CN110260594A - 一种产品氮气生产装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种产品氮气生产装置及其方法，主要包括空气压缩机、预冷纯化系统，空气增压机，膨胀机、板式换热器、精馏下塔、精馏上塔、冷凝蒸发器构成的主空分冷箱，以及一个顶部带有冷凝器的氮气提纯增压塔，从空气增压机来的带压空气经板式换热器冷却至低温后送入该所述氮气提纯增压塔中，经过该氮气增压塔的低温精馏分离，在氮气增压塔顶部得到高纯氮气，经板式换热器复热后送出空分冷箱，它有效提高了运行的稳定可靠性。且空气增压机的压缩效率要好于氮气压缩机，也有利于降低空分装置的电耗。
Description
技 术 领 域
本发明涉及的是一种氮气产品的生产方法及装置，属于低温精馏法分离制氧领域，适用于具有一定压力需求的产品氮气的制取。
背 景 技 术
在钢铁、化工等行业经常需要用到0.8MPaG及以上压力等级的高纯氮气，这股高纯氮气往往由液氮泵内压缩或者氮气压缩机外压缩制取，在空分流程中通常需要配置一台或多台动设备。在有些用气场合，如果氮气的用量较小，则需要配置活塞泵或活塞压缩机来实现增压过程，由于往复式动设备的零部件损耗较大，且压缩效率低，这也使得空分装置的维护成本和运行成本都有所增加。
与动设备相比较，静设备在运行寿命和稳定可靠性方面有较明显的优势，而且维护成本和运行成本较低，与常规的液氮泵内压缩或氮气外压缩工艺相较而言，本文所述一种氮气生产方法及装置具备一定的优势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，而提供一种在现有技术基础上进行改进的，能生产一定压力的氮气和液氮产品，同时取消了液体泵和压缩机等动设备的工艺方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种氮气生产装置，它包括一连接在空气压缩机后面的预冷系统和纯化系统；所述纯化系统后分别连接空气增压机和主空分冷箱，
所述空气增压机和主空分冷箱分别连接氮气提纯增压塔冷箱，所述氮气提纯增压塔冷箱连接液体后备系统能够以及气体产品管网。
作为优选：所述主空分冷箱由箱内的高温膨胀机、板式换热器，精馏下塔、精馏上塔和两塔之间的冷凝蒸发器组成，所述氮气提纯增压塔冷箱由一组低温膨胀机、一个顶部带有冷凝器的精馏塔组成，所述氮气提纯增压塔冷箱用于一定压力的产品氮气的制取，该氮气提纯增压塔冷箱的进塔气源来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，顶部冷凝液的冷源来自该氮气提纯增压塔底部的液空。
作为优选：所述的氮气提纯增压塔冷箱的进塔空气来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，可根据产品氮气的压力，匹配不同压力等级的增压空气进入氮气提纯增压塔冷箱进行精馏，从而在精馏塔塔顶直接制取所需压力等级的产品氮气。
作为优选：所述的精馏塔塔顶还可以生产部分液氮产品，送入液氮贮槽备用，在不需要时可送入主空分冷箱的精馏上塔中做液氮回流液，来增加上塔的回流比，从而提高空分氧、氮、氩产品的提取率
本发明氮气生产的制备方法为：
a.原料空气经过空压机和预冷系统和纯化系统后，洁净空气一股直接进入主空分冷箱；一股洁净空气经所述空气增压机增压后进入主空分冷箱中；第三股洁净空气从增压机的中部抽出，进入相连的主空分冷箱的板式换热器中，经冷却后送入所述的氮气提纯增压精馏塔；
b．在没有增压机的外压缩工艺流程中，第三股洁净空气可从主空分冷箱中的高温膨胀机增压端抽出，进入氮气提纯增压精馏塔中的空气经精馏分离后，在精馏塔顶部得到高纯度的氮气和一部分液氮，可作为产品直接送出。在所述氮气提纯增压精馏塔底部连接液空出管，进入塔顶的冷凝器中，被塔内上升氮气汽化后，一部分进入低温膨胀机中，膨胀后进入前述主空分冷箱的精馏上塔中继续参与精馏；一部分进入低温膨胀机的增压端，增压后返回该氮气提纯增压精馏塔内继续精馏。
c.氮气提纯增压精馏塔顶部还得到液氮产品，在不需要送入后备液氮贮槽时，可送入主空分冷箱的精馏上塔中作为回流液来增加上塔的回流比，从而提高空分的氧、氮、氩产品的提取率。
作为优选：所述步骤c中的的氮气提出增压塔及膨胀机可分别做成撬块，与主空分相连，在需要产出一定压力的氮气产品时，可设置该撬块与主空分对接。
本发明是在现有技术基础上进行的改进，通过设计合适的氮气精馏模块，能同时产品一定压力的氮气产品和液氮，并用精馏塔冷箱系统取消了液氮泵和氮气压缩机等动设备，具有稳定可靠性、经济性更高等优点。
附图说明
图1是本发明所述一种氮气生产方法及装置的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种氮气生产装置，它包括一连接在空气压缩机1后面的预冷系统2和纯化系统3；所述纯化系统3后分别连接空气增压机4和主空分冷箱5，
所述空气增压机4和主空分冷箱5分别连接氮气提纯增压塔冷箱6，所述氮气提纯增压塔冷箱6连接液体后备系统能够以及气体产品管网，所述主空分冷箱5由箱内的高温膨胀机、板式换热器，精馏下塔、精馏上塔和两塔之间的冷凝蒸发器组成，所述氮气提纯增压塔冷箱6由一组低温膨胀机、一个顶部带有冷凝器的精馏塔组成，所述氮气提纯增压塔冷箱6用于一定压力的产品氮气的制取，该氮气提纯增压塔冷箱6的进塔气源来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，顶部冷凝液的冷源来自该氮气提纯增压塔底部的液空。
本发明所述的氮气提纯增压塔冷箱6的进塔空气来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，可根据产品氮气的压力，匹配不同压力等级的增压空气进入氮气提纯增压塔冷箱6进行精馏，从而在精馏塔塔顶直接制取所需压力等级的产品氮气，所述的精馏塔塔顶还可以生产部分液氮产品，送入液氮贮槽备用，在不需要时可送入主空分冷箱的精馏上塔中做液氮回流液，来增加上塔的回流比，从而提高空分氧、氮、氩产品的提取率
本发明氮气生产的制备方法为：
a.原料空气经过空压机和预冷系统和纯化系统后，洁净空气一股直接进入主空分冷箱；一股洁净空气经所述空气增压机增压后进入主空分冷箱中；第三股洁净空气从增压机的中部抽出，进入相连的主空分冷箱的板式换热器中，经冷却后送入所述的氮气提纯增压精馏塔；
b．在没有增压机的外压缩工艺流程中，第三股洁净空气可从主空分冷箱中的高温膨胀机增压端抽出，进入氮气提纯增压精馏塔中的空气经精馏分离后，在精馏塔顶部得到高纯度的氮气和一部分液氮，可作为产品直接送出。在所述氮气提纯增压精馏塔底部连接液空出管，进入塔顶的冷凝器中，被塔内上升氮气汽化后，一部分进入低温膨胀机中，膨胀后进入前述主空分冷箱的精馏上塔中继续参与精馏；一部分进入低温膨胀机的增压端，增压后返回该氮气提纯增压精馏塔内继续精馏。
c.氮气提纯增压精馏塔顶部还得到液氮产品，在不需要送入后备液氮贮槽时，可送入主空分冷箱的精馏上塔中作为回流液来增加上塔的回流比，从而提高空分的氧、氮、氩产品的提取率。
所述步骤c中的的氮气提出增压塔及膨胀机可分别做成撬块，与主空分相连，在需要产出一定压力的氮气产品时，可设置该撬块与主空分对接。
作为优选的实施例，本发明所述的氮气产品压力为0.8MPa，从空气增压机的第一级抽出增压空气，经主空分冷箱5的板式换热器冷却后送入氮气提纯增压塔冷箱6中的精馏塔，从而产出0.8MPa的产品氮气和液氮。
实施例：图1所示，原料空气经过过滤后被空气压缩机1压缩到0.45MPa，进入预冷系统2冷却到10度，后经纯化系统3净化后，一部分直接进入主空分冷箱5。一部分空气经空气增压机4增压后送入主空分冷箱5。并有一部分空气经增压机第一级增压至1.0MPa左右后抽出，经主空分冷箱5中的板式换热器冷却后，进入氮气提纯增压塔冷箱6中。在氮气提纯增压塔冷箱6中，经过精馏分离，在精馏塔顶部产出高纯氮气产品，经主空分冷箱5中的板式换热器复热后出冷箱，得到0.8MPa氮气产品。在精馏塔顶部还产出部分液氮产品，可送入后备液氮贮槽，或者送入主冷分冷箱5中的精馏上塔中作为回流液。在该工艺方法中，不需要设置液氮泵或者活塞氮压机实现0.8MPa氮气产品的产出。
Claims (6)
1.一种氮气生产装置，它包括一连接在空气压缩机（1）后面的预冷系统（2）和纯化系统（3）；其特征在于所述纯化系统（3）后分别连接空气增压机（4）和主空分冷箱（5），
所述空气增压机（4）和主空分冷箱（5）分别连接氮气提纯增压塔冷箱（6），所述氮气提纯增压塔冷箱（6）连接液体后备系统能够以及气体产品管网。
2.根据权利要求1所述的氮气生产装置，其特征在于所述主空分冷箱（5）由箱内的高温膨胀机、板式换热器，精馏下塔、精馏上塔和两塔之间的冷凝蒸发器组成，所述氮气提纯增压塔冷箱（6）由一组低温膨胀机、一个顶部带有冷凝器的精馏塔组成，所述氮气提纯增压塔冷箱（6）用于一定压力的产品氮气的制取，该氮气提纯增压塔冷箱（6）的进塔气源来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，顶部冷凝液的冷源来自该氮气提纯增压塔底部的液空。
3.根据权利要求2所述的氮气生产装置，其特征在于所述的氮气提纯增压塔冷箱（6）的进塔空气来自经空气增压机和膨胀增压机增压后的空气，可根据产品氮气的压力，匹配不同压力等级的增压空气进入氮气提纯增压塔冷箱（6）进行精馏，从而在精馏塔塔顶直接制取所需压力等级的产品氮气。
4.根据权利要求3述的氮气生产装置，其特征在于所述的精馏塔塔顶还可以生产部分液氮产品，送入液氮贮槽备用，在不需要时可送入主空分冷箱的精馏上塔
根据权利要求4所述的氮气生产的制备方法为：
a.原料空气经过空压机和预冷系统和纯化系统后，洁净空气一股直接进入主空分冷箱；一股洁净空气经所述空气增压机增压后进入主空分冷箱中；第三股洁净空气从增压机的中部抽出，进入相连的主空分冷箱的板式换热器中，经冷却后送入所述的氮气提纯增压精馏塔；
b．在没有增压机的外压缩工艺流程中，第三股洁净空气可从主空分冷箱中的高温膨胀机增压端抽出，进入氮气提纯增压精馏塔中的空气经精馏分离后，在精馏塔顶部得到高纯度的氮气和一部分液氮，可作为产品直接送出。
5.在所述氮气提纯增压精馏塔底部连接液空出管，进入塔顶的冷凝器中，被塔内上升氮气汽化后，一部分进入低温膨胀机中，膨胀后进入前述主空分冷箱的精馏上塔中继续参与精馏；一部分进入低温膨胀机的增压端，增压后返回该氮气提纯增压精馏塔内继续精馏;
c.氮气提纯增压精馏塔顶部还得到液氮产品，在不需要送入后备液氮贮槽时，可送入主空分冷箱的精馏上塔中作为回流液来增加上塔的回流比，从而提高空分的氧、氮、氩产品的提取率。
6.根据权利要求5所述的氮气生产的制备方法，其特征在于所述步骤c中的的氮气提出增压塔及膨胀机可分别做成撬块，与主空分相连，在需要产出一定压力的氮气产品时，可设置该撬块与主空分对接。
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