[发明专利]一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置及其使用方法

说明书

一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置及其使用方法，该装置由空压机、预冷纯化系统，循环氮气增压机、高低温膨胀机制冷系统及冷箱系统组成，所述空压机前方设有空气过滤器，后方设置预冷纯化系统，空气通过空气过滤器进入空气透平压缩机内压缩至约4.5bar后，送入预冷纯化系统。空气在预冷纯化系统内经空冷塔冷却，分子筛除杂后，进入冷箱系统。空气经板式换热器冷却至接近饱和后，进入低温精馏塔精馏后获得低压氮气及液空，该股低压氮气通过换热器复热出冷箱，一部分作为产品，一部分进入循环氮气压缩机。本方法具有能够大幅度提高低温精馏制氮装置的提取率，降低纯氮装置的能耗等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置及其使用方法，更具体的说，通过带冷凝器及蒸发器的精馏塔、循环氮气压缩机与膨胀机组的高效耦合来生产大量液氮与多规格氮气的节能方法与装置。

背景技术

氮气占大气组分的78%左右，其性质不活泼，具有化学惰性，是一种应用领域广泛的工业气体，被广泛应用在化工生产、装备制造、食品保鲜、激光切割等领域。目前的纯氮生产设备主要采用低温精馏方法，低温精馏分离作为空分领域应用范围最广的方法已有上百年的历史，目前广泛应用于冶金、化工、玻璃、电子等各个行业领域。

随着各行各业技术的快速发展，生产过程中对氮气的需求量迅速增加。同时伴随着产业多元化的发展趋势，生产工艺的多样化也导致生产对氮气产品的规格需求也越来越多，大量终端用户对氮气的需求量较少，纯度要求又极高。因此，能够适应大量及多规格氮气提取，同时能大量生产方便运输的纯液氮，并能有效降低能耗的空分设备工艺流程应用前景广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置及其使用方法，此方法可以大幅度提高精馏塔的提取率，减小原料气体的加工量，从而有效降低氮气制备的能耗。本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置，该装置由空气透平压缩机、预冷纯化系统、循环氮气压缩机、低温精馏塔、高低温膨胀机制冷系统及冷箱系统组成，所述空气透平压缩机前方设有空气过滤器，后方设置预冷纯化系统，空气通过空气过滤器进入空气透平压缩机内压缩至约4.5bar后，送入预冷纯化系统，空气在预冷纯化系统内经空冷塔冷却，分子筛除杂后，进入冷箱系统，空气经板式换热器冷却至接近饱和后，进入低温精馏塔精馏后获得低压氮气及液空，该股低压氮气通过换热器复热出冷箱，分为两部分，一部分作为低压氮气产品送入用户产品氮气管网；一部分进入循环氮气压缩机继续增压，氮气经循环氮气压缩机加压后分为四部分：第一部分从循环氮气压缩机一级叶轮后中抽出后分为两股，一股作为低温精馏塔底部设置的蒸发器热源，一股抽出作为产品；第二部分从循环氮气压缩机末级抽出作为产品；第三部分从循环氮气压缩机末级抽出返回换热器作为高温膨胀量；第四部分去膨胀机增压端继续增压，去膨胀机增压端继续增压的氮气经过低温膨胀机增压端及低温膨胀机增压端后冷却器增压冷却后，继续进入高温膨胀机增压端及高温膨胀机增压端后冷却器增压冷却后分为两股，一股作为高压氮气去板式换热器冷却后从冷端抽出，节流进入气液分离器，一股作为低温膨胀量去板式换热器冷却后从板式换热器下段抽出，去低温膨胀机膨胀端，膨胀后带液氮气去气液分离器；

其中所述低温精馏塔底部获得低压富氧液空，顶部获得低压氮气，富氧液空节流至常压后送入冷凝蒸发器的蒸发侧，与低温精馏塔顶部的低压氮气换热后气化得到污氮气；

所述循环氮气压缩机一级叶轮后抽出的氮气经板式换热器冷却至饱和温度后，送入精馏塔底部蒸发器冷凝侧，与低温精馏塔精馏产生的低压富氧液空换热后，冷凝成液氮，冷凝后的液氮节流进入低温精馏塔顶部参与精馏，蒸发器蒸发侧蒸发的液空蒸汽作为低压精馏塔内的上升气，参与精馏。

作为优选：所述气液分离器中的液氮分为两部分，一部分作为回流液氮，返流回低压精馏塔参与精馏，一部分去液氮过冷器，过冷后的液氮分为两部分，一部分作为液氮产品，一部分作为过冷器冷源氮气节流至常压，返流与液氮过冷器的液氮换热后，与污氮气并流得到污氮气，所述污氮气经板式换热器复热后出冷箱，分为两股，一股作为分子筛再生气源去再生加热器，一股作为水冷塔用污氮气。