[发明专利]一种低能耗制取高纯氮的方法及装置

说明书

本发明提供了一种低能耗制取高纯氮的方法及装置，该装置包括：精馏系统、换热系统和膨胀系统，精馏系统包括压力氮塔、低压氮塔和低纯氧塔；换热系统包括压力氮塔主冷凝蒸发器、低压氮塔冷凝器、低纯氧塔蒸发器、第一换热器和第二换热器；膨胀系统包括膨胀机，膨胀机具有增压端和膨胀端；各设备部件间经管道进行连接。该方法及装置设置三台精馏塔，采用三级精馏的工艺，利用空气沸点比氮气更高的特性，合理组织换热，有效降低了压力氮塔的工作压力及所需原料空气的压力，实现了降低生产能耗，提高经济效益的目的。

技术领域

本发明涉及空气低温分离纯化技术领域，尤其涉及一种低能耗制取高纯氮的方法及装置。

背景技术

随着石化、石油、新材料、电子等行业的飞速发展，市场对于高纯氮产品的需求量越来越大。目前，工业上规模化制氮采用的方法主要有低温精馏法、变压吸附法和膜分离法三种。随着市场上对高纯氮用量规模的扩大，变压吸附法和膜分离法已无法满足当前的制备要求，尤其对于中大型高纯氮制备装置而言，低温精馏法制取高纯氮已成首选。低温精馏法制取高纯氮的常规工艺方法有单塔精馏和双塔精馏，相比而言，双塔精馏较单塔精馏有着更低的运行能耗，但随着高纯氮需求量及需求规模的增长，以及越来越激烈的市场竞争，使得当前的双塔精馏方法也不能完全满足市场生产的需求，因此，急需一种比现有双塔精馏能耗更低，经济效益更好的高纯氮制备方法及设备。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低能耗制取高纯氮的方法及装置，该方法及装置设置三台精馏塔，采用三级精馏，利用空气比氮气有更高沸点的特性，合理组织换热，有效降低了压力氮塔的工作压力及原料空气的压力，实现了降低生产能耗，提高经济效益的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低能耗制取高纯氮的方法，包括以下步骤：

S100：纯化空气经第一换热器冷却，分为三部分，一部分进入压力氮塔底部进行精馏，一部分进入低压氮塔下部参与精馏，一部分进入低纯氧塔蒸发器作为热源，冷凝后经第二换热器过冷，然后节流进入低压氮塔下部参与精馏；

S200：在所述压力氮塔的底部获得富氧液空，顶部获得压力氮气，所述压力氮塔底部的富氧液空经第二换热器过冷后进入所述低压氮塔下部参与精馏；所述压力氮塔顶部的压力氮气进入压力氮塔主冷凝蒸发器作为热源，被液化后一部分回流所述压力氮塔，一部分经所述第二换热器过冷后进入所述低压氮塔顶部参与精馏；

S300：所述低压氮塔的底部得到低纯液氧，顶部得到低压氮气，所述低压氮塔底部的低纯液氧进入所述压力氮塔主冷凝蒸发器作为冷源部分蒸发，被蒸发产生的低纯氧气返回所述低压氮塔底部，未被蒸发的低纯液氧进入低纯氧塔的顶部参与精馏；所述低压氮塔顶部的低压氮气一部分经所述第二换热器和第一换热器复热后作为产品氮气送出，另一部分进入低压氮塔冷凝器作为热源，被液化后回流至所述低压氮塔顶部参与精馏；

S400：所述低纯氧塔的底部得到次低纯液氧，顶部得到低纯氧气，所述低纯氧塔底部的次低纯液氧进入所述低纯氧塔蒸发器作为冷源部分蒸发，被蒸发产生的低纯氧气返回所述低纯氧塔底部参与精馏，未被蒸发的次低纯液氧经所述第二换热器过冷后进入所述低压氮塔冷凝器作为冷源，被蒸发后经所述第二换热器和第一换热器复热后送出；所述低纯氧塔顶部的低纯氧气返回所述低压氮塔底部参与精馏。

在本申请的一种实施例中，所述步骤S100中，所述纯化空气进入所述第一换热器前分为两部分，一部分直接进入所述第一换热器进行冷却，冷却后分别进入所述压力氮塔进行精馏和进入所述低纯氧塔蒸发器作为热源；另一部分依次经过膨胀机增压端、第一换热器、膨胀机膨胀端和第一换热器，进行增压冷却和膨胀冷却，膨胀冷却后的低温纯化空气进入所述低压氮塔下部参与精馏。