CN114413569A - 一种双塔制氮装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双塔制氮装置及方法，该装置包括第一进气管路、第一制氮塔、第二制氮塔、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一产品管路及废气排放管路；第一制氮塔顶部连接有第一冷凝蒸发器，第二制氮塔顶部连接有第二冷凝蒸发器、底部连接有第三冷凝蒸发器。本发明在不增加额外动设备的前提下，能够进一步充分利用原料空气的压缩能，减少制氮所需的原料空气量或降低制氮所需的原料空气压力，将目前双塔制氮的能耗降至更低，使之能够接近工艺相对复杂的三塔制氮的能耗水平，能够满足客户希望制氮装置能耗更低但工艺不宜太复杂的需求。

Description

一种双塔制氮装置及方法
技术领域
本发明涉及工业制氮技术领域，具体涉及一种双塔制氮装置及方法。
背景技术
近年来，随着锂电池等新能源行业的飞速发展，市场对于高纯氮产品的需求快速增长，为了降低生产成本，提升市场竞争力，客户对制氮装置的能耗指标要求越来越高。为了满足客户需求，目前已经开发有采用三级精馏塔降耗的制氮工艺。然而，三级精馏塔制氮能耗虽低，但其操控较为复杂，对操作人员的技术水平要求高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种双塔制氮装置及方法，在不增加任何动设备的情况下，该装置的能耗显著降低，且其能耗指标水平接近三级精馏塔制氮工艺，能够有效降低生产成本，提高经济效益。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种双塔制氮装置，包括：
第一进气管路、第一制氮塔、第二制氮塔、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一产品管路及废气排放管路；
所述第一制氮塔顶部连接有第一冷凝蒸发器，所述第二制氮塔顶部连接有第二冷凝蒸发器、底部连接有第三冷凝蒸发器；
所述第一进气管路经过所述第一换热器后分为第一支路与第二支路；
所述第一支路与所述第一制氮塔下部的空气入口连接，所述第一制氮塔下部的富氧液空出口通过管道经过所述第三换热器后与所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧连接；
所述第二支路与所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧入口连接，所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧出口通过管道经过所述第三换热器后分为第三支路与第四支路；
所述第三支路与所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧连接，所述第一冷凝蒸发器顶部的富氧空气出口通过管道与所述第二制氮塔下部的富氧空气入口连接，所述第一冷凝蒸发器底部的富氧液空出口通过管道与所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧连接；
所述第四支路与所述第二制氮塔下部的液空入口连接，所述第二制氮塔上部的氮气出口通过管道依次经过所述第二换热器、第三换热器、第一换热器后与所述第一产品管路连接；
所述第二冷凝蒸发器顶部的富氧空气出口通过管道依次经过所述第二换热器、第三换热器、第一换热器后与所述废气排放管路连接。
在本申请公开的一个实施例中，还包括第二进气管路、膨胀机及膨胀机驱动的压缩机；
所述第二进气管路与所述膨胀机驱动的压缩机入口连接；
所述膨胀机驱动的压缩机出口通过管道经过所述第一换热器后与所述膨胀机入口连接；
所述膨胀机出口通过管道经过所述第一换热器后与所述第二制氮塔下部的空气入口连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述第三冷凝蒸发器底部的富氧液空出口通过管道经过所述第二换热器后与所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述第一制氮塔上部的氮气出口与所述第一冷凝蒸发器的冷凝侧入口通过第一回路连接；
所述第一冷凝蒸发器的冷凝侧出口与所述第一制氮塔上部的液氮入口通过第二回路连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述第二回路上设有第五支路，所述第五支路通过管道经过所述第二换热器后与所述第二制氮塔上部的过冷液氮入口连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述第五支路出所述第二换热器后连接有第二产品管路。
在本申请公开的一个实施例中，所述第二制氮塔上部的氮气出口与所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧入口通过第三回路连接；
所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧出口与所述第二制氮塔上部的液氮入口通过第四回路连接。
在本申请公开的一个实施例中，所述第四回路上设有第六支路，所述第六支路连接有第三产品管路。
在本申请公开的一个实施例中，所述第二冷凝蒸发器的底部设有排放管路。
一种双塔制氮方法，该方法包括如下步骤：
S1、对原料空气进行预处理，得到预定压力的纯化空气，将纯化空气分为第一纯化空气和第二纯化空气两部分；
S2、将步骤S1得到的第一纯化空气导入第一换热器中冷却至预定温度后得到第一冷却空气，所述第一冷却空气分为第二冷却空气和第三冷却空气两部分；
其中，所述第二冷却空气送入第一制氮塔的底部进行精馏，在第一制氮塔的底部得到第一富氧液空，在第一制氮塔的顶部得到第一氮气；
所述第三冷却空气导入第三冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第一液空，所述第一液空经第三换热器过冷后为第一过冷液空；
将所述第一过冷液空分为第二过冷液空和第三过冷液空，所述第二过冷液空送入第一冷凝蒸发器的蒸发侧蒸发，所述第三过冷液空送入第二制氮塔的下部进行精馏；
S3、将步骤S1得到的第二纯化空气导入膨胀机驱动的压缩机增压后得到第三纯化空气，所述第三纯化空气进入第一换热器中冷却至预定温度后得到第四冷却空气，所述第四冷却空气导入膨胀机膨胀制冷后得到第五冷却空气，所述第五冷却空气返回第一换热器被继续冷却为第六冷却空气，所述第六冷却空气送入第二制氮塔的下部进行精馏；
S4、将步骤S2得到的第一富氧液空导入第三换热器过冷后得到第一过冷富氧液空，将第一过冷富氧液空送入第一冷凝蒸发器的蒸发侧；
S5、在第一冷凝蒸发器中，所述第一过冷富氧液空和第二过冷液空一起蒸发后得到第一富氧空气，将第一富氧空气送入第二制氮塔的下部参与精馏；在第一冷凝蒸发器的底部抽取少量的第三富氧液空送入第二冷凝蒸发器的蒸发侧；
S6、将步骤S2得到的第一氮气导入第一冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第一液氮，所述第一液氮分为第三液氮和第四液氮两部分；所述第三液氮回流至第一制氮塔参与精馏，所述第四液氮送入第二换热器过冷为第一过冷液氮，所述第一过冷液氮分为第二过冷液氮和第三过冷液氮两部分；所述第二过冷液氮作为较高压力的产品液氮送出，所述第三过冷液氮送入第二制氮塔的顶部参与精馏；
经过第二制氮塔的精馏，在第二制氮塔的底部得到富氧液空、顶部得到第二氮气；
S7、第二制氮塔底部的富氧液空进入第三冷凝蒸发器后一部分被蒸发为富氧空气返回第二制氮塔参与精馏，一部分从第三冷凝蒸发器的底部抽出得到第二富氧液空，所述第二富氧液空送入第二换热器过冷后得到第二过冷富氧液空，所述第二过冷富氧液空送入第二冷凝蒸发器的蒸发侧；
S8、在第二冷凝蒸发器中，所述第二过冷富氧液空和第三富氧液空一起蒸发后得到第二富氧空气，所述第二富氧空气依次送入第二换热器、第三换热器、第一换热器复热至常温后作为废气送出；在第二冷凝蒸发器的底部抽取少量的第四富氧液空作为富氧介质蒸发的安全排放；
S9、将步骤S6得到的第二氮气分为第三氮气和第四氮气，所述第三氮气导入第二冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第二液氮；所述第二液氮分为第五液氮和第六液氮两部分，所述第五液氮回流至第二制氮塔参与精馏，所述第六液氮作为较低压力的产品液氮送出；所述第四氮气依次送入第二换热器、第三换热器、第一换热器复热至常温后得到产品氮气送出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在不增加额外动设备的前提下，能够进一步充分利用原料空气的压缩能，减少制氮所需的原料空气量或降低制氮所需的原料空气压力，将目前双塔制氮的能耗降至更低，使之能够接近工艺相对复杂的三塔制氮的能耗水平，能够满足客户希望制氮装置能耗更低但工艺不宜太复杂的需求。
2、在第一冷凝蒸发器中，蒸发侧为液空和来自第一制氮塔的含氧较低的富氧液空的混合物，相比来自第二制氮塔的含氧较高的富氧液空沸点更低，在冷凝侧同为来自第一制氮塔氮气的情况下可降低氮气的压力即第一制氮塔的工作压力从而降低原料空气压力；同时，在第三冷凝蒸发器中，冷凝侧为冷却空气，在蒸发侧同为来自第二制氮塔的含氧较高富氧液空的情况下，由于空气相比氮气液化点温度更低，因此所需冷却空气的压力要比采用第一制氮塔氮气时低，即能够同样达到降低原料空气压力的目的。因此，本发明在相同的氮提取率下，可降低所需原料空气压力，从而降低能耗。
3、将经第一换热器冷却后的空气取一部分（即第三冷却空气）进入第三冷凝蒸发器为第二制氮塔精馏增效提供蒸发动力，增大第二制氮塔的上升气，提高第二制氮塔的制氮效率。
4、第一冷凝蒸发器蒸发侧的冷源为两部分：第一过冷富氧液空和第二过冷液空，此两部分冷源在第一冷凝蒸发器中共同蒸发可提供更多的冷量以冷凝更多的第一氮气，冷凝后的液氮送出为第二制氮塔精馏增效提供回流液，利用第一冷凝蒸发器将第二过冷液空转换为对制氮更有利的高纯液氮，以高纯的液氮去第二制氮塔参与精馏，提高第二制氮塔的制氮效率。
5、第一过冷液空是被分为两部分，并非全部直接参与精馏或全部去第一冷凝蒸发器换取液氮，而是取一部分（即第二过冷液空）换取液氮、另外一部分（即第三过冷液空）直接送入第二制氮塔下部的合适部位参与精馏；根据第二制氮塔内的氮含量组分分布，在合适的组分位置送入相宜组分的回流液，能够提升制氮塔的制氮效率。
6、设置第二换热器和第三换热器阶梯回收第二富氧空气和第四氮气的冷量来分别冷却不同的工质，换热器结构简单传热效率好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，还可以是通信；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，可以根据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。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
参见图1所示，本发明提供了一种双塔制氮装置，包括：
第一进气管路、第一制氮塔C1、第二制氮塔C2、第一换热器E1、第二换热器E2、第三换热器E3、第一产品管路及废气排放管路；
第一制氮塔C1顶部连接有第一冷凝蒸发器K1，第二制氮塔C2顶部连接有第二冷凝蒸发器K2、底部连接有第三冷凝蒸发器K3；
第一进气管路经过第一换热器E1后分为第一支路与第二支路；
第一支路与第一制氮塔C1下部的空气入口连接，第一制氮塔C1下部的富氧液空出口通过管道经过第三换热器E3后与第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧连接；
第二支路与第三冷凝蒸发器K3的冷凝侧入口连接，第三冷凝蒸发器K3的冷凝侧出口通过管道经过第三换热器E3后分为第三支路与第四支路；
第三支路与第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧连接，第一冷凝蒸发器K1顶部的富氧空气出口通过管道与第二制氮塔C2下部的富氧空气入口连接，第一冷凝蒸发器K1底部的富氧液空出口通过管道与第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧连接；
第四支路与第二制氮塔C2下部的液空入口连接，第二制氮塔C2上部的氮气出口通过管道依次经过第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1后与第一产品管路连接；
第二冷凝蒸发器K2顶部的富氧空气出口通过管道依次经过第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1后与废气排放管路连接。
具体地，将经过处理得到的预定压力的纯化空气AIR分为第一纯化空气111和第二纯化空气121（图中管道内流动的介质均以纯数字示意，下同）。第一纯化空气111从第一进气管路进入第一换热器E1中冷却至预定温度后得到第一冷却空气151，第一冷却空气151分为第二冷却空气152和第三冷却空气153两部分，其流动过程如下：
（1）第二冷却空气152经过第一支路进入第一制氮塔C1下部的空气入口进行精馏；经过精馏，在第一制氮塔C1的底部得到第一富氧液空311、顶部得到预定压力的第一氮气211；第一富氧液空311进入第三换热器E3过冷后得到第一过冷富氧液空321，第一过冷富氧液空321进入第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧。
（2）第三冷却空气153经过第二支路进入第三冷凝蒸发器K3的冷凝侧被冷凝为第一液空161，第一液空161进入第三换热器E3过冷后得到第一过冷液空171，第一过冷液空171分为第二过冷液空172和第三过冷液空173；第二过冷液空172经过第三支路进入第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧和第一过冷富氧液空321一起蒸发后得到第一富氧空气331，第一富氧空气331进入第二制氮塔C2下部的富氧空气入口参与精馏；在第一冷凝蒸发器K1的底部得到第三富氧液空313并抽取少量将其送入第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧；第三过冷液空173经过第四支路进入第二制氮塔C2下部的液空入口进行精馏；经过精馏，在第二制氮塔C2的底部得到第二富氧液空312、顶部得到第二氮气212，第二氮气212分为第三氮气213和第四氮气214；第四氮气214依次经过第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1复热至常温后得到产品氮气（GAN）215，然后从第一产品管路送出。
（3）在第二冷凝蒸发器K2中，第三富氧液空313蒸发后得到第二富氧空气332，第二富氧空气332从第二冷凝蒸发器K2顶部的富氧空气出口依次经过第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1复热至常温后作为废气（GX）通过废气排放管路送出。
上述的双塔制氮装置还包括第二进气管路、膨胀机ET及膨胀机驱动的压缩机BC，第二进气管路与膨胀机驱动的压缩机BC入口连接，膨胀机驱动的压缩机BC出口通过管道经过第一换热器E1后与膨胀机ET入口连接，膨胀机ET出口通过管道经过第一换热器E1后与第二制氮塔C2下部的空气入口连接。
具体地，上述的第二纯化空气121从第二进气管路进入膨胀机驱动的压缩机BC增压后得到第三纯化空气131，第三纯化空气131经过第一换热器E1（高温段）的冷却得到第四冷却空气154，第四冷却空气154经过膨胀机ET的膨胀降温得到第五冷却空气155，第五冷却空气155返回第一换热器E1（低温段）再次冷却后得到第六冷却空气156，第六冷却空气156进入第二制氮塔C2下部的空气入口参与精馏。即在第一换热器的低温段将膨胀制冷后的第五冷却空气进一步冷却为温度更低的第六冷却空气，可改善第一换热器的换热温差，提高制氮效率。
第三冷凝蒸发器K3底部的富氧液空出口通过管道经过第二换热器E2后与第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧连接。
具体地，上述的第二富氧液空312经第二换热器E2过冷为第二过冷富氧液空322后进入第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧；在第二冷凝蒸发器K2中，第二过冷富氧液空322和上述的第三富氧液空313一起蒸发后得到上述的第二富氧空气332。
第一制氮塔C1上部的氮气出口与第一冷凝蒸发器K1的冷凝侧入口通过第一回路连接；第一冷凝蒸发器K1的冷凝侧出口与第一制氮塔C1上部的液氮入口通过第二回路连接。
具体地，上述的第一氮气211经过第一回路进入第一冷凝蒸发器K1冷凝侧被冷凝为第一液氮221，第一液氮221分为第三液氮223和第四液氮224，第三液氮223经过第二回路回流至第一制氮塔C1的顶部参与精馏。
第二回路上设有第五支路，第五支路通过管道经过第二换热器E2后与第二制氮塔C2上部的过冷液氮入口连接。
具体地，上述的第四液氮224经过第五支路进入第二换热器E2过冷为第一过冷液氮231，第一过冷液氮231分为第二过冷液氮232和第三过冷液氮233，第三过冷液氮233进入第二制氮塔C2的上部参与精馏。
第五支路出第二换热器E2后连接有第二产品管路。
具体地，上述的第二过冷液氮232进入第二产品管路作为压力和温度较高的液氮产品（HLIN）送出，可供外销以提高经济效益。
第二制氮塔C2上部的氮气出口与第二冷凝蒸发器K2的冷凝侧入口通过第三回路连接；第二冷凝蒸发器K2的冷凝侧出口与第二制氮塔C2上部的液氮入口通过第四回路连接。
具体地，上述的第三氮气213经过第三回路进入第二冷凝蒸发器K2的冷凝侧被冷凝后得到第二液氮222，第二液氮222分为第五液氮225和第六液氮226，第五液氮225经过第四回路回流至第二制氮塔C2的顶部参与精馏。
第四回路上设有第六支路，第六支路连接有第三产品管路。
具体地，上述的第六液氮226进入第三产品管路作为较低压力的产品液氮（LLIN）送出，可供外销以提高经济效益。
第二冷凝蒸发器K2的底部设有排放管路。
具体地，在第二冷凝蒸发器K2的底部抽取少量的第四富氧液空（LX）314作为富氧介质蒸发的安全排放，以保障设备和管路的安全运行。
本发明还提供了一种双塔制氮方法，其采用上述的制氮装置制取氮气。以制取氮气的需求压力300kPa(G)为例，该方法包括如下步骤：
S1、对原料空气进行预处理，得到预定压力～675kPa(G)的纯化空气，将纯化空气分为第一纯化空气111和第二纯化空气121两部分；
S2、将步骤S1得到的第一纯化空气111导入第一换热器E1中冷却至预定温度后得到第一冷却空气151，第一冷却空气151分为第二冷却空气152和第三冷却空气153两部分；
其中，第二冷却空气152送入第一制氮塔C1的底部进行精馏，在第一制氮塔C1的底部得到第一富氧液空311，在第一制氮塔C1的顶部得到压力～640kPa(G)的第一氮气211；
第三冷却空气153导入第三冷凝蒸发器K3的冷凝侧被冷凝为第一液空161，第一液空161经第三换热器E3过冷后为第一过冷液空171；
将第一过冷液空171分为第二过冷液空172和第三过冷液空173，第二过冷液空172送入第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧蒸发，第三过冷液空173送入第二制氮塔C2的下部进行精馏；
S3、将步骤S1得到的第二纯化空气121导入膨胀机驱动的压缩机BC增压后得到第三纯化空气131，第三纯化空气131进入第一换热器中冷却至预定温度后得到第四冷却空气154，第四冷却空气154导入膨胀机ET膨胀制冷后得到第五冷却空气155，第五冷却空气155返回第一换热器E1被继续冷却为第六冷却空气156，第六冷却空气156送入第二制氮塔C2的下部进行精馏；
S4、将步骤S2得到的第一富氧液空311导入第三换热器E3过冷后得到第一过冷富氧液空321，将第一过冷富氧液空321送入第一冷凝蒸发器K1的蒸发侧；
S5、在第一冷凝蒸发器K1中，第一过冷富氧液空321和第二过冷液空172一起蒸发后得到压力～330kPa(G)的第一富氧空气331，将第一富氧空气331送入第二制氮塔C2的下部参与精馏；在第一冷凝蒸发器K1的底部抽取少量的第三富氧液空313送入第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧；
S6、将步骤S2得到的第一氮气211导入第一冷凝蒸发器K1的冷凝侧被冷凝为第一液氮221，第一液氮221分为第三液氮223和第四液氮224两部分；第三液氮223回流至第一制氮塔C1参与精馏，第四液氮224送入第二换热器E2过冷为第一过冷液氮231，第一过冷液氮231分为第二过冷液氮232和第三过冷液氮233两部分；第二过冷液氮232作为较高压力的产品液氮送出，第三过冷液氮233送入第二制氮塔C2的顶部参与精馏；
经过第二制氮塔C2的精馏，在第二制氮塔C2的底部得到富氧液空、顶部得到压力～325kPa(G)的第二氮气212；
S7、第二制氮塔C2底部的富氧液空进入第三冷凝蒸发器K3后一部分被蒸发为富氧空气返回第二制氮塔C2参与精馏，一部分从第三冷凝蒸发器K3的底部抽出得到第二富氧液空312，第二富氧液空312送入第二换热器E2过冷后得到第二过冷富氧液空322，第二过冷富氧液空322送入第二冷凝蒸发器K2的蒸发侧；
S8、在第二冷凝蒸发器K2中，第二过冷富氧液空322和第三富氧液空313一起蒸发后得到压力～40kPa(G)的第二富氧空气332，第二富氧空气332依次送入第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1复热至常温后作为废气GX送出；在第二冷凝蒸发器K2的底部抽取少量的第四富氧液空314作为富氧介质蒸发的安全排放；
S9、将步骤S6得到的第二氮气212分为第三氮气213和第四氮气214，第三氮气213导入第二冷凝蒸发器K2的冷凝侧被冷凝为第二液氮222；第二液氮222分为第五液氮225和第六液氮226两部分，第五液氮225回流至第二制氮塔C2参与精馏，第六液氮226作为较低压力的产品液氮送出；第四氮气214依次送入第二换热器E2、第三换热器E3、第一换热器E1复热至常温后得到压力～305kPa(G)的产品氮气215送出。
下面以氮气产量20000Nm3/h、压力300kPa(G)、纯度1ppmO2为例，将本实施例提供的双塔制氮装置及方法与目前常用的双塔制氮和较为复杂的三塔制氮进行对比，结果见下表1。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从上表可以看出本发明具有以下优点：
与目前常用的双塔制氮装置相比，本发明在不增加额外动设备的情况下，能够在所供原料空气压力相同的情况下，可将装置氮提取率提高～8.5%，减少所需原料空气量以降低能耗；在装置所供原料空气气量相同即氮提取率相同的情况下，可将所需原料空气压力降低～125kPa以降低能耗，节能～6.7%，能耗水平接近较为复杂的低能耗三塔精馏制氮工艺，经济效益显著。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双塔制氮装置，其特征在于，包括：
第一进气管路、第一制氮塔、第二制氮塔、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一产品管路及废气排放管路；
所述第一制氮塔顶部连接有第一冷凝蒸发器，所述第二制氮塔顶部连接有第二冷凝蒸发器、底部连接有第三冷凝蒸发器；
所述第一进气管路经过所述第一换热器后分为第一支路与第二支路；
所述第一支路与所述第一制氮塔下部的空气入口连接，所述第一制氮塔下部的富氧液空出口通过管道经过所述第三换热器后与所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧连接；
所述第二支路与所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧入口连接，所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧出口通过管道经过所述第三换热器后分为第三支路与第四支路；
所述第三支路与所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧连接，所述第一冷凝蒸发器顶部的富氧空气出口通过管道与所述第二制氮塔下部的富氧空气入口连接，所述第一冷凝蒸发器底部的富氧液空出口通过管道与所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧连接；
所述第四支路与所述第二制氮塔下部的液空入口连接，所述第二制氮塔上部的氮气出口通过管道依次经过所述第二换热器、第三换热器、第一换热器后与所述第一产品管路连接；
所述第二冷凝蒸发器顶部的富氧空气出口通过管道依次经过所述第二换热器、第三换热器、第一换热器后与所述废气排放管路连接。
2.根据权利要求1所述的双塔制氮装置，其特征在于：
还包括第二进气管路、膨胀机及膨胀机驱动的压缩机；
所述第二进气管路与所述膨胀机驱动的压缩机入口连接；
所述膨胀机驱动的压缩机出口通过管道经过所述第一换热器后与所述膨胀机入口连接；
所述膨胀机出口通过管道经过所述第一换热器后与所述第二制氮塔下部的空气入口连接。
3.根据权利要求1所述的双塔制氮装置，其特征在于，所述第三冷凝蒸发器底部的富氧液空出口通过管道经过所述第二换热器后与所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧连接。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的双塔制氮装置，其特征在于：
所述第一制氮塔上部的氮气出口与所述第一冷凝蒸发器的冷凝侧入口通过第一回路连接；
所述第一冷凝蒸发器的冷凝侧出口与所述第一制氮塔上部的液氮入口通过第二回路连接。
5.根据权利要求4所述的双塔制氮装置，其特征在于，所述第二回路上设有第五支路，所述第五支路通过管道经过所述第二换热器后与所述第二制氮塔上部的过冷液氮入口连接。
6.根据权利要求5所述的双塔制氮装置，其特征在于，所述第五支路出所述第二换热器后连接有第二产品管路。
7.根据权利要求5或6所述的双塔制氮装置，其特征在于：
所述第二制氮塔上部的氮气出口与所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧入口通过第三回路连接；
所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧出口与所述第二制氮塔上部的液氮入口通过第四回路连接。
8.根据权利要求7所述的双塔制氮装置，其特征在于，所述第四回路上设有第六支路，所述第六支路连接有第三产品管路。
9.根据权利要求7所述的双塔制氮装置，其特征在于，所述第二冷凝蒸发器的底部设有排放管路。
10.一种双塔制氮方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、对原料空气进行预处理，得到预定压力的纯化空气，将纯化空气分为第一纯化空气和第二纯化空气两部分；
S2、将步骤S1得到的第一纯化空气导入第一换热器中冷却至预定温度后得到第一冷却空气，所述第一冷却空气分为第二冷却空气和第三冷却空气两部分；
其中，所述第二冷却空气送入第一制氮塔的底部进行精馏，在第一制氮塔的底部得到第一富氧液空，在第一制氮塔的顶部得到第一氮气；
所述第三冷却空气导入第三冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第一液空，所述第一液空经第三换热器过冷后为第一过冷液空；
将所述第一过冷液空分为第二过冷液空和第三过冷液空，所述第二过冷液空送入第一冷凝蒸发器的蒸发侧蒸发，所述第三过冷液空送入第二制氮塔的下部进行精馏；
S3、将步骤S1得到的第二纯化空气导入膨胀机驱动的压缩机增压后得到第三纯化空气，所述第三纯化空气进入第一换热器中冷却至预定温度后得到第四冷却空气，所述第四冷却空气导入膨胀机膨胀制冷后得到第五冷却空气，所述第五冷却空气返回第一换热器被继续冷却为第六冷却空气，所述第六冷却空气送入第二制氮塔的下部进行精馏；
S4、将步骤S2得到的第一富氧液空导入第三换热器过冷后得到第一过冷富氧液空，将第一过冷富氧液空送入第一冷凝蒸发器的蒸发侧；
S5、在第一冷凝蒸发器中，所述第一过冷富氧液空和第二过冷液空一起蒸发后得到第一富氧空气，将第一富氧空气送入第二制氮塔的下部参与精馏；在第一冷凝蒸发器的底部抽取少量的第三富氧液空送入第二冷凝蒸发器的蒸发侧；
S6、将步骤S2得到的第一氮气导入第一冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第一液氮，所述第一液氮分为第三液氮和第四液氮两部分；所述第三液氮回流至第一制氮塔参与精馏，所述第四液氮送入第二换热器过冷为第一过冷液氮，所述第一过冷液氮分为第二过冷液氮和第三过冷液氮两部分；所述第二过冷液氮作为较高压力的产品液氮送出，所述第三过冷液氮送入第二制氮塔的顶部参与精馏；
经过第二制氮塔的精馏，在第二制氮塔的底部得到富氧液空、顶部得到第二氮气；
S7、第二制氮塔底部的富氧液空进入第三冷凝蒸发器后一部分被蒸发为富氧空气返回第二制氮塔参与精馏，一部分从第三冷凝蒸发器的底部抽出得到第二富氧液空，所述第二富氧液空送入第二换热器过冷后得到第二过冷富氧液空，所述第二过冷富氧液空送入第二冷凝蒸发器的蒸发侧；
S8、在第二冷凝蒸发器中，所述第二过冷富氧液空和第三富氧液空一起蒸发后得到第二富氧空气，所述第二富氧空气依次送入第二换热器、第三换热器、第一换热器复热至常温后作为废气送出；在第二冷凝蒸发器的底部抽取少量的第四富氧液空作为富氧介质蒸发的安全排放；
S9、将步骤S6得到的第二氮气分为第三氮气和第四氮气，所述第三氮气导入第二冷凝蒸发器的冷凝侧被冷凝为第二液氮；所述第二液氮分为第五液氮和第六液氮两部分，所述第五液氮回流至第二制氮塔参与精馏，所述第六液氮作为较低压力的产品液氮送出；所述第四氮气依次送入第二换热器、第三换热器、第一换热器复热至常温后得到产品氮气送出。
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