CN103759500A - 一种低能耗制高纯氮的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能耗制高纯氮的方法，其包括如下步骤：a)高纯氮塔顶部的氮气经过高纯氧蒸发器冷凝；b)高纯氮塔底部的液空经过过冷器过冷后送入高纯氧塔作为回流液；c)经过主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽经过过冷器和主换热器复热后进入膨胀机膨胀制冷。本发明具有流程组织简化、投资省、提取率高、能耗降低显著的特点。

Description

一种低能耗制高纯氮的方法及装置

技术领域

本发明涉及属于工业气体制造领域，尤其涉及一种低能耗制高纯氮的方法及装置。 

背景技术

随着新兴光电产业和特殊石化行业等的飞速发展,对氮气产品的需求量越来越大,制取氮气的空分设备是耗能大户，由于长期运行，如何能有效降低能耗至关重要。氮气压力较高，废气量较大，充分膨胀利用则输出功率可观，目前一般的做法是部分膨胀，其余节流，膨胀机输出的功增压原料空气或采用风机制动放空；液空不过冷或仅与部分流体简单换热过冷。采用这些方法和流程组织，空分设备的能耗仍然无法满足用户的要求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺优化、成本低、节能降耗的制氮方法和装置。 

为解决上述技术问题，本发明的制氮方法包括如下步骤： 

a)              压缩并净化的空气引入主换热器低温冷却;

b)              冷却后的空气送入高纯氮塔, 在高纯氮塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质, 在塔顶获得氮气；

c)              从高纯氮塔顶出来的一部分氮气进入高纯氧蒸发器被冷凝成液氮, 其中一部分液氮作为产品液氮被引出,其他部分液氮作为回流液返回高纯氮塔；从塔顶出来的另一部分氮气进入换热器复热到常温作为氮气产品；

d)              高纯氮塔底获得的液空，经过过冷器被主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽过冷，过冷后的液空一部分进入主冷凝器，另一部分液空进入高纯氧塔的回流液；

e)              过冷器复热出来的液空蒸汽经过主换热器被复热到一定温度，再进入膨胀机膨胀制冷。膨胀后进入主换热器被复热至常温引出；

f)              通过高纯氧塔精馏后在塔底得到高纯液氧，高纯氧塔顶部出来的低压废气经过主换热器复热到常温后引出排放。

    优选地，a)高纯氮塔顶部的氮气经过高纯氧蒸发器冷凝； 

b)高纯氮塔底部的液空经过过冷器过冷后送入高纯氧塔作为回流液；

c)经过主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽经过过冷器和主换热器复热后进入膨胀机膨胀制冷。

本发明的制氮装置包括： 

a)主换热器，将引入的压缩净化后的空气低温冷却；

b)增压膨胀机，提供整套装置的冷源；

c)过冷器，回收废气冷量，将液空进一步冷却

d)高纯氮塔，冷却后的空气引入精馏塔分离；在塔顶获得氮气一部分通过管道送入上述换热器，换热器通过管道与用户管网连接；塔底获得液空；

e)主冷凝器，上述高纯氮塔塔底的液空送入上述过冷器冷却后一部分通过管道进入主冷凝器作为冷源，液空在主冷凝器内蒸发后产生的压力废气通过管道送入上述换热器，被复热后再通过管道送入上述膨胀机，膨胀后的低压废气通过管道进入换热器被复热至常温被排出；从上述高纯氮塔顶部获得的另一部分氮气经主冷凝器冷凝后，其中一部分液氮通过管道被引出作为产品,其他部分液氮作为回流液返回高纯氮塔；

f)高纯氧塔，从过冷器冷却后的另一部分液空送人高纯氧塔的顶部作为回流液，精馏后在塔底部得到高纯氧产品；

g)高纯氧蒸发器，高纯氮塔顶获得氮气部分进入高纯氧蒸发器被冷凝成液氮，冷凝后的液氮返回高纯氮塔作为回流液。

    本发明利用高纯氮塔顶部的氮气经过高纯氧蒸发器冷凝、高纯氮塔底部的液空经过过冷器过冷后送入高纯氧塔作为回流液和经过主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽经过过冷器和主换热器复热后进入膨胀机膨胀制冷；其次将液空与压力废气、氮气和膨胀低压废气等冷流体换热，使液空充分过冷吸收冷量，含湿量降到最低，相当于增加了精馏气量，提高了提取率，降低了原料气，从而降低了能耗。采用本发明，具有流程组织简化、投资省、提取率高、能耗降低显著的特点。 

  

附图说明

图1为本发明的制氮工艺流程图。 

图中标记： 

ET 增压膨胀机

C1 高纯氮塔

K1 冷凝蒸发器

E2 过冷器

K2 高纯氧蒸发器

E1 换热器 。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于下述实施例。 

如图1所示，本发明的制氮工艺流程如下： 

a)压缩并净化的空气引入主换热器低温冷却;

b)冷却后的空气送入高纯氮塔, 在高纯氮塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质, 在塔顶获得氮气；

c)从高纯氮塔顶出来的一部分氮气进入高纯氧蒸发器被冷凝成液氮, 其中一部分液氮作为产品液氮被引出,其他部分液氮作为回流液返回高纯氮塔；从塔顶出来的另一部分氮气进入换热器复热到常温作为氮气产品；

d)高纯氮塔底获得的液空，经过过冷器被主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽过冷，过冷后的液空一部分进入主冷凝器，另一部分液空进入高纯氧塔的回流液；

e)过冷器复热出来的液空蒸汽经过主换热器被复热到一定温度，再进入膨胀机膨胀制冷。膨胀后进入主换热器被复热至常温引出；

f)通过高纯氧塔精馏后在塔底得到高纯液氧，高纯氧塔顶部出来的低压废气经过主换热器复热到常温后引出排放。

和现有工艺比较，采用本发明装置和工艺流程，利用高纯氮塔顶部的氮气经过高纯氧蒸发器冷凝、高纯氮塔底部的液空经过过冷器过冷后送入高纯氧塔作为回流液和经过主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽经过过冷器和主换热器复热后进入膨胀机膨胀制冷；其次将液空与压力废气、氮气和膨胀低压废气等冷流体换热，使液空充分过冷吸收冷量，含湿量降到最低，相当于增加了精馏气量，提高了提取率，降低了原料气，从而降低了能耗，能耗可将大、中型制氮及其衍生系列装置（如附带部分氧气或液氧）的能耗降低15~20％以上。 

Claims (3)

1.一种低能耗制高纯氮的方法，其特征在于：其包括下述步骤：

压缩并净化的空气引入换热器通过返流气体低温冷却;

冷却后的空气送入精馏塔, 在精馏塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质, 在塔顶获得氮气；

    c)从高纯氮塔顶出来的一部分氮气进入高纯氧蒸发器被冷凝成液氮, 其中一部分液氮作为产品液氮被引出,其他部分液氮作为回流液返回高纯氮塔；从塔顶出来的另一部分氮气进入换热器复热到常温作为氮气产品；

   d)高纯氮塔底获得的液空，经过过冷器被主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽过冷，过冷后的液空一部分进入主冷凝器，另一部分液空进入高纯氧塔的回流液；

   e)过冷器复热出来的液空蒸汽经过主换热器被复热到一定温度，再进入膨胀机膨胀制冷，膨胀后进入主换热器被复热至常温引出；

   f)通过高纯氧塔精馏后在塔底得到高纯液氧，高纯氧塔顶部出来的低压废气经过主换热器复热到常温后引出排放。

2.根据权利要求1所述的一种低能耗制高纯氮的方法，其特征在于：a)高纯氮塔顶部的氮气经过高纯氧蒸发器冷凝；

b)高纯氮塔底部的液空经过过冷器过冷后送入高纯氧塔作为回流液；

c)经过主冷凝器蒸发出来的液空蒸汽经过过冷器和主换热器复热后进入膨胀机膨胀制冷。

3.一种用于权利要求1所述制氮方法的制氮装置，其特征在于：其包括

主换热器，将引入的压缩净化后的空气低温冷却；

增压膨胀机，提供整套装置的冷源；

过冷器，回收废气冷量，将液空进一步冷却

高纯氮塔，冷却后的空气引入精馏塔分离；在塔顶获得氮气一部分通过管道送入上述换热器，换热器通过管道与用户管网连接；塔底获得液空；

主冷凝器，上述高纯氮塔塔底的液空送入上述过冷器冷却后一部分通过管道进入主冷凝器作为冷源，液空在主冷凝器内蒸发后产生的压力废气通过管道送入上述换热器，被复热后再通过管道送入上述膨胀机，膨胀后的低压废气通过管道进入换热器被复热至常温被排出；从上述高纯氮塔顶部获得的另一部分氮气经主冷凝器冷凝后，其中一部分液氮通过管道被引出作为产品,其他部分液氮作为回流液返回高纯氮塔；

高纯氧塔，从过冷器冷却后的另一部分液空送人高纯氧塔的顶部作为回流液，精馏后在塔底部得到高纯氧产品；

高纯氧蒸发器，高纯氮塔顶获得氮气部分进入高纯氧蒸发器被冷凝成液氮，冷凝后的液氮返回高纯氮塔作为回流液。

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