了能源的浪费，同时增加了生产成本。此外，深冷空气分离方法的原料是空气，其主要的消耗是能源，在能源日益紧张的情况下，如何降低深冷空气分离方法的能耗，已成为迫切需要解决的问题。因此，为了满足现有工业生产中对低纯度氧气的需求和避免资源浪费，迫切需要开发一种低能耗的能够制备低纯度氧气的生产技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置和方法。通过本发明的技术方案，能够获取高纯氮气的同时，还能获得指定纯度的富氧气体，生产的富氧气体可以直接供后续生产使用，简化了生产工序，同时，本发明的技术方案可以再不增加设备的情况下达到常规深冷空分运行工况，而且运行能耗低。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置，所述装置包括空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、增压透平膨胀机、主换热器、精馏塔和过冷器；所述空气压缩系统、空气预冷系统和分子筛纯化系统为本领域常规的空气压缩系统、空气预冷系统和分子筛纯化系统；所述精馏塔包括上塔、下塔和位于上塔、下塔之间的主冷凝蒸发器，所述主冷凝蒸发器包括上层主冷凝蒸发器K1和下层主冷凝蒸发器K2，上层主冷凝蒸发器K1和下层主冷凝蒸发器K2之间用隔板隔开，上层主冷凝蒸发器K1与上塔下部拼接并连通在一起，下层主冷凝蒸发器K2与下塔顶部拼接在一起；各设备之间通过管道相连通，其连接关系为：

空气压缩系统与空气预冷系统、分子筛纯化系统通过管道依次连通，分子筛纯化系统的出口分为两路：

一路通过101管道与增压透平膨胀机的增压端空气进口连通，增压透平膨胀机的增压端空气出口通过103管道与主换热器的增压空气进口连通，主换热器的增压空气出口通过201管道与增压透平膨胀机的膨胀端空气进口连通，增压透平膨胀机的膨胀端空气出口通过104管道与上塔的膨胀空气进口连通；