CN112304027A - 氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 - Google Patents
氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112304027A CN112304027A CN202011406184.3A CN202011406184A CN112304027A CN 112304027 A CN112304027 A CN 112304027A CN 202011406184 A CN202011406184 A CN 202011406184A CN 112304027 A CN112304027 A CN 112304027A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipeline
- nitrogen
- twenty
- air
- tower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 343
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 159
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004887 air purification Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 26
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 14
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 14
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 21
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- QTTMOCOWZLSYSV-QWAPEVOJSA-M equilin sodium sulfate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)OC1=CC=C2[C@H]3CC[C@](C)(C(CC4)=O)[C@@H]4C3=CCC2=C1 QTTMOCOWZLSYSV-QWAPEVOJSA-M 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
- F25J3/04054—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
- F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
- F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
- F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
- F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
- F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04418—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system with thermally overlapping high and low pressure columns
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
本发明涉及一种氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法，包括空气过滤器、空气压缩机、空气预冷单元、空气纯化单元、氮气增压机、氮气压缩机、高低温增压透平膨胀机和深冷分离冷箱单元，压缩空气经主换热器换热后进下塔，循环氮气经氮气增压机后一部分经主换热器换热后去高温膨胀机膨胀，再经主换热器复热后出深冷分离冷箱单元去氮气增压机入口完成循环，另一部分经高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端和主换热器换热分为从主换热器底部抽出经节流阀节流后进下塔顶部和从主换热器中下部去低温膨胀机膨胀端膨胀，膨胀后在气液分离器里分离后经主换热器复热后出深冷分离冷箱单元去氮气增压机完成循环，满足了大冷量需求，降低装置能耗，提高产品提取率。
Description
技术领域
本发明属于空气低温分离技术领域，尤其涉及一种用来降低运行成本和装置能耗的氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法。
背景技术
近年来对工业气体如氧气和氮气的需求量有很大的增长，特别是装置在不同的运行工况下对工业气体产品的需求量上升，尤其液态产品的需求量逐年上升，每年以15％～20％的速度增加。由于液体空分产品具有贮存和供应便利、质量保证、输送距离远范围广等优点越来越被市场认可，市场潜力大，因此全液体空分装置的使用已成为当前的趋势。随着国家交通越来越便利，企业为了追求更多的经济效益，液态空气产品以良好的产品品质、廉价的运输成本、较高的性价比及投入使用安全方便等特点，越来越受到市场的追捧，随着国家钢铁、煤化工和石油化工行业的快速及大型化发展，工业气体的供应远未达到发达国家那种以集中供气覆盖上百公里的规模，因此液体产品的制取以及销售便成为更多气体公司一种较好的选择。同时，液体产品可以更好的调配各地区产品供需不平衡的状况，而且随着国家对医用氧气使用的逐步规范化，利用全液体空分装置生产医用氧气也成为主流。
全液体空分装置就是采用低温精馏分离工艺方法，其核心是利用空气中各组分沸点的不同，在精馏塔中来实现空气混合物中各组分的分离，从而得到液体产品。其基本原理是利用膨胀机绝热膨胀制冷和焦耳-汤姆逊节流制冷效应，把一定压力的工艺气体通过膨胀和节流，产生更低的温度，通过换热器换热回收冷量，可将空气中各组分分离得到液体产品，整个系统的冷量大部分由膨胀机绝热膨胀来保证。为了防止空气中杂质组分在低温下固化而堵塞换热器通道和筛板精馏塔塔板的筛孔，用低温精馏法分离空气需要将进入冷箱的空气进行预处理，清除空气中能在低温下固化的组分，如CO2和H2O等。
空分装置的原料是空气，其主要消耗是电能，液体空分装置能耗的高低对气体公司和用户都非常关键，因此在这种装置中如何进一步降低能耗显得尤为重要。对于采用低温精馏的空分装置，能耗和提取率也是评价装置经济指标和技术指标的主要参数。对全液体空分装置来说，降低装置的能耗和提高提取率，可有效降低生产成本，有利于节能减排，更有利于提高企业经济效益。
目前液体空分采用的流程形式主要有空气直接膨胀循环制冷流程、带预冷的低压外循环膨胀制冷流程、中压外循环膨胀制冷流程和带预冷的中压外循环膨胀制冷流程等，流程形式众多，产品提取率和能耗也各不相同。
发明内容
本发明的目的在于克服上述流程中现有技术的不足而提供一种能耗较低、采用高低温膨胀机双膨胀制冷，最终得到液氧及液氮产品的氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法，用来降低运行成本和装置能耗。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，包括空气过滤器、与空气过滤器相接通的空气压缩机、与空气压缩机相接通的空气预冷单元、与空气预冷单元相接通的空气纯化单元、与空气纯化单元相接通的深冷分离冷箱单元，所述深冷分离冷箱单元包括与空气纯化单元相接通的主换热器、与主换热器相接通的下塔、与下塔相接通的过冷器、冷凝蒸发器以及上塔；
其中，所述空气压缩机入口经空气过滤器输入原料大气，所述空气压缩机出口通过第一管道与所述空气预冷单元入口相连通，所述空气预冷单元出口通过第二管道与所述空气纯化单元入口相连通，所述空气纯化单元出口通过第三管道经主换热器与下塔底部入口相连通，下塔底部出口经过冷器通过第四管道经第一节流阀与上塔中部入口相连通，下塔顶部出口通过第五管道与冷凝蒸发器入口相连通，第六管道与第五管道相连通并经主换热器出所述深冷分离单元与氮气增压机的入口的第七管道相连通，所述第七管道与所述氮气增压机入口相连通的同时与氮气压缩机的出口相连通，所述氮气增压机出口分别连通第八管道和第九管道；
所述第八管道经高温膨胀机增压端过滤器、高温膨胀机增压端、高温膨胀机增压端冷却器、低温膨胀机增压端过滤器、低温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端冷却器连通第十管道；所述第九管道经所述主换热器、高温膨胀机膨胀端过滤器与高温膨胀机膨胀端入口相连通；
所述第十管道经所述主换热器分别连通第十一管道和第十二管道，所述第十一管道经低温膨胀机膨胀端过滤器与低温膨胀机膨胀端入口相连通，所述第十二管道经第三节流阀与下塔上部入口相连通；
所述低温膨胀机膨胀端出口通过第十三管道与气液分离器入口相连通，气液分离器下部出口经第四节流阀与第十四管道连通，气液分离器上部出口通过第十五管道经主换热器出所述深冷分离冷箱单元与所述第七管道连通；所述高温膨胀机膨胀端出口通过第十六管道与主换热器中下部入口相连通；
所述冷凝蒸发器的下部出口连接第二十一管道，第二十一管道分别连通第二十二管道和第二十三管道，所述第二十二管道与所述下塔的顶部入口相连通，所述第二十三管道经过冷器连通第二十四管道，所述第二十四管道经第二节流阀与所述上塔的上部入口相连通，所述第二十四管道分别连通所述第十四管道和第二十五管道，所述第二十五管道出所述深冷分离冷箱单元，所述冷凝蒸发器下部出口还连接第二十六管道，所述第二十六管道出所述深冷分离冷箱单元；
所述上塔的顶部出口连通第二十七管道，所述第二十七管道经所述过冷器及所述主换热器出深冷分离冷箱单元分别与第二十八管道和第二十九管道连通，所述第二十八管道与所述氮气压缩机入口相连通，所述第二十九管道与所述空气预冷单元相连通，所述上塔中上部出口与第三十一管道相连通，所述第三十一管道经所述过冷器和所述主换热器分别连通第三十二管道和第三十三管道，所述第三十二管道出所述深冷分离冷箱单元与第二十九管道连通，所述第三十三管道出所述深冷分离冷箱单元与所述空气纯化单元连通。
进一步的，所述下塔是筛板塔或规整填料塔，所述上塔是规整填料塔，所述主换热器、冷凝蒸发器和过冷器均为真空钎焊板翅式换热器。
进一步的，所述上塔顶部产生的氮气通过第二十七管道出所述深冷分离冷箱单元与第二十八管道和第二十九管道连通，所述第二十八管道与所述氮气压缩机入口相连通，通过所述氮气压缩机增压后与所述氮气增压机入口管道第七管道相连通。
进一步的，空分装置工艺流程形式为氮气循环压缩、高低温透平膨胀机膨胀制冷，所述氮气增压机的循环氮气分别来自所述上塔和所述下塔，或全部来自所述下塔；当所述循环氮气全部来自所述下塔时，液氧产量较少，液氮产量较多，当所述循环氮气一部分来自所述上塔一部分来自所述下塔时，液氧产量增加，液氮产量减少，两种情况分别调节液氮和液氧的产量比例。
进一步的，一部分所述循环氮气经所述主换热器后又经所述第三节流阀被节流进入所述下塔，为工艺过程提供部分冷量。
一种所述氮气循环流程全液体制取的空分装置的制取方法，其制取方法如下：
步骤1）、本装置原料为空气，空气先经空气过滤器过滤掉杂质后进入空气压缩机压缩，压缩后的空气压力为0.49MPa，然后通过第一管道进入空气预冷单元洗涤、冷却空气，空气被冷却到10℃，然后通过第二管道进入空气纯化单元去除掉CO2、H2O及部分碳氢化合物，再通过第三管道进入主换热器被冷却至约-173.6℃后出主换热器进入下塔底部参与精馏；
步骤2）、经下塔初步精馏后在塔顶得到含氧小于1ppm的氮气，在下塔塔釜得到含氧37.85%的富氧液空；下塔顶部的一部分氮气通过第五管道进入冷凝蒸发器被冷凝为液氮，经过第二十一管道后一部分液氮通过第二十二管道回流下塔作为精馏回流液，另一部分液氮通过第二十三管道进入过冷器，过冷后再通过第二十四管道经第二节流阀节流后，大部分进入上塔顶部作为上塔的回流液参与精馏，另一部分通过第二十五管道作为液氮产品出深冷分离冷箱；下塔顶部的另一部分氮气通过第六管道经主换热器被复热至常温出深冷分离冷箱后，通过氮气增压机入口第七管道送入氮气增压机增压；
下塔塔釜含氧37.85%的富氧液空经第四管道和过冷器过冷后经第一节流阀节流后进入上塔中上部参与精馏，来自上塔的液氧在冷凝蒸发器中一部分被蒸发为氧气作为上塔的上升气参与精馏，一部分通过第二十六管道作为液氧产品出深冷分离冷箱，在上塔顶部得到低压氮气，低压氮气经第二十七管道、过冷器和主换热器复热后出深冷分离冷箱分两股，一股通过第二十九管道去空气预冷单元冷却循环水，一股通过第二十八管道去氮气压缩机，被氮气压缩机压缩至0.43MPa后通过氮气增压机入口第七管道送入氮气增压机增压；在上塔的中上部得到污氮气，污氮气经第三十一管道、过冷器和主换热器分两股复热出深冷分离冷箱单元，一股通过第三十二管道与第二十九管道连通，一股通过第三十三管道去空气纯化单元做再生气后放空；
步骤3）、循环氮气经氮气增压机压缩到2.9MPa后分两股，一股通过第九管道去主换热器，从主换热器中部抽出后经高温膨胀机膨胀端过滤器，再去高温膨胀机膨胀端膨胀，膨胀到0.445MPa后通过第十六管道经主换热器复热至常温出深冷分离冷箱单元，再去氮气增压机入口第七管道，另一股通过第八管道经过高温膨胀机增压端过滤器、高温膨胀机增压端、高温膨胀机增压端冷却器、低温膨胀机增压端过滤器、低温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端冷却器连通第十管道后去主换热器，经主换热器冷却后分两股，一股冷却至-173.6℃成为液氮后从主换热器底部抽出经过第三节流阀节流到0.45MPa后通过第十二管道进入下塔顶部参与精馏，另一股冷却到-98℃从主换热器中下部抽出经第十一管道、低温膨胀机膨胀端过滤器去低温膨胀机膨胀端膨胀，膨胀到0.45MPa后经过第十三管道进入气液分离器，气液分离器底部液氮经过第四节流阀和第十四管道与第二十四管道连通后进入上塔顶部，气液分离器顶部氮气经第十五管道去主换热器，在主换热器中与第十六管道氮气混合复热出深冷分离冷箱单元后进入氮气增压机入口第七管道，再送入氮气增压机增压，完成循环。
经空气压缩系统压缩后的气体压力为0.49MPa，温度为~100℃；经预冷系统冷却后的气体温度为8~13℃。
高低温膨胀机增压端增压后的气体经增压端冷却器冷却后的温度为40℃。
制得的液氧产品纯度大于99.6%O2，液氮及氮气中氧气为小于1PPmO2。
本发明的技术方案产生的有益效果如下：
该装置制冷系统采用高温增压透平膨胀机和低温增压透平膨胀机的双膨胀形式，增压端的增压介质氮气先经过高温膨胀机增压端，再经过低温膨胀机增压端，其为串联；高温膨胀机膨胀端膨胀介质氮气来自氮气增压机出口，低温膨胀机膨胀端膨胀介质氮气来自高低温膨胀机增压端，这种流程布置有利于膨胀机高效稳定的运行，也充分利用透平膨胀机膨胀功来再次增压循环氮气；高低温膨胀机采用不同品质的膨胀氮气，充分发挥制冷效果，很好地满足了全液体空分装置对冷量的极大需求。
液氧产品从冷凝蒸发器里面抽取出来，经过管道及阀门后送入液氧贮槽；液氮产品从下塔顶部抽出经过冷器过冷后再经管道及节流阀节流后从与上塔顶部连接的管道式分离器中取出，并经过阀门送入液氮贮槽。
所述下塔采用高效筛板塔或精馏塔，精馏效率高；所述上塔采用填料塔，精馏效果好，操作弹性大，可变工况操作，并且能适应液氧液氮产品的切换生产。
所述主换热器、冷凝蒸发器及过冷器均为铝制翅片式换热器，换热效果好；所述液氮产品经过过冷器过冷节流后低压抽出，可以增加液氮过冷度，减少进贮槽气化损失。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图。
1、空气过滤器，2、空气压缩机，3、空气预冷单元，4、空气纯化单元， 5、氮气增压机，6、氮气压缩机，7、高温膨胀机增压端过滤器，8、高温膨胀机增压端，9、高温膨胀机增压端冷却器，10、低温膨胀机增压端过滤器，11、低温膨胀机增压端，12、低温膨胀机增压端冷却器，13、高温膨胀机膨胀端过滤器，14、高温膨胀机膨胀端，15、低温膨胀机膨胀端过滤器，16、低温膨胀机膨胀端，17、深冷分离冷箱单元，18、气液分离器，19、主换热器，20、下塔，21、冷凝蒸发器，22、上塔，23、过冷器，24、第一节流阀，25、第二节流阀，26、第三节流阀，27、第四节流阀，101、第一管道，102、第二管道，103、第三管道，104、第四管道，105、第五管道，106、第六管道，107、第七管道，108、第八管道，109、第九管道，110、第十管道，111、第十一管道，112、第十二管道，113、第十三管道，114、第十四管道，115、第十五管道，116、第十六管道，121、第二十一管道，122、第二十二管道，123、第二十三管道，124、第二十四管道，125、第二十五管道，126、第二十六管道，127、第二十七管道，131、第三十一管道，132、第三十二管道，133、第三十三管道。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明进行进一步阐述和说明。
如图1所示，一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，包括空气过滤器1、空气压缩机2、空气预冷单元3、空气纯化单元4、氮气增压机5、氮气压缩机6、高温膨胀机增压端过滤器7、高温膨胀机增压端过滤器8、高温膨胀机增压端冷却器9、低温膨胀机增压端过滤器10、低温膨胀机增压端11、低温膨胀机增压端冷却器12、高温膨胀机膨胀端过滤器13、高温膨胀机膨胀端14、低温膨胀机膨胀端过滤器15、低温膨胀机膨胀端16、深冷分离冷箱单元17、气液分离器18、主换热器19、下塔20、冷凝蒸发器21、上塔22、过冷器23、第一节流阀24、第二节流阀25、第三节流阀26、第四节流阀27，所述空气压缩机2入口经空气过滤器1输入原料大气，所述空气压缩机2出口通过第一管道101与所述空气预冷单元3入口相连通，所述空气预冷单元3出口通过第二管道102与所述空气纯化单元4入口相连通，所述空气纯化单元4出口通过所述第三管道经所述主换热器与所述下塔底部入口相连通，所述下塔20底部出口通过第四管道104经所述过冷器23和第一节流阀24与所述上塔22中部入口相连通，所述下塔20顶部出口通过第五管道105与所述冷凝蒸发器21入口相连通，所述第六管道106与所述第五管道105相连通并经所述主换热器19出所述深冷分离单元17与所述氮气增压机5入口第七管道107相连通，所述第七管道107与所述氮气增压机5入口相连通的同时与所述氮气压缩机6出口相连通，所述氮气增压机5出口分别连通第八管道108和第九管道109，所述第八管道108经高温膨胀机增压端过滤器7、高温膨胀机增压端8、高温膨胀机增压端冷却器9、低温膨胀机增压端过滤器10、低温膨胀机增压端11、低温膨胀机增压端冷却器12连通第十管道110，所述第九管道109经所述主换热器19、高温膨胀机膨胀端过滤器13与所述高温膨胀机膨胀端14入口相连通，所述第十管道110经所述主换热器19分别连通第十一管道111和第十二管道112，所述第十一管道111经低温膨胀机膨胀端过滤器15与所述低温膨胀机膨胀端16入口相连通，所述第十二管道112经所述第三节流阀26与所述下塔22上部入口相连通，所述低温膨胀机膨胀端16出口通过第十三管道113与所述气液分离器18入口相连通，所述气液分离器18下部出口经所述第四节流阀27与第十四管道114连通，所述气液分离器18上部出口通过第十五管道115经所述主换热器19出所述深冷分离冷箱单元17与所述第七管道107连通，所述高温膨胀机膨胀端14出口通过第十六管道116与所述主换热器19中下部入口相连通，所述冷凝蒸发器21下部出口连接一第二十一管道121，第二十一管道121分别连通第二十二管道122和第二十三管道123，所述第二十二管道122与所述下塔20顶部入口相连通，所述第二十三管道123经所述过冷器23连通第二十四管道124，所述第二十四管道124经第二节流阀25与所述上塔22上部入口相连通，所述第二十四管道124分别连通所述第十四管道114和第二十五管道125，所述第二十五管道125出所述深冷分离冷箱单元17，所述冷凝蒸发器21下部出口还连接一第二十六管道126，所述第二十六管道126出所述深冷分离冷箱单元17，所述上塔22顶部出口连通第二十七管道127，所述第二十七管道127经所述过冷器23及所述主换热器19出深冷分离冷箱单元17分别与第二十八管道128和第二十九管道129连通，所述第二十八管道128与所述氮气压缩机6入口相连通，所述第二十九管道129与所述空气预冷单元3相连通，所述上塔22中上部出口与第三十一管道131相连通，所述第三十一管道131经所述过冷器23和所述主换热器19分别连通第三十二管道132和第三十三管道133，所述第三十二管道132出所述深冷分离冷箱单元17与第二十九管道129连通，所述第三十三管道133出所述深冷分离冷箱单元17与所述空气纯化单元4连通。
所述下塔20是筛板塔或规整填料塔，所述上塔22是规整填料塔，所述主换热器19、冷凝蒸发器21和过冷器23均为真空钎焊板翅式换热器。
所述上塔22顶部产生氮气通过第二十七管道127出所述深冷分离冷箱单元17与第二十八管道128和第二十九管道129连通，所述第二十八管道128与所述氮气压缩机6入口相连通，通过所述氮气压缩机6增压后与所述氮气增压机5入口管道第七管道107相连通。
所述空分装置工艺流程形式为氮气循环压缩、高低温透平膨胀机双膨胀制冷，所述氮气增压机5的循环氮气既可以分别来自所述上塔22和所述下塔20，也可以全部来自所述下塔20；当所述循环氮气全部来自所述下塔20时，液氧产量较少，液氮产量较多，当所述氮气增压机5的循环氮气一部分来自所述上塔22一部分来自所述下塔20时，液氧产量增加，液氮产量减少。所述两种情况可以分别调节液氮和液氧产品的产量比例。
所述空分装置工艺流程中一部分所述循环氮气经所述主换热器19后又经所述第三节流阀26被节流进入所述下塔20，为工艺过程提供部分冷量。
一种利用上述所述的装置进行全液体的制取方法，该方法如下：
步骤1）、本装置原料为空气，空气先经空气过滤器1过滤掉杂质后进入空气压缩机2压缩，压缩后的空气压力为0.49MPa，然后通过第一管道101进入空气预冷单元3洗涤、冷却空气，空气被冷却到10℃，然后通过第二管道102进入空气纯化单元4去除掉CO2、H2O及部分碳氢化合物，再通过第三管道103进入主换热器19被冷却至约-173.6℃后出主换热器19进入下塔20底部参与精馏。
步骤2）、经下塔20初步精馏后在塔顶得到含氧小于1ppm的氮气，在下塔20塔釜得到含氧37.85%的富氧液空。下塔20顶部的一部分氮气通过第五管道105进入冷凝蒸发器21被冷凝为液氮，液氮经过第二十一管道121后一部分通过第二十二管道122回流下塔20作为精馏回流液，另一部分通过第二十三管道123进入过冷器23过冷后再通过第二十四管道124经第四节流阀27节流后大部分进入上塔22顶部作为上塔22的回流液参与精馏，另一小部分通过第二十五管道125作为液氮产品出深冷分离冷箱单元17；下塔20顶部的另一部分氮气通过第六管道106经主换热器19被复热至常温出深冷分离冷箱单元17后通过氮气增压机5入口第七管道107送入氮气增压机5增压。
下塔20塔釜含氧37.85%的富氧液空经第四管道104和过冷器23过冷后经第一节流阀24节流后进入上塔22中上部参与精馏，来自上塔22的液氧在冷凝蒸发器21中一部分被蒸发为氧气作为上塔22的上升气参与精馏，一部分通过第二十六管道126作为液氧产品出深冷分离冷箱单元17，在上塔22顶部得到低压氮气，低压氮气经第二十七管道127、过冷器23和主换热器19复热后出深冷分离冷箱单元17分两股，一股通过第二十九管道129去空气预冷单元3冷却循环水，一股通过第二十八管道128去氮气压缩机6，被氮气压缩机6压缩至0.43MPa后通过氮气增压机5入口第七管道107送入氮气增压机5增压。在上塔22的中上部得到污氮气，污氮气经第三十一管道131、过冷器23和主换热器19分两股复热出深冷分离冷箱单元17，一股通过第三十二管道132与第二十九管道129连通，一股通过第三十三管道133去空气纯化单元4做再生气后放空。
步骤3）、循环氮气经氮气增压机5压缩到2.9MPa后分两股，一股通过第九管道109去主换热器19，从主换热器19中部抽出后经高温膨胀机膨胀端过滤器13，再去高温膨胀机膨胀端14膨胀，膨胀到0.445MPa后通过第十六管道116经主换热器19复热至常温出深冷分离冷箱单元17，再去氮气增压机5入口第七管道107；另一股通过第八管道108经过高温膨胀机增压端过滤器7、高温膨胀机增压端8、高温膨胀机增压端冷却器9、低温膨胀机增压端过滤器10、低温膨胀机增压端11、低温膨胀机增压端冷却器12连通第十管道110后去主换热器19，经主换热器19冷却后分两股，一股冷却至-173.6℃成为液氮后从主换热器19底部抽出经过第三节流阀26节流到0.45MPa后通过第十二管道112进入下塔20顶部参与精馏，另一股冷却到-98℃从主换热器19中下部抽出经第十一管道111、低温膨胀机膨胀端过滤器15去低温膨胀机膨胀端16膨胀，膨胀到0.45MPa后经过第十三管道113进入气液分离器18，气液分离器18底部液氮经过第四节流阀27和第十四管道114与第二十四管道124连通后进入上塔22顶部，气液分离器18顶部氮气经第十五管道115去主换热器19，在主换热器19中与第十六管道116氮气混合复热出深冷分离冷箱单元17后进入氮气增压机5入口第七管道107，再送入氮气增压机5增压，完成循环。
Claims (9)
1.一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，包括空气过滤器（1）、与空气过滤器（1）相接通的空气压缩机（2）、与空气压缩机（2）相接通的空气预冷单元（3）、与空气预冷单元（3）相接通的空气纯化单元（4）、与空气纯化单元（4）相接通的深冷分离冷箱单元（17），其特征在于:
所述深冷分离冷箱单元（17）包括与空气纯化单元（4）相接通的主换热器（19）、与主换热器（19）相接通的下塔（20）、与下塔（20）相接通的过冷器（23）、冷凝蒸发器（21）以及上塔（22）；
其中，所述空气压缩机（2）入口经空气过滤器（1）输入原料大气，所述空气压缩机（2）出口通过第一管道（101）与所述空气预冷单元（3）入口相连通，所述空气预冷单元（3）出口通过第二管道（102）与所述空气纯化单元（4）入口相连通，所述空气纯化单元（4）出口通过第三管道（103）经主换热器（19）与下塔（20）底部入口相连通，下塔（20）底部出口经过冷器（23）通过第四管道（104）经第一节流阀（24）与上塔（22）中部入口相连通，下塔（20）顶部出口通过第五管道（105）与冷凝蒸发器（21）入口相连通，第六管道（106）与第五管道（105）相连通并经主换热器（19）出所述深冷分离单元（17）与氮气增压机（5）的入口的第七管道（107）相连通，所述第七管道（107）与所述氮气增压机（5）入口相连通的同时与氮气压缩机（6）的出口相连通，所述氮气增压机（5）出口分别连通第八管道（108）和第九管道（109）；
所述第八管道（108）经高温膨胀机增压端过滤器（7）、高温膨胀机增压端（8）、高温膨胀机增压端冷却器（9）、低温膨胀机增压端过滤器（10）、低温膨胀机增压端（11）、低温膨胀机增压端冷却器（12）连通第十管道（110）；所述第九管道（109）经所述主换热器（19）、高温膨胀机膨胀端过滤器（13）与高温膨胀机膨胀端（14）入口相连通；
所述第十管道（110）经所述主换热器（19）分别连通第十一管道（111）和第十二管道（112），所述第十一管道（111）经低温膨胀机膨胀端过滤器（15）与低温膨胀机膨胀端（16）入口相连通，所述第十二管道（112）经第三节流阀（26）与下塔（20）上部入口相连通；
所述低温膨胀机膨胀端（16）出口通过第十三管道（113）与气液分离器（18）入口相连通，气液分离器（18）下部出口经第四节流阀（27）与第十四管道（114）连通，气液分离器（18）上部出口通过第十五管道（115）经主换热器（19）出所述深冷分离冷箱单元（17）与所述第七管道（107）连通；所述高温膨胀机膨胀端（14）出口通过第十六管道（116）与主换热器（19）中下部入口相连通；
所述冷凝蒸发器（21）的下部出口连接第二十一管道（121），第二十一管道（121）分别连通第二十二管道（122）和第二十三管道（123），所述第二十二管道（122）与所述下塔（20）的顶部入口相连通，所述第二十三管道（123）经过冷器（23）连通第二十四管道（124），所述第二十四管道（124）经第二节流阀（25）与所述上塔（22）的上部入口相连通，所述第二十四管道（124）分别连通所述第十四管道（114）和第二十五管道（125），所述第二十五管道（125）出所述深冷分离冷箱单元（17），所述冷凝蒸发器（21）下部出口还连接第二十六管道（126），所述第二十六管道（126）出所述深冷分离冷箱单元（17）；
所述上塔（22）的顶部出口连通第二十七管道（127），所述第二十七管道（127）经所述过冷器（23）及所述主换热器（19）出深冷分离冷箱单元（17）分别与第二十八管道（128）和第二十九管道（129）连通，所述第二十八管道（128）与所述氮气压缩机（6）入口相连通，所述第二十九管道（129）与所述空气预冷单元（3）相连通，所述上塔（22）中上部出口与第三十一管道（131）相连通，所述第三十一管道（131）经所述过冷器（23）和所述主换热器（19）分别连通第三十二管道（132）和第三十三管道（133），所述第三十二管道（132）出所述深冷分离冷箱单元（17）与第二十九管道（129）连通，所述第三十三管道（133）出所述深冷分离冷箱单元（17）与所述空气纯化单元（4）连通。
2.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，其特征在于：所述下塔（20）是筛板塔或规整填料塔，所述上塔（22）是规整填料塔，所述主换热器（19）、冷凝蒸发器（21）和过冷器（23）均为真空钎焊板翅式换热器。
3.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，其特征在于：所述上塔（22）顶部产生的氮气通过第二十七管道（127）出所述深冷分离冷箱单元（17）与第二十八管道（128）和第二十九管道（129）连通，所述第二十八管道（128）与所述氮气压缩机（6）入口相连通，通过所述氮气压缩机（6）增压后与所述氮气增压机（5）入口管道第七管道（107）相连通。
4.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，其特征在于：空分装置工艺流程形式为氮气循环压缩、高低温透平膨胀机膨胀制冷，所述氮气增压机（5）的循环氮气分别来自所述上塔（22）和所述下塔（20），或全部来自所述下塔（20）；当所述循环氮气全部来自所述下塔（20）时，液氧产量较少，液氮产量较多，当所述循环氮气一部分来自所述上塔（22）一部分来自所述下塔（20）时，液氧产量增加，液氮产量减少，两种情况分别调节液氮和液氧的产量比例。
5.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，其特征在于：一部分所述循环氮气经所述主换热器（19）后又经所述第三节流阀（26）被节流进入所述下塔（20），为工艺过程提供部分冷量。
6.一种如权利要求1-5之一所述氮气循环流程全液体制取的空分装置的制取方法，其特征在于：其制取方法如下：
步骤1）、本装置原料为空气，空气先经空气过滤器（1）过滤掉杂质后进入空气压缩机（2）压缩，压缩后的空气压力为0.49MPa，然后通过第一管道（101）进入空气预冷单元（3）洗涤、冷却空气，空气被冷却到10℃，然后通过第二管道（102）进入空气纯化单元（3）去除掉CO2、H2O及部分碳氢化合物，再通过第三管道（103）进入主换热器（19）被冷却至约-173.6℃后出主换热器（19）进入下塔（20）底部参与精馏；
步骤2）、经下塔（20）初步精馏后在塔顶得到含氧小于1ppm的氮气，在下塔（20）塔釜得到含氧37.85%的富氧液空；下塔（20）顶部的一部分氮气通过第五管道（105）进入冷凝蒸发器（21）被冷凝为液氮，经过第二十一管道（121）后一部分液氮通过第二十二管道（122）回流下塔（20）作为精馏回流液，另一部分液氮通过第二十三管道（123）进入过冷器（23），过冷后再通过第二十四管道（124）经第二节流阀（25）节流后，大部分进入上塔（22）顶部作为上塔（22）的回流液参与精馏，另一部分通过第二十五管道（125）作为液氮产品出深冷分离冷箱（17）；下塔（20）顶部的另一部分氮气通过第六管道（106）经主换热器（19）被复热至常温出深冷分离冷箱（17）后，通过氮气增压机（5）入口第七管道（107）送入氮气增压机（5）增压；
下塔（20）塔釜含氧37.85%的富氧液空经第四管道（104）和过冷器（23）过冷后经第一节流阀（24）节流后进入上塔（22）中上部参与精馏，来自上塔（22）的液氧在冷凝蒸发器（21）中一部分被蒸发为氧气作为上塔（22）的上升气参与精馏，一部分通过第二十六管道（126）作为液氧产品出深冷分离冷箱（17），在上塔（22）顶部得到低压氮气，低压氮气经第二十七管道（127）、过冷器（23）和主换热器（19）复热后出深冷分离冷箱（17）分两股，一股通过第二十九管道（129）去空气预冷单元（3）冷却循环水，一股通过第二十八管道（128）去氮气压缩机（6），被氮气压缩机压缩至0.43MPa后通过氮气增压机（5）入口第七管道（107）送入氮气增压机（5）增压；在上塔（22）的中上部得到污氮气，污氮气经第三十一管道（131）、过冷器（23）和主换热器（19）分两股复热出深冷分离冷箱单元（17），一股通过第三十二管道（132）与第二十九管道（129）连通，一股通过第三十三管道（133）去空气纯化单元（4）做再生气后放空；
步骤3）、循环氮气经氮气增压机（5）压缩到2.9MPa后分两股，一股通过第九管道（109）去主换热器（19），从主换热器（19）中部抽出后经高温膨胀机膨胀端过滤器（13），再去高温膨胀机膨胀端（14）膨胀，膨胀到0.445MPa后通过第十六管道（116）经主换热器（19）复热至常温出深冷分离冷箱单元（17），再去氮气增压机（5）入口第七管道（107），另一股通过第八管道（108）经过高温膨胀机增压端过滤器（7）、高温膨胀机增压端（8）、高温膨胀机增压端冷却器（9）、低温膨胀机增压端过滤器（10）、低温膨胀机增压端（11）、低温膨胀机增压端冷却器（12）连通第十管道（110）后去主换热器（19），经主换热器（19）冷却后分两股，一股冷却至-173.6℃成为液氮后从主换热器（19）底部抽出经过第三节流阀（26）节流到0.45MPa后通过第十二管道（112）进入下塔（20）顶部参与精馏，另一股冷却到-98℃从主换热器（19）中下部抽出经第十一管道（111）、低温膨胀机膨胀端过滤器（15）去低温膨胀机膨胀端（16）膨胀，膨胀到0.45MPa后经过第十三管道（113）进入气液分离器（18），气液分离器（18）底部液氮经过第四节流阀（27）和第十四管道（114）与第二十四管道（124）连通后进入上塔（22）顶部，气液分离器（18）顶部氮气经第十五管道（115）去主换热器（19），在主换热器（19）中与第十六管道（116）氮气混合复热出深冷分离冷箱单元（17）后进入氮气增压机（5）入口第七管道（107），再送入氮气增压机（5）增压，完成循环。
7.根据权利要求6所述的一种氮气循环流程全液体制取方法，其特征在于：经空气压缩系统压缩后的气体压力为0.49MPa，温度为~100℃；经预冷系统冷却后的气体温度为8~13℃。
8.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取方法，其特征在于：高低温膨胀机增压端增压后的气体经增压端冷却器冷却后的温度为40℃。
9.根据权利要求1所述的一种氮气循环流程全液体制取方法，其特征在于：制得的液氧产品纯度大于99.6%O2，液氮及氮气中氧气为小于1PPmO2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011406184.3A CN112304027A (zh) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011406184.3A CN112304027A (zh) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112304027A true CN112304027A (zh) | 2021-02-02 |
Family
ID=74487109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011406184.3A Pending CN112304027A (zh) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112304027A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114216301A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-03-22 | 常州市长宇实用气体有限公司 | 深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966967A (en) * | 1998-01-22 | 1999-10-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Efficient process to produce oxygen |
| CN104061757A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-09-24 | 开封空分集团有限公司 | 一种液氧及液氮制取装置及方法 |
| DE202015004181U1 (de) * | 2015-06-12 | 2015-07-09 | Linde Aktiengesellschaft | Luftzerlegungsanlage und Steuereinrichtung für Luftzerlegungsanlage |
| CN105431698A (zh) * | 2012-10-01 | 2016-03-23 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 通过低温蒸馏分离空气的方法 |
| US20160123662A1 (en) * | 2013-07-11 | 2016-05-05 | Lars Kirchner | Method and device for oxygen production by low-temperature separation of air at variable energy consumption |
| EP3438586A1 (fr) * | 2017-08-03 | 2019-02-06 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique |
| FR3069913A1 (fr) * | 2017-08-03 | 2019-02-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique |
| CN111442607A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-24 | 苏州制氧机股份有限公司 | 氮气自增压空分装置 |
| CN215766044U (zh) * | 2020-12-04 | 2022-02-08 | 开封空分集团有限公司 | 氮气循环流程全液体制取的空分装置 |
-
2020
- 2020-12-04 CN CN202011406184.3A patent/CN112304027A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966967A (en) * | 1998-01-22 | 1999-10-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Efficient process to produce oxygen |
| CN105431698A (zh) * | 2012-10-01 | 2016-03-23 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 通过低温蒸馏分离空气的方法 |
| US20160123662A1 (en) * | 2013-07-11 | 2016-05-05 | Lars Kirchner | Method and device for oxygen production by low-temperature separation of air at variable energy consumption |
| CN104061757A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-09-24 | 开封空分集团有限公司 | 一种液氧及液氮制取装置及方法 |
| DE202015004181U1 (de) * | 2015-06-12 | 2015-07-09 | Linde Aktiengesellschaft | Luftzerlegungsanlage und Steuereinrichtung für Luftzerlegungsanlage |
| EP3438586A1 (fr) * | 2017-08-03 | 2019-02-06 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique |
| FR3069913A1 (fr) * | 2017-08-03 | 2019-02-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique |
| CN111442607A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-24 | 苏州制氧机股份有限公司 | 氮气自增压空分装置 |
| CN215766044U (zh) * | 2020-12-04 | 2022-02-08 | 开封空分集团有限公司 | 氮气循环流程全液体制取的空分装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 张华涛;: "液体膨胀机在内压缩流程空分设备中的应用", 深冷技术, no. 06, 31 October 2012 (2012-10-31) * |
| 蒋旭;: "外液化及全液体空分装置研究", 低温与特气, no. 05, 28 October 2018 (2018-10-28) * |
| 骞绍显;尹清猛;乔彦彬;王剑;: "全液体空分装置高低温膨胀流程形式的比较", 低温与特气, no. 02, 28 April 2019 (2019-04-28) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114216301A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-03-22 | 常州市长宇实用气体有限公司 | 深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111141110B (zh) | 一种低能耗中压氮气制取工艺 | |
| CN109838975B (zh) | 一种低能耗液氮制取装置及工艺 | |
| CN108061428B (zh) | 一种纯氮制取装置和工艺 | |
| CN110701870B (zh) | 一种利用lng冷能的空分装置和方法 | |
| CN107345737B (zh) | 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法 | |
| CN103062990B (zh) | 液体空分装置及工艺 | |
| CN108759311B (zh) | 大液体量制取的空分装置及方法 | |
| CN109442867B (zh) | 一种外增压内液化纯氮制取装置及方法 | |
| CN215766044U (zh) | 氮气循环流程全液体制取的空分装置 | |
| CN109084528B (zh) | 一种新增制氮塔的深冷空分系统 | |
| CN2811892Y (zh) | 一种返流膨胀空气分离的装置 | |
| CN205373261U (zh) | 低液体高提取率低压正流膨胀大型内压缩空分系统 | |
| CN209085172U (zh) | 一种液体量可调且同时产多规格氧气产品的空分设备 | |
| CN112304027A (zh) | 氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法 | |
| CN112556314A (zh) | 一种低能耗的单塔纯氮制取的装置及其制造方法 | |
| CN208443098U (zh) | 大液体量制取的空分装置 | |
| CN112229143A (zh) | 一种通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置及方法 | |
| CN204594094U (zh) | 单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置 | |
| CN109323533B (zh) | 一种使用中压精馏塔降低空分能耗方法及装置 | |
| CN109357475B (zh) | 一种梯级利用lng冷能制取液氧液氮的系统 | |
| CN209054853U (zh) | 一种提取中压氧气的液体空分的装置 | |
| CN1038514A (zh) | 生产高压氧和高压氮的空气分离流程 | |
| CN114777416B (zh) | 一种绿电高效转化低能耗空分储能工艺 | |
| CN218120363U (zh) | 一种绿电高效转化低能耗空分储能装置 | |
| CN107270655B (zh) | 一种单塔制氮半负荷工况增产液氮制取装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |