CN113551483A - 一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机，属于气体生产技术领域。该制氮机应用单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，该单塔精馏废气返流膨胀制氮系统包括进气预处理装置和制氮装置，第二空气进口位置高度低于第一空气进口的位置高度，第二富氧液空抽口的位置高度低于第一富氧液空抽口的位置高度，进气预处理装置的出气口通过主换热器与第一空气进口连通，第一富氧液空抽口通过过冷器、冷凝蒸发器和主换热器与增压压缩机的进气口连通，增压压缩机的出气口通过主换热器与第二空气进口连通，第二富氧液空抽口通过过冷器、冷凝蒸发器和主换热器与进气预处理装置连通和/或外界连通，提高了氮气提取率。

Description

一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机
技术领域
本发明涉及气体生产技术领域，尤其涉及一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机。
背景技术
在传统的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统中，空气作为原料经冷却后直接进入到精馏塔底部，由于受进塔空气与下塔底部富氧液空的气液相平衡浓度限制，含氧21％左右的空气对应的液相(即塔釜的富氧液空)平衡浓度含氧大约在36～40％之间，氮气产量大约占空气量的40％左右，废气(富氧空气)量大约占空气量的60％左右，也就是说有大量的氮气通过废气跑掉了，并没有被回收，这就导致了该系统的氮气提取率(产品氮气中的纯氮含量与空气中的纯氮含量之比)低，一般提取率在52％左右。
因此，亟需一种能够提高氮气提取率的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机，该单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机提高了氮气提取率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，包括：
进气预处理装置，用于对空气过滤、加压、预冷和纯化；
制氮装置，包括主换热器、精馏塔、过冷器、冷凝蒸发器和增压压缩机，所述精馏塔的塔底设置有第一空气进口、第二空气进口、第一富氧液空抽口和第二富氧液空抽口，所述第二空气进口位置高度低于所述第一空气进口的位置高度，所述第二富氧液空抽口的位置高度低于所述第一富氧液空抽口的位置高度，所述进气预处理装置的出气口通过所述主换热器与所述第一空气进口连通，所述第一富氧液空抽口通过所述过冷器、所述冷凝蒸发器和所述主换热器与所述增压压缩机的进气口连通，所述增压压缩机的出气口通过所述主换热器与所述第二空气进口连通，所述第二富氧液空抽口通过所述过冷器、所述冷凝蒸发器和所述主换热器与所述进气预处理装置连通和/或外界连通。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述制氮装置还包括节流阀组，所述节流阀组设置于所述过冷器和所述冷凝蒸发器之间上游的管路上。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述节流阀组包括第一节流阀和第二节流阀，所述第一节流阀和所述第二节流阀分别设置于所述第一富氧液空抽口所在的管路和所述第二富氧液空抽口所在的管路上。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述制氮装置还包括膨胀机，所述膨胀机连接于所述主换热器中所述第二富氧液空抽口的排出管路上。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述制氮装置还包括第三节流阀，所述第三节流阀设置于所述第二富氧液空抽口的排出管路上，且位于所述膨胀机的下游以及所述进气预处理装置的上游。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述进气预处理装置包括依次设置的过滤器、空气压缩机、预冷系统和纯化系统，所述纯化系统的排气口通过所述主换热器与所述第一空气进口连通，所述纯化系统的进气口与所述第二富氧液空抽口的排出管路连通。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述精馏塔的塔顶设置有氮气出口和液氮回流口，所述氮气出口通过所述冷凝蒸发器与所述液氮回流口和外界连通。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述精馏塔包括自上而下设置的第一段精馏塔和第二段精馏塔，所述第一空气进口和所述第一富氧液空抽口位于所述第一段精馏塔的底部，所述第二空气进口和所述第二富氧液空抽口位于所述第二段精馏塔的底部。
作为一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的优选技术方案，所述第二段精馏塔的直径小于所述第一段精馏塔。
为达上述目的，本发明还提供了一种制氮机，应用如上所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统。
本发明提供了一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机，该制氮机应用单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，该单塔精馏废气返流膨胀制氮系统包括进气预处理装置和制氮装置，制氮装置包括主换热器、精馏塔、过冷器、冷凝蒸发器和增压压缩机，第一富氧液空抽口排出的富氧液空通过过冷器、冷凝蒸发器和主换热器进入增压压缩机进行加压后重新从第二空气进口进入精馏塔进行二次精馏，进一步提取氮气，从而提高了氮气提取率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统的原理图。
附图标记：
1、主换热器；2、精馏塔；21、第一空气进口；22、第二空气进口；23、第一富氧液空抽口；24、第二富氧液空抽口；25、氮气出口；26、液氮回流口；3、过冷器；4、冷凝蒸发器；5、增压压缩机；6、节流阀组；61、第一节流阀；62、第二节流阀；7、膨胀机；8、第三节流阀；9、过滤器；10、空气压缩机；11、预冷系统；12、纯化系统；13、液氮排出管路；14、水分离器；
100、冷箱。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实施例提供了一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，该单塔精馏废气返流膨胀制氮系统包括进气预处理装置和制氮装置，其中，进气预处理装置用于对空气过滤、加压、预冷和纯化；制氮装置包括主换热器1、精馏塔2、过冷器3、冷凝蒸发器4和增压压缩机5，精馏塔2的塔底设置有第一空气进口21、第二空气进口22、第一富氧液空抽口23和第二富氧液空抽口24，第二空气进口22位置高度低于第一空气进口21的位置高度，第二富氧液空抽口24的位置高度低于第一富氧液空抽口23的位置高度，进气预处理装置的出气口通过主换热器1与第一空气进口21连通，第一富氧液空抽口23通过过冷器3、冷凝蒸发器4和主换热器1与增压压缩机5的进气口连通，增压压缩机5的出气口通过主换热器1与第二空气进口22连通，第二富氧液空抽口24通过过冷器3、冷凝蒸发器4和主换热器1与进气预处理装置连通和/或外界连通。
第一富氧液空抽口23排出的富氧液空通过过冷器3、冷凝蒸发器4和主换热器1进入增压压缩机5进行加压后重新从第二空气进口22进入精馏塔2进行二次精馏，进一步提取氮气，从而提高了氮气提取率。具体地，空气经过进气预处理装置过滤以去除空气中的灰尘和杂质、加压至预设的压力值、预冷至预设的温度值和纯化以去除H2O、CO2、C2H2及其它碳氢化合物，之后进入主换热器1中与返流的富氧空气和氮气进行换热而冷却至饱和温度，然后通过第一空气进口21进入精馏塔2精馏，在精馏塔2的塔顶得到高纯氮气，塔底得到富氧液空；从第一富氧液空抽口23排出预设量的富氧液空，该部分富氧液空进入过冷器3进行过冷，然后在冷凝蒸发器4中被蒸发成为富氧空气，该部分富氧空气从冷凝蒸发器4中排出后进入过冷器3和主换热器1进行复热后进入增压压缩机5，在增压压缩机5中被压缩至高于空气压力预设值后，再次进入主换热器1进行冷却降温后，重新通过第二空气进口22进入精馏塔2的底部进行二次精馏；精馏塔2经过二次精馏后，精馏塔2塔底中的富氧液空与从第二空气进口22进入精馏塔2的底部的富氧空气平衡后的含氧量在50％左右，相较于传统的富氧液空的含氧量在36～40％之间有所提升，说明更多的氮气被提取出来，从而说明采用将一次精馏后的富氧液空进行二次精馏能够提升氮气提取率。优选地，在本实施例中，从第一富氧液空抽口23排出的富氧液空的量约占精馏塔2回流液量的50％。本实施例中的单塔精馏废气返流膨胀系统采用二次精馏的方式，能够将传统的单塔精馏废气返流膨胀系统的氮气提取率52％，提高到65％～70％左右。
需要说明的是，由于精馏塔2塔底的富氧液空中的含氧量自下而上递减，同样的，富氧液空中的含氮量自下而上是递增的，因此，第一空气进口21和第一富氧液空抽口23的位置高度高于第二空气进口22和第二富氧液空抽口24的位置高度，以便于将含氮量较高的富氧液空从第一富氧液空排出进行二次精馏。
如图1所示，精馏塔2的塔顶设置有氮气出口25和液氮回流口26，氮气出口25通过冷凝蒸发器4与液氮回流口26和外界连通。从第二富氧液空抽口24排出的富氧液空经过冷器3过冷后进入冷凝蒸发器4与从氮气出口25排出的氮气相变换热，氮气被冷凝成液氮，大部分液氮从液氮回流口26返回精馏塔2作为精馏塔2的回流液参与精馏，小部分作为液氮产品由液氮排出管路13送出。产品氮气从精馏塔2的氮气出口25引出，经主换热器1复热至常温送出。
进一步地，精馏塔2包括自上而下设置的第一段精馏塔和第二段精馏塔，第一空气进口21和第一富氧液空抽口23位于第一段精馏塔的底部，第二空气进口22和第二富氧液空抽口24位于第二段精馏塔的底部。优选地，由于二次精馏所产生的富氧液空的量小于一次精馏所产生的富氧液空的量，因此，第二段精馏塔的直径小于第一段精馏塔。第二段精馏塔中的塔板数量根据实际需要选择。
如图1所示，制氮装置还包括节流阀组6，节流阀组6设置于过冷器3和冷凝蒸发器4之间上游的管路上。具体地，节流阀组6包括第一节流阀61和第二节流阀62，第一节流阀61和第二节流阀62分别设置于第一富氧液空抽口23所在的管路和第二富氧液空抽口24所在的管路上，通过第一节流阀61和第二节流阀62对第一富氧液空抽口23和第二富氧液空抽口24所在管路中的富氧液空进行节流降温，以实现在冷凝蒸发器4中与氮气进行相变换热。节流阀组6与过冷器3配合使用，能够降低富氧液空在经过节流阀组6后且在冷凝蒸发器4前的气化率，提高冷凝蒸发器4中的换热效果。
如图1所示，制氮装置还包括膨胀机7，膨胀机7连接于主换热器1中第二富氧液空抽口24的排出管路上。从第二富氧液空抽口24排出的富氧液空在冷凝蒸发器4中被蒸发成为富氧空气，该富氧空气由冷凝蒸发器4顶部引出依次经过冷器3、主换热器1复热后去膨胀机7膨胀，给制氮装置补增冷量。
如图1所示，制氮装置还包括第三节流阀8，第三节流阀8设置于第二富氧液空抽口24的排出管路上，且位于膨胀机7的下游以及进气预处理装置的上游，能够调节富氧空气进入膨胀机7的量，避免过多的富氧空气进入膨胀机7制造过多的冷量，保证了制氮装置中的冷量平衡。
如图1所示，进气预处理装置包括依次设置的过滤器9、空气压缩机10、预冷系统11和纯化系统12，纯化系统12的排气口通过主换热器1与第一空气进口21连通，纯化系统12的进气口与第二富氧液空抽口24的排出管路连通。膨胀后的富氧空气经过主换热器1复热至常温后，部分作为纯化系统12的再生气，其余放散。进气预处理装置还包括水分离器14，水分离器14设置于预冷系统11和纯化系统12之间，用于分离空气中的游离水。
示例性地，采用本实施例中的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统和传统的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统分别制氮，具体数据见表1。
表1
Figure BDA0003169077130000081
从表1可以看出，本实施例中的单塔精馏废气返流膨胀系统采用二次精馏的方式，能够将传统的单塔精馏废气返流膨胀系统的氮气提取率51.5％，提高到74％。
本实施例还提供了一种制氮机，该制氮机应用上述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统。该制氮机包括冷箱100，主换热器1、精馏塔2、过冷器3、冷凝蒸发器4和膨胀机7等结构均设置于冷箱100中。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，包括：
进气预处理装置，用于对空气过滤、加压、预冷和纯化；
制氮装置，包括主换热器(1)、精馏塔(2)、过冷器(3)、冷凝蒸发器(4)和增压压缩机(5)，所述精馏塔(2)的塔底设置有第一空气进口(21)、第二空气进口(22)、第一富氧液空抽口(23)和第二富氧液空抽口(24)，所述第二空气进口(22)位置高度低于所述第一空气进口(21)的位置高度，所述第二富氧液空抽口(24)的位置高度低于所述第一富氧液空抽口(23)的位置高度，所述进气预处理装置的出气口通过所述主换热器(1)与所述第一空气进口(21)连通，所述第一富氧液空抽口(23)通过所述过冷器(3)、所述冷凝蒸发器(4)和所述主换热器(1)与所述增压压缩机(5)的进气口连通，所述增压压缩机(5)的出气口通过所述主换热器(1)与所述第二空气进口(22)连通，所述第二富氧液空抽口(24)通过所述过冷器(3)、所述冷凝蒸发器(4)和所述主换热器(1)与所述进气预处理装置连通和/或外界连通。
2.如权利要求1所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述制氮装置还包括节流阀组(6)，所述节流阀组(6)设置于所述过冷器(3)和所述冷凝蒸发器(4)之间上游的管路上。
3.如权利要求2所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述节流阀组(6)包括第一节流阀(61)和第二节流阀(62)，所述第一节流阀(61)和所述第二节流阀(62)分别设置于所述第一富氧液空抽口(23)所在的管路和所述第二富氧液空抽口(24)所在的管路上。
4.如权利要求1所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述制氮装置还包括膨胀机(7)，所述膨胀机(7)连接于所述主换热器(1)中所述第二富氧液空抽口(24)的排出管路上。
5.如权利要求4所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述制氮装置还包括第三节流阀(8)，所述第三节流阀(8)设置于所述第二富氧液空抽口(24)的排出管路上，且位于所述膨胀机(7)的下游以及所述进气预处理装置的上游。
6.如权利要求1所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述进气预处理装置包括依次设置的过滤器(9)、空气压缩机(10)、预冷系统(11)和纯化系统(12)，所述纯化系统(12)的排气口通过所述主换热器(1)与所述第一空气进口(21)连通，所述纯化系统(12)的进气口与所述第二富氧液空抽口(24)的排出管路连通。
7.如权利要求1所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述精馏塔(2)的塔顶设置有氮气出口(25)和液氮回流口(26)，所述氮气出口(25)通过所述冷凝蒸发器(4)与所述液氮回流口(26)和外界连通。
8.如权利要求1所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述精馏塔(2)包括自上而下设置的第一段精馏塔和第二段精馏塔，所述第一空气进口(21)和所述第一富氧液空抽口(23)位于所述第一段精馏塔的底部，所述第二空气进口(22)和所述第二富氧液空抽口(24)位于所述第二段精馏塔的底部。
9.如权利要求8所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统，其特征在于，所述第二段精馏塔的直径小于所述第一段精馏塔。
10.一种制氮机，其特征在于，应用如权利要求1～9任一项所述的单塔精馏废气返流膨胀制氮系统。
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611256A (ja) * 1992-02-24 1994-01-21 Praxair Technol Inc 高圧窒素生成物を製造するための極低温精留システム
CN1343864A (zh) * 2000-09-08 2002-04-10 普莱克斯技术有限公司 采用联合增压压缩和多组分制冷压缩的低温空气分离系统
CN201885514U (zh) * 2010-12-10 2011-06-29 上海启元科技发展有限公司 一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置
CN102767936A (zh) * 2012-07-18 2012-11-07 重庆耐德工业股份有限公司 含氮天然气中氮-甲烷分离生产气相天然气以及液相天然气的工艺
JP2013007512A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Air Water Inc 空気分離方法および空気分離装置
CN205536890U (zh) * 2016-02-23 2016-08-31 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 中压氮气的低温精馏制取系统
JP2016183793A (ja) * 2015-03-25 2016-10-20 新日鐵住金株式会社 深冷空気分離システム
CN106196887A (zh) * 2016-08-26 2016-12-07 上海启元空分技术发展股份有限公司 一种高效生产高纯氮的方法及其装置与产品
CN107062800A (zh) * 2017-04-21 2017-08-18 上海启元特种气体发展有限公司 一种超纯氮除氢的方法及其装置
CN107345737A (zh) * 2017-06-08 2017-11-14 苏州制氧机股份有限公司 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法
JP2019163905A (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 窒素製造方法および窒素製造装置
CN111656117A (zh) * 2017-12-15 2020-09-11 沙特阿拉伯石油公司 用于天然气凝液回收的过程集成

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611256A (ja) * 1992-02-24 1994-01-21 Praxair Technol Inc 高圧窒素生成物を製造するための極低温精留システム
CN1343864A (zh) * 2000-09-08 2002-04-10 普莱克斯技术有限公司 采用联合增压压缩和多组分制冷压缩的低温空气分离系统
CN201885514U (zh) * 2010-12-10 2011-06-29 上海启元科技发展有限公司 一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置
JP2013007512A (ja) * 2011-06-23 2013-01-10 Air Water Inc 空気分離方法および空気分離装置
CN102767936A (zh) * 2012-07-18 2012-11-07 重庆耐德工业股份有限公司 含氮天然气中氮-甲烷分离生产气相天然气以及液相天然气的工艺
JP2016183793A (ja) * 2015-03-25 2016-10-20 新日鐵住金株式会社 深冷空気分離システム
CN205536890U (zh) * 2016-02-23 2016-08-31 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 中压氮气的低温精馏制取系统
CN106196887A (zh) * 2016-08-26 2016-12-07 上海启元空分技术发展股份有限公司 一种高效生产高纯氮的方法及其装置与产品
CN107062800A (zh) * 2017-04-21 2017-08-18 上海启元特种气体发展有限公司 一种超纯氮除氢的方法及其装置
CN107345737A (zh) * 2017-06-08 2017-11-14 苏州制氧机股份有限公司 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法
CN111656117A (zh) * 2017-12-15 2020-09-11 沙特阿拉伯石油公司 用于天然气凝液回收的过程集成
JP2019163905A (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 窒素製造方法および窒素製造装置
CN110307694A (zh) * 2018-03-20 2019-10-08 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 氮制造方法和氮制造装置

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