一种空气分离制取氮气的装置和方法与流程

1.本发明涉及空气分离技术领域，具体涉及一种通过空气分离方式制取氮气的装置和方法。


背景技术：

2.现有的通过空气分离方式制取氮气的方案多为将原料空气直接送入各个精馏塔中分别进行精馏，这种方案的缺陷在于：精馏效率和提取率相对较低，还有提升的空间，同时氮气产品压力单一，无法满足客户需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能够提供精馏效率和提取率，并能提供多种压力的氮气产品的空气分离制取氮气的装置和方法。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种空气分离制取氮气的装置，用于分离气源提供的原料空气而制取氮气并提供给氮气用户，所述空气分离制取氮气的装置包括：下塔、设置于所述下塔底部内的再沸器、上塔、设置于所述上塔底部内的冷凝蒸发器；所述下塔具有液空进口、液空出口、氮气出口、回流液进口，所述再沸器具有空气进口和液空出口，所述上塔具有液空进口、氮气出口、回流液进口，所述冷凝蒸发器具有氮气进口和液氮出口；所述气源与所述再沸器的空气进口相连接，再沸器的液空出口与所述下塔的液空进口相连接，所述下塔的液空出口与所述上塔的液空进口相连接，所述下塔的氮气出口分为两路并分别与所述冷凝蒸发器的氮气进口、所述氮气用户相连接，所述上塔的氮气出口与所述氮气用户相连接，所述冷凝蒸发器的液氮出口分为两路并分别与所述下塔的回流液进口和所述上塔的回流液进口相连接。
5.所述空气分离制取氮气的装置还包括主换热器，所述气源经所述主换热器与所述再沸器的空气进口相连接，所述下塔的氮气出口经所述主换热器与所述氮气用户相连接，所述上塔的氮气出口经所述主换热器与所述氮气用户相连接。
6.所述空气分离制取氮气的装置还包括设置在所述再沸器的空气出口与所述下塔的液空进口之间的第一节流阀。
7.所述空气分离制取氮气的装置还包括过冷器，所述下塔的液空出口经所述过冷器与所述上塔的液空进口相连接。
8.所述空气分离制取氮气的装置还包括设置在所述下塔的液空出口与所述上塔的液空进口之间的第二节流阀。
9.所述空气分离制取氮气的装置还包括液氮过冷器，所述冷凝蒸发器的液氮出口经所述液氮过冷器与所述上塔的回流液进口相连接，所述上塔的氮气出口经所述液氮过冷器与所述氮气用户相连接。
10.所述空气分离制取氮气的装置还包括设置在所述冷凝蒸发器的液氮出口与所述
上塔的回流液进口之间的第三节流阀。
11.所述空气分离制取氮气的装置还包括冷箱、用于为所述冷箱提供所需冷量的膨胀机，所述下塔、所述上塔、所述主换热器、所述过冷器均设置在所述冷箱中；所述上塔还具有富氧气体出口，所述膨胀机具有进气口和出气口，所述富氧气体出口经所述过冷器、所述主换热器与所述膨胀机的进气口相连接，所述膨胀机的出气口经所述主换热器连接至所述冷箱外。
12.一种空气分离制取氮气的方法，采用前述的空气分离制取氮气的装置，用于分离气源提供的原料空气而制取氮气并提供给氮气用户，所述空气分离制取氮气的方法包括以下步骤：步骤1：将所述原料空气送入所述再沸器中冷却为液体空气；步骤2：将在所述再沸器中冷却得到的液体空气送入所述下塔中进行精馏，得到液体空气和氮气；步骤3：将在所述下塔中得到的液体空气送入所述上塔中进行精馏，得到富氧液空和高纯度氮气，将所述下塔中得到的氮气分为两路，一路送至所述氮气用户，另一路送入所述冷凝蒸发器中冷凝为液氮；步骤4：将在所述冷凝蒸发器中冷凝得到的液氮分为两路并分别送入所述下塔和所述上塔作为回流液参与精馏，将在所述上塔中得到的高纯度氮气送至所述氮气用户。
13.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够提高精馏效率和精馏提取率，还能够同时提供多种压力等级的氮气产品。
附图说明
14.附图1为本发明的空气分离制取氮气的装置的原理图。
15.以上附图中：1、再沸器；2、下塔；3、过冷器；4、冷凝蒸发器；5、上塔；6、主换热器；7、膨胀机；8、液氮过冷器；9、冷箱。
具体实施方式
16.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
17.实施例一：如附图1所示，一种用于分离气源提供的原料空气而制取氮气并提供给氮气用户的空气分离制取氮气的装置，主要包括下塔2、再沸器1、上塔5、冷凝蒸发器4，其中，再沸器1设置在下塔2底部内，冷凝蒸发器4设置在上塔5底部内。
18.下塔2具有液空进口、液空出口、氮气出口、回流液进口；液空进口位于下塔2的中部，用于将液体空气送入下塔2中；液空出口位于下塔2的底部，用于将下塔2底部汇集的液体空气送出下塔2；氮气出口位于下塔2的顶部，用于将精馏产生的氮气送出下塔2成为产品氮气；回流液进口位于下塔2的上部，用于将回流液送入下塔2中。再沸器1具有空气进口和液空出口；空气进口位于再沸器1的上部，用于将原料空气送入再沸器1中进行换热；液空出口位于再沸器1的下部，用于将再沸器1中换热产生的液体空气送出再沸器1。上塔5具有液空进口、氮气出口、回流液进口；液空进口位于上塔5的中部，用于将液体空气送入上塔5中；氮气出口位于上塔5的顶部，用于将精馏产生的氮气送出上塔5成为产品氮气；回流液进口位于上塔5的上部，用于将回流液送入上塔5中。冷凝蒸发器4具有氮气进口和液氮出口；氮
气进口位于冷凝蒸发器4的上部，用于将氮气送入冷凝蒸发器4中进行换热；液氮出口位于冷凝蒸发器4的下部，用于将冷凝蒸发器4中换热产生的液氮送出冷凝蒸发器4。
19.气源与再沸器1的空气进口相连接，再沸器1的液空出口与下塔2的液空进口相连接，下塔2的液空出口与上塔5的液空进口相连接，下塔2的氮气出口分为两路并分别与冷凝蒸发器4的氮气进口、氮气用户相连接，上塔5的氮气出口与氮气用户相连接，冷凝蒸发器4的液氮出口分为两路并分别与下塔2的回流液进口和上塔5的回流液进口相连接。
20.该空气分离制取氮气的装置还包括主换热器6、过冷器3、液氮过冷器8、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀等。
21.主换热器6内设置有多条换热管路，从而气源经主换热器6与再沸器1的空气进口相连接，下塔2的氮气出口经主换热器6与氮气用户相连接，上塔5的氮气出口经主换热器6与氮气用户相连接。过冷器3内设置有两条换热管路，下塔2的液空出口经过冷器3与上塔5的液空进口相连接。液氮过冷器8内设置有两条换热管路，冷凝蒸发器4的液氮出口经液氮过冷器8与上塔5的回流液进口相连接，上塔5的氮气出口经液氮过冷器8与氮气用户相连接。
22.第一节流阀设置在在再沸器1的空气出口与下塔2的液空进口之间。第二节流阀设置在下塔2的液空出口与上塔5的液空进口之间，具体设置在过冷器3与上塔5的液空进口之间。第三节流阀设置在冷凝蒸发器4的液氮出口与上塔5的回流液进口之间，具体设置在液氮过冷器8与上塔5的回流液进口之间。以上第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀中的第一、第二、第三仅用于区分不同的节流阀，并不用于表明节流阀之间的先后次序。
23.该空气分离制取氮气的装置还包括冷箱9、用于为冷箱9提供所需冷量的膨胀机7。则下塔2、上塔5、主换热器6、过冷器3以及液氮过冷器8、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、连接管路、膨胀机7的膨胀端均设置在冷箱9中。上塔5还具有位于其中下部的富氧气体出口，用于将上塔5中产生的富氧气输出上塔5；膨胀机7的膨胀端具有进气口和出气口。上塔5的富氧气体出口经过冷器3、主换热器6与膨胀机7的进气口相连接，膨胀机7的出气口经主换热器6连接至冷箱9外。
24.采用前述空气分离制取氮气的装置实施的空气分离制取氮气的方法，包括以下步骤：步骤1：将原料空气送入再沸器1中冷却为液体空气；步骤2：将在再沸器1中冷却得到的液体空气送入下塔2中进行精馏，得到液体空气和氮气；步骤3：将在下塔2中得到的液体空气送入上塔5中进行精馏，得到富氧液空和高纯度氮气，将下塔2中得到的氮气分为两路，一路送至氮气用户，另一路送入冷凝蒸发器4中冷凝为液氮；步骤4：将在冷凝蒸发器4中冷凝得到的液氮分为两路并分别送入下塔2和上塔5作为回流液参与精馏，将在上塔5中得到的高纯度氮气送至氮气用户。
25.上述空气分离制取氮气的方法具体流程如下：被压缩预冷纯化后的压缩空气（即原料空气），在主换热器6中被返流的富氧气和产品氮气冷却，冷却到一定温度后作为热源送入再沸器1，在再沸器1内被下塔2底部的液体空气冷却为液体空气，再沸器1内冷却得到的液体空气经第一节流阀送入下塔2参与精馏。下塔2底部产生的液体空气过冷后经第二节
流阀送入上塔5，作为回流液参与上塔5精馏。下塔2顶部的氮气分为两路，一路经主换热器6复热后送出冷箱9作为一路产品氮气送给用户使用，另一路进入冷凝蒸发器4中被上塔5底部的富氧液空冷凝成液氮。冷凝后的液氮分为两路，一路的部分液氮反流入下塔2顶部作为下塔2的回流液参与下塔2精馏，另一路的部分液氮过冷后经第三节流阀送入上塔5顶部作为回流液参与上塔5精馏。在上塔5顶部得到的高纯度氮气，经主换热器6复热后送出冷箱9作为另一路产品氮气送给用户使用。在上塔5底部抽取一股富氧气体进入膨胀机7进行膨胀制冷，为冷箱9内设备运行所需的冷量，膨胀后的富氧气体在主换热器6内复热后送出冷箱9。
26.上述双塔分离空气制取氮气流程的特点在于：1.设置再沸器1，提高精馏效率和设备提取率；2.能够同时生产两种压力等级的氮气产品。
27.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。