一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置的制作方法

1.本实用新型属于空分技术领域，具体涉及一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置。


背景技术：

2.氮气作为一种重要的化工原料，广泛应用于冶炼、化肥、煤化工等领域。根据不同的工艺，需要不同纯度的氮气，结合用户对氮气压力和气量的要求，氧气作为副产品也有一定的经济价值。目前的高纯氮装置，在生产高纯氮气同时，副产品是低纯度的富氧。通常情况下，由于这部分气体含氧纯度只有36%左右，利用价值不大，故此部分富氧一般在出冷箱后作为废气放空，造成了能源浪费。为了满足对低纯度氧气的需求和避免资源浪费，迫切需要研究开发一种既能避免高纯度氮气生产过程中低浓度氧气的浪费、同时能制备出低浓度氧气装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置，不但可以产生纯度不低于99.999%的高纯氮气，还可以生产纯度99.6%的氧气或液氧产品。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置，包括主换热器、过冷器、氮塔、第一冷凝蒸发器、氧塔、透平膨胀机和第二冷凝蒸发器，所述第一冷凝蒸发器设置在氮塔上部，所述第二冷凝蒸发器设置在氧塔下部；所述主换热器的进气口为经过过滤、净化冷却后空气的输入口，主换热器的出气口通过管道与氮塔下部的空气进气口连通；所述氮塔顶部的高纯氮气出口经管道分别连接主换热器、第一冷凝蒸发器和第二冷凝蒸发器的高纯氮气进气口，氮塔底部的液空出口与过冷器的液空进口连通，所述过冷器的液空出口经管道与第一冷凝蒸发器的液空进口连通；所述第一冷凝蒸发器顶部的富氧废气出口经管道依次与过冷器和主换热器的富氧废气进口连通，主换热器的富氧废气出口经管道与透平膨胀机的富氧废气进口连通，所述透平膨胀机的膨胀后富氧废气出口经管道与过冷器的膨胀后富氧废气进口连通，过冷器的膨胀后富氧废气出口经管道与主换热器的富氧废气进口连通，第一冷凝蒸发器底部的富氧液空出口经管道与氧塔上部的富氧液空进口连通；所述氧塔顶部的污氮气出口经管道依次与过冷器和主换热器的污氮气进口连通，氧塔下部的氧气出口通过管道与主换热器的氧气进口连通，氧塔底部的液氧出口通过管道连接液氧储罐；第二冷凝蒸发器的液氮出口通过管道连接液氮储罐。
6.优选地，所述氮塔和氧塔均为填料塔。
7.优选地，所述第一冷凝蒸发器底部的氮气出口通过管道与氮塔上部的回流液入口连接。
8.优选地，所述氮塔下部的液空出口通过管道依次连接过冷器的液空进口和氮塔3上部的液空入口。
9.优选地，所述第二冷凝蒸发器的液氮出口通过管道还连接氮塔上部的液氮进口。
10.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
11.本实用新型装置设置氧塔工艺，不但可以产生纯度不低于99.999%的高纯氮气，还可以生产纯度99.6%的氧气或液氧产品；整个装置中的氮塔和氧塔均采用规整填料塔，总体投入增加有限，但可以使空压机排压降低为0.48mpa，氮气产品压力提高到0.43mpa，大大降低空压机和氮压机能耗，同时可以调节氮气产品50～110%的操作弹性。
附图说明
12.图1为本实用新型一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置的结构示意图。
13.附图中标记：1为主换热器，2为过冷器，3为氮塔，4为第一冷凝蒸发器，5为氧塔，6为透平膨胀机，7为第二冷凝蒸发器。
具体实施方式
14.以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限定本实用新型的保护范围。
15.如图1所示，一种双塔低温精馏制取高纯氮气装置，包括主换热器1、过冷器2、氮塔3、第一冷凝蒸发器4、氧塔5、透平膨胀机6和第二冷凝蒸发器7，第一冷凝蒸发器4设置在氮塔3上部，第二冷凝蒸发器7设置在氧塔5下部；主换热器1的进气口为经过过滤、净化冷却后空气的输入口，主换热器1的出气口通过管道与氮塔3下部的空气进气口连通；所述氮塔3顶部的高纯氮气出口经管道分别连接主换热器1、第一冷凝蒸发器4和第二冷凝蒸发器7的高纯氮气进气口，氮塔3底部的液空出口与过冷器2的液空进口连通，过冷器2的液空出口经管道与第一冷凝蒸发器4的液空进口连通；第一冷凝蒸发器4顶部的富氧废气出口经管道依次与过冷器2和主换热器1的富氧废气进口连通，主换热器1的富氧废气出口经管道与透平膨胀机6的富氧废气进口连通，透平膨胀机6的膨胀后富氧废气出口经管道与过冷器2的膨胀后富氧废气进口连通，过冷器2的膨胀后富氧废气出口经管道与主换热器1的富氧废气进口连通，第一冷凝蒸发器4底部的富氧液空出口经管道与氧塔5上部的富氧液空进口连通；氧塔5顶部的污氮气出口经管道依次与过冷器2和主换热器1的污氮气进口连通，氧塔5下部的氧气出口通过管道与主换热器1的氧气进口连通，氧塔5底部的液氧出口通过管道连接液氧储罐；第二冷凝蒸发器7的液氮出口通过管道连接液氮储罐。
16.本实施例中氮塔3和氧塔5均为填料塔。
17.作为一种优选地实施方式，本实用新型第一冷凝蒸发器4底部的氮气出口通过管道与氮塔3上部的回流液入口连接。
18.作为一种优选地实施方式，本实用新型氮塔3下部的液空出口通过管道依次连接过冷器2的液空进口和氮塔3上部的液空入口。
19.作为一种优选地实施方式，本实用新型第二冷凝蒸发器7的液氮出口通过管道还连接氮塔3上部的液氮进口。
20.本实用新型采用深冷分离方法，净化后的压缩空气（0.48mpa）进入分馏塔，通过主换热器1与返流低温废气、产品氮气进行热交换，冷却至
‑
174℃后进入氮塔3底部，经过精馏分离为纯度99.999%的产品氮气和含氧量38.1%的液空。氮塔3底部含氧量38.1%的液空经过冷器2后进入第一冷凝蒸发器4与来自氮塔3顶部出来的高纯氮气进行相变换热，液空蒸发为废气，第一冷凝蒸发器4底部产生含氧量54.5%的富氧液空进入氧塔3上部，氮气被冷凝后
作为氮塔3的回流液。来自氮塔3顶部出来的99.999%高纯氮气一部分作为氧塔3的蒸发热源，被液化成液氮产品送出，一部分进入主换热器1复热至常温作为氮气产品送出。废气由第一冷凝蒸发器4顶部引出，经过冷器2复热后去透平膨胀机6膨胀，给装置补增冷量，膨胀废气再经过冷器2、主换热器1复热至常温后输出，部分作为纯化系统再生气，其余去水冷却塔。含氧量54.5%的富氧液空从第一冷凝蒸发器4底部经过过冷器2冷节流进入氧塔5上部，经过精馏分离在氧塔5顶部得到污氮气，污氮气经过冷器2、主换热器1复热至常温后输出，作为水冷却塔的冷源气；在氧塔5下部和底部分别得到纯度99.6%的氧气和产品液氧，氧气经主换器1复热输出。
21.本实用新型相对于其它制取高纯氮工艺有以下优点：
22.1）本装置中的氮塔和氧塔均采用规整填料塔，总体投入增加有限，但可以使空压机排压降低为0.48mpa，氮气产品压力提高到0.43mpa，大大降低空压机和氮压机能耗，同时可以调节氮气产品50～110%的操作弹性。
23.2）本装置设置氧塔工艺，不但可以产生纯度不低于99.999%的高纯氮气，还可以生产纯度99.6%的氧气或液氧产品。
24.以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，仅仅用以解释本实用新型，并非限制本实用新型实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本实用新型的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本实用新型申请专利范围内。