CN201277792Y - 空气分离制取压力氮气的装置 - Google Patents

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Abstract

一种空气分离制取压力氮气的装置，包括增压透平膨胀机、空气冷却器、主换热器、低压塔、设置在低压塔内的再沸器、低压塔冷凝蒸发器、高压塔、高压塔冷凝蒸发器和过冷器。其中的低压塔和高压塔并排设置在同一冷箱中。各设备通过相应的连接管路相连。采用本实用新型的装置，氮气提取率可达78－86％，单位产品的电耗比单塔空气膨胀制氮降低约17％，比双塔废气膨胀制冷流程(双塔返流)降低10－15％。

Description

空气分离制取压力氮气的装置
技术领域
本实用新型涉及一种气体分离装置，尤其涉及一种空气分离制取压力氮气的装置。
背景技术
在浮法玻璃生产过程中，需要用大量的氮气作为保护气体，气体压力为0.15-0.4MPa，氮气纯度≤3ppmO2。同时需要少量液态氮(≤5％氮气产量)备用。因此，在浮法玻璃生产企业，一般附设有空气分离制取压力氮气的装置。现有技术的一种空气分离制取压力氮气的装置是采用单塔返流富氧气(废气)膨胀制氮，其能耗在0.28-0.35KWh/NM3N2。另一种空气分离制取压力氮气的装置是采用空气膨胀单塔制氮，氮气压力在0.2MPa，其能耗在0.231KWh/NM3N2。还有一种空气分离制取压力氮气的装置是采用双塔制氮、低压塔底蒸发的废气膨胀制冷(双塔返流)流程，氮气压力在0.2MPa时，能耗约为0.22KWh/NM3N2。
传统的采用单塔返流富氧气(废气)膨胀制氮工艺进入精馏塔的气体呈气液饱和或带液状态，特别是进入塔釜的液体是不参与精馏的。因此，氮气提取率受到限制。单塔空气膨胀制氮流程中膨胀空气进入精馏塔虽然是过热气体，但因塔釜蒸发器中液化后的空气进入精馏塔的中部，对精馏有所改善，使氮气提取率达到65％左右。双塔制氮废气膨胀制冷(双塔返流)流程使进入低压塔的液空氧含量通过高压塔提纯得到提高，但因低压塔再沸器的热源为高压塔顶的氮气，从而使高压塔压力因传热温差的原因提高，使制氮能耗未能进一步下降。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是为了解决上述问题，提供一种能耗低、氮气提取率高的空气分离制取压力氮气的装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种空气分离制取压力氮气的装置，包括增压透平膨胀机、空气冷却器、主换热器、低压塔、设置在低压塔内的再沸器、低压塔冷凝蒸发器、高压塔、高压塔冷凝蒸发器和过冷器，各设备之间通过管路相连，连接关系如下：
增压透平膨胀机的增压端进口连接原料空气管路，出口连接空气冷却器的原料空气进口，空气冷却器的原料空气出口连接主换热器的第一原料空气进口，主换热器的第一原料空气出口连接增压透平膨胀机的膨胀端进口，增压透平膨胀机的膨胀端出口连接低压塔的原料空气进口；
主换热器的第二原料空气进口连接原料空气管路，主换热器的第二原料空气出口分别连接高压塔的原料空气进口和位于低压塔内的再沸器的原料空气进口，再沸器的液化空气出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口，高压塔冷凝蒸发器的空气出口连接低压塔的空气进口；
低压塔的富氧液空出口连接过冷器的低压富氧液空进口，过冷器的低压富氧液空出口连接低压塔冷凝蒸发器的富氧液空进口，低压塔冷凝蒸发器的富氧空气出口连接过冷器的富氧空气进口，过冷器的富氧空气出口连接主换热器的富氧空气进口，主换热器的富氧空气出口连接富氧空气输出管线；
低压塔的高纯压力氮气出口分别连接低压塔冷凝蒸发器的高纯压力氮气进口和过冷器的高纯压力氮气进口，低压塔冷凝蒸发器的液氮出口连接低压塔的液氮进口，过冷器的高纯压力氮气出口连接主换热器的高纯压力氮气进口，主换热器的高纯压力氮气出口连接空气冷却器的高纯压力氮气进口，空气冷却器的高纯压力氮气出口连接高纯压力氮气输出管线；
高压塔的富氧液空出口连接过冷器的高压富氧液空进口，过冷器的高压富氧液空出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口；
高压塔的高压氮气出口连接高压塔冷凝蒸发器的高压氮气进口，高压塔冷凝蒸发器的液氮出口分别连接过冷器的液氮进口和高压塔的液氮进口，过冷器的液氮出口连接低压塔的液氮进口。
所述的低压塔和高压塔并排设置在同一冷箱中。
所述的低压塔的原料空气进口设置在距底部2-6块板的位置。
所述的高压塔冷凝蒸发器的液氮出口管路上连接有液氮出口管路。
所述的低压塔冷凝蒸发器的液氮出口管路上连接有液氮出口管路。
所述的高压塔的高压氮气出口还连接主换热器的高压氮气进口，主换热器的高压氮气出口连接高压氮气输出管线。
本实用新型空气分离制取压力氮气的装置由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和特点：
1、低压塔底再沸器的蒸发介质为出主换热器的压缩空气，与高压塔无直接关系。因此，高压塔和低压塔可以并列在同一高度并安装在同一个冷箱中，不需要将低压塔置于高压塔的顶部，从而可降低冷箱高度，节约制造成本。
2、由于采用了增压透平膨胀机，可通过降低膨胀量或降低空气压缩机排气压力来提高氮气提取率，降低能耗。
3、由于将部分原料空气送入低压塔底再沸器液化，液化后的空气汇合从高压塔底的富氧液空在高压塔冷凝蒸发器中蒸发后产生的饱和气体进入低压塔，利用低压塔的富氧液空在低压塔冷凝蒸发器中将从低压塔顶来的高纯压力氮气冷凝成液氮后与高压塔来的液氮一并作为低压塔的回流液，从而大大提高了氮气的提取率。
4、采用本实用新型的空气分离制取压力氮气的装置制得的高纯压力氮气产品的压力≥0.2MPa，在不同的氮气压力下氮气提取率可达78-86％。
5、采用本实用新型的空气分离制取压力氮气的装置制得的高纯压力氮气压力在0.24MPa时，制氮能耗约为0.18-0.195KWh/NM3N2，比传统单塔返流制氮节能30-40％，比空气膨胀单塔制氮节能约17％，比双塔制氮废气膨胀制冷(双塔返流)流程节能10-15％。
附图说明
图1是本实用新型空气分离制取压力氮气的装置的结构流程示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的空气分离制取压力氮气的装置，包括增压透平膨胀机1、空气冷却器2、主换热器3、低压塔4、设置在低压塔内的再沸器5、低压塔冷凝蒸发器6、高压塔7、高压塔冷凝蒸发器8和过冷器9。其中的低压塔4和高压塔7并排设置在同一冷箱中。
增压透平膨胀机1的增压端11进口连接原料空气管路101，出口连接空气冷却器2的原料空气进口21，空气冷却器的原料空气出口22连接主换热器3的第一原料空气进口31，主换热器的第一原料空气出口32连接增压透平膨胀机的膨胀端12进口，增压透平膨胀机的膨胀端出口连接低压塔的原料空气进口41。该原料空气进口41设置在距底部2-6块板的位置。
主换热器3的第二原料空气进口33连接原料空气管路102，主换热器的第二原料空气出口34分别连接高压塔7的原料空气进口71和位于低压塔内的再沸器5的原料空气进口51，再沸器的液化空气出口52连接高压塔冷凝蒸发器8的液化空气进口81，高压塔冷凝蒸发器的空气出口82连接低压塔的空气进口42。
低压塔4的富氧液空出口43连接过冷器9的低压富氧液空进口91，过冷器的低压富氧液空出口92连接低压塔冷凝蒸发器6的富氧液空进口61，低压塔冷凝蒸发器的富氧空气出口62连接过冷器的富氧空气进口93，过冷器的富氧空气出口94连接主换热器的富氧空气进口35，主换热器的富氧空气出口36连接富氧空气输出管线201。
低压塔4的高纯压力氮气出口44分别连接低压塔冷凝蒸发器6的高纯压力氮气进口63和过冷器9的高纯压力氮气进口95，低压塔冷凝蒸发器6的液氮出口64连接低压塔的液氮进口45，过冷器9的高纯压力氮气出口96连接主换热器的高纯压力氮气进口37，主换热器的高纯压力氮气出口38连接空气冷却器的高纯压力氮气进口23，空气冷却器的高纯压力氮气出口24连接高纯压力氮气输出管线301。
高压塔7的富氧液空出口72连接过冷器9的高压富氧液空进口97，过冷器的高压富氧液空出口98连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口81。
高压塔7的高压氮气出口73连接高压塔冷凝蒸发器8的高压氮气进口83，高压塔冷凝蒸发器的液氮出口84分别连接过冷器9的液氮进口99和高压塔的液氮进口74，过冷器的液氮出口90连接低压塔的液氮进口45。高压塔的高压氮气出口73还连接主换热器3的高压氮气进口39，主换热器的高压氮气出口30连接高压氮气输出管线401。
在高压塔冷凝蒸发器8的液氮出口管路801上连接有液氮出口管路701和901(根据需要设置)。
在低压塔冷凝蒸发器6的液氮出口管路601上连接有液氮出口管路501(根据需要设置)。
本实用新型空气分离制取压力氮气的装置的工作原理可结合附图1说明如下：
原料空气一路101经增压透平膨胀机1的增压端11增压后进入空气冷却器2冷却，然后进入主换热器3进一步冷却，从主换热器的中部抽出进入增压透平膨胀1机的膨胀端12膨胀至略高于低压塔的压力，然后导入低压塔4精馏分离成高纯压力氮气和富氧液空；其中的富氧液空经过冷器9过冷进入低压塔冷凝蒸发器6蒸发提供低压塔氮气冷凝的冷源，蒸发成气体的富氧空气送往主换热器3作为冷源冷却原料空气，然后作为富氧空气输出；高纯压力氮气出塔后分成两股，一股经低压塔冷凝蒸发器6冷凝成液氮后回流至低压塔4，另一股经过冷器9过冷后依次进入主换热器3和空气冷却器2作为冷源冷却原料空气，然后作为高纯压力氮气产品输出。
原料空气的另一路102直接进入主换热器3冷却后，再从底部抽出分两股送出；一股进入低压塔内的再沸器5液化并使低压塔底的富氧液空蒸发，再作为冷源进入高压塔冷凝蒸发器8蒸发成气态，然后回到低压塔4参与精馏；另一股进入高压塔7精馏分离出高压氮气及富氧液空，其中的富氧液空被抽送至过冷器9作为冷源，然后送至高压塔冷凝蒸发器8蒸发成气体后送入低压塔4参与精馏；高压氮气一部分经高压塔冷凝蒸发器8冷凝成液氮后，再经过冷器9送往低压塔4作为回流液，或直接作为高压塔7的回流液；另一部分经主换热器7换热后作为高压氮气产品输出。

Claims (6)

1、一种空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：包括增压透平膨胀机、空气冷却器、主换热器、低压塔、设置在低压塔内的再沸器、低压塔冷凝蒸发器、高压塔、高压塔冷凝蒸发器和过冷器，各设备之间通过管路相连，连接关系如下：
增压透平膨胀机的增压端进口连接原料空气管路，出口连接空气冷却器的原料空气进口，空气冷却器的原料空气出口连接主换热器的第一原料空气进口，主换热器的第一原料空气出口连接增压透平膨胀机的膨胀端进口，增压透平膨胀机的膨胀端出口连接低压塔的原料空气进口；
主换热器的第二原料空气进口连接原料空气管路，主换热器的第二原料空气出口分别连接高压塔的原料空气进口和位于低压塔内的再沸器的原料空气进口，再沸器的液化空气出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口，高压塔冷凝蒸发器的空气出口连接低压塔的空气进口；
低压塔的富氧液空出口连接过冷器的低压富氧液空进口，过冷器的低压富氧液空出口连接低压塔冷凝蒸发器的富氧液空进口，低压塔冷凝蒸发器的富氧空气出口连接过冷器的富氧空气进口，过冷器的富氧空气出口连接主换热器的富氧空气进口，主换热器的富氧空气出口连接富氧空气输出管线；
低压塔的高纯压力氮气出口分别连接低压塔冷凝蒸发器的高纯压力氮气进口和过冷器的高纯压力氮气进口，低压塔冷凝蒸发器的液氮出口连接低压塔的液氮进口，过冷器的高纯压力氮气出口连接主换热器的高纯压力氮气进口，主换热器的高纯压力氮气出口连接空气冷却器的高纯压力氮气进口，空气冷却器的高纯压力氮气出口连接高纯压力氮气输出管线；
高压塔的富氧液空出口连接过冷器的高压富氧液空进口，过冷器的高压富氧液空出口连接高压塔冷凝蒸发器的液化空气进口；
高压塔的高压氮气出口连接高压塔冷凝蒸发器的高压氮气进口，高压塔冷凝蒸发器的液氮出口分别连接过冷器的液氮进口和高压塔的液氮进口，过冷器的液氮出口连接低压塔的液氮进口。
2、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔和高压塔并排设置在同一冷箱中。
3、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔的原料空气进口设置在距底部2-6块板的位置。
4、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的高压塔冷凝蒸发器的液氮出口管路上连接有液氮出口管路。
5、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的低压塔冷凝蒸发器的液氮出口管路上连接有液氮出口管路。
6、如权利要求1所述的空气分离制取压力氮气的装置，其特征在于：所述的高压塔的高压氮气出口还连接主换热器的高压氮气进口，主换热器的高压氮气出口连接高压氮气输出管线。
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