一种半连续中压氮气供应的空气分离系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种半连续中压氮气供应的空气分离系统，所述系统还包括氮气压缩机或者液氮泵、中压氮气节流阀及冷冻水节流阀，氮气压缩机或者液氮泵位于中压氮气管路所设置的分支管路上，用于对经主换热器复热后的部分中压氮气进行增压；当氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，分支管路经由中压氮气节流阀与水冷塔相连，以冷却水冷塔中的循环水后获得冷冻水；经过冷冻水泵后的部分冷冻水通过第二冷冻水管路经由冷冻水节流阀调节冷冻水的温度至目标温度后进入空冷塔。

【技术实现步骤摘要】
一种半连续中压氮气供应的空气分离系统
本技术涉及一种半连续中压氮气供应的空气分离系统，属于深冷分离、空气分离、天然气化工、煤化工及石油化工

技术介绍
大型煤化工工厂对氧气、氮气、仪表空气和工厂空气的需求量通常较大，一般采用深冷分离工艺进行空气分离。所谓的深冷一般是指操作温度在-70℃以下，也有部分书籍和文献将制冷与深冷的温度界限划分在-150℃以下，但美国NIST规定制冷和深冷的温度以-180℃为界，-180℃以下为深冷温度区间。本文中空气深冷分离工艺指通过将空气液化后进行精馏再得到各种产品的分离工艺。上述化工厂配置的空气分离装置通常称为大型或超大型空分装置，为制氧量一般在四万标立方/小时以上的空分装置，而超大型空分装置一般是指制氧量在十万标立方/小时以上的空分装置。常规的经空分冷箱复热后供应的气体产品，不论是高压氧气、中压氧气、低压氧气、高压氮气、中压氮气、低压氮气以及抽自增压机第一级的仪表空气和工厂空气均为稳定流量，波动范围有限。如果间断需求上述各种气体(本文仅以氧氮两类产品的空分为例，带氩工艺对本工艺并无影响)，那么可以考虑采用后备液氧、液氮储存系统供应，如液氧、液氮自贮槽分别经液氧泵和液氮泵增压再经后备汽化器复热后送至各自产品管网供应即可，需求中断时，关闭上述低温泵即可。中压氮气的连续供应可以采用的方法主要有：下塔抽气氮压机增压、上塔抽气氮压机增压以及下塔抽液、液氮泵增压气化供气。中压氮气的间断供应可以采用的方法主要有：后备液氮泵增压气化、后备中压液氮贮槽自流气化以及中压氮气缓冲罐排气供气。中压氮气的半连续供应，在此以某空分装置产品表(见下表1)中的半连续中压氮气需求为例，该半连续工况为：144小时/次，22次/年。表1空分装置产品规格参数表注：表1中所有产量单位为Nm3/h，是在0℃和0.1013MPaA条件下测的体积流量，称为标态流量。不论采用：a)空分冷箱供气，即前述所提及的“下塔抽液、液氮泵增压气化连续供应、上塔抽气氮压机增压”供气方式；还是采用：b)后备系统供气，即前述所提及的“后备液氮泵增压气化间断供应(包含后备液氮泵增压气化、后备中压液氮贮槽自流气化以及中压氮气缓冲罐排气供气)”供气方式。这两种形式均有一定的局限性。首先，空分冷箱供气，下塔抽液、液氮泵增压气化连续供气存在用气中断波动较大，由于下塔精馏对液体比较敏感，可能造成下塔精馏出现问题，进而可能引起空分装置产品不合格或者空分装置直接跳车；上塔抽气氮压机增压供气也不是最优方案，因为上塔抽气虽然会保证下塔的精馏稳定，但上塔抽气压力为常压，需要设置一台十分巨大的氮气压缩机，该氮压机电机功率大约在3550kW左右，设备投资巨大，且大型机组不适于启动频繁。其次，后备系统供气，对于液氮气化供应上述半连续中压氮气30000Nm3/h时间按144小时计算，需要7200m3液氮；所以“后备液氮泵增压气化间断供应(包含后备液氮泵增压气化、后备中压液氮贮槽自流气化以及中压氮气缓冲罐排气供气)”几种后备供气的方法均无法实现，液体量消耗巨大，不但需要设置超大的液氮贮槽，还要设置超大的氮气缓冲罐方可实现半连续中压氮气供应，上述方法都显得过于庞大，不太有经济性。最后，如果采用下塔抽气+外置氮压机连续供应0.7MPaG中压氮气，当需求中断时，直接将氮压机入口氮气排空，关闭氮压机，此种方案只可临时调节不可作为长时间使用，因为持续排放过于浪费，完全不具有经济性。基于以上因素，有必要设计出一种新型的半连续中压氮气供应的空气分离系统。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本技术的目的在于提供一种半连续中压氮气供应的空气分离系统。为了实现以上目的，本技术提供了一种半连续中压氮气供应的空气分离系统，包括上塔、下塔、设置于上塔、下塔之间的主冷凝蒸发器、主换热器、空压机、空冷塔、水冷塔、水冷机组、分子筛吸附器，所述下塔的中压氮气出口通过中压氮气管路经由所述主换热器与中压氮气存储设备相连；所述上塔的液氧出口通过高压氧气管路分别经由高压液氧泵、主换热器与高压氧气存储设备相连；所述上塔的污氮出口通过污氮管路或者所述上塔的低压氮气出口通过低压氮气管路与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水，所述冷冻水通过第一冷冻水管路分别经由冷冻水泵、水冷机组进入所述空冷塔，用于冷却空气；其中，所述系统还包括氮气压缩机或者液氮泵、中压氮气节流阀及冷冻水节流阀，所述氮气压缩机或者液氮泵位于所述中压氮气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分中压氮气进行增压；当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，所述分支管路经由中压氮气节流阀与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水；经过冷冻水泵后的部分冷冻水通过第二冷冻水管路经由所述冷冻水节流阀调节冷冻水的温度至目标温度后进入所述空冷塔。优选地，以上所述系统还包括氧气节流阀，所述氧气节流阀位于所述高压氧气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分高压氧气进行节流降压以获得低压氧气。在以上所述的系统中，优选地，当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，中压氮气管路所设置的分支管路经由中压氮气节流阀与所述分子筛吸附器相连，以对所述分子筛吸附器中的分子筛进行再生。在以上所述的系统中，优选地，中压氮气管路所设置的分支管路经由中压氮气节流阀与所述污氮管路或者低压氮气管路相连，所述污氮管路或者低压氮气管路与所述水冷塔相连。优选地，所述系统还包括氧气节流阀，所述氧气节流阀位于所述高压氧气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分高压氧气进行节流降压以获得低压氧气；当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，中压氮气管路所设置的分支管路经由中压氮气节流阀与所述分子筛吸附器相连，以对所述分子筛吸附器中的分子筛进行再生。优选地，所述系统还包括氧气节流阀，所述氧气节流阀位于所述高压氧气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分高压氧气进行节流降压以获得低压氧气；当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，中压氮气管路所设置的分支管路经由中压氮气节流阀与所述分子筛吸附器相连，以对所述分子筛吸附器中的分子筛进行再生；中压氮气管路所设置的分支管路经由中压氮气节流阀与所述污氮管路或者低压氮气管路相连，所述污氮管路或者低压氮气管路与所述水冷塔相连。本技术所述的系统可以适用于多种不同的工艺进行半连续中压氮气供应的空气分离，为了进一步对本技术的系统进行说明，本技术还提供了应用本技术的系统进行半连续中压氮气供应的空气分离的工艺，所述工艺包括以下步骤：由下塔直接抽取压力氮气经主换热器换热后进行中压氮气供应，其中，所述中压氮气的压力不大于0.4MPaG；当所需中压氮气的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半连续中压氮气供应的空气分离系统，包括上塔、下塔、设置于上塔、下塔之间的主冷凝蒸发器、主换热器、空压机、空冷塔、水冷塔、水冷机组、分子筛吸附器，所述下塔的中压氮气出口通过中压氮气管路经由所述主换热器与中压氮气存储设备相连；所述上塔的液氧出口通过高压氧气管路分别经由高压液氧泵、主换热器与高压氧气存储设备相连；所述上塔的污氮出口通过污氮管路或者所述上塔的低压氮气出口通过低压氮气管路与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水，所述冷冻水通过第一冷冻水管路分别经由冷冻水泵、水冷机组进入所述空冷塔，用于冷却空气；/n其特征在于，所述系统还包括氮气压缩机或者液氮泵、中压氮气节流阀及冷冻水节流阀，所述氮气压缩机或者液氮泵位于所述中压氮气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分中压氮气进行增压；/n当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，所述分支管路经由中压氮气节流阀与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水；经过冷冻水泵后的部分冷冻水通过第二冷冻水管路经由所述冷冻水节流阀调节冷冻水的温度至目标温度后进入所述空冷塔。/n

【技术特征摘要】
1.一种半连续中压氮气供应的空气分离系统，包括上塔、下塔、设置于上塔、下塔之间的主冷凝蒸发器、主换热器、空压机、空冷塔、水冷塔、水冷机组、分子筛吸附器，所述下塔的中压氮气出口通过中压氮气管路经由所述主换热器与中压氮气存储设备相连；所述上塔的液氧出口通过高压氧气管路分别经由高压液氧泵、主换热器与高压氧气存储设备相连；所述上塔的污氮出口通过污氮管路或者所述上塔的低压氮气出口通过低压氮气管路与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水，所述冷冻水通过第一冷冻水管路分别经由冷冻水泵、水冷机组进入所述空冷塔，用于冷却空气；
其特征在于，所述系统还包括氮气压缩机或者液氮泵、中压氮气节流阀及冷冻水节流阀，所述氮气压缩机或者液氮泵位于所述中压氮气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分中压氮气进行增压；
当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，所述分支管路经由中压氮气节流阀与所述水冷塔相连，以冷却所述水冷塔中的循环水后获得冷冻水；经过冷冻水泵后的部分冷冻水通过第二冷冻水管路经由所述冷冻水节流阀调节冷冻水的温度至目标温度后进入所述空冷塔。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括氧气节流阀，所述氧气节流阀位于所述高压氧气管路所设置的分支管路上，用于对经所述主换热器复热后的部分高压氧气进行节流降压以获得低压氧气。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述氮气压缩机或者液氮泵关闭，即不需要对中压氮气进行增压时，所述分支管路经由中压氮气节...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙彦泽，董永强，谷志杰，冯光，杨文玉，郭宁，卞潮渊，
申请(专利权)人：北京石油化工工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11