一种降低空气分离综合能耗的方法技术

本发明专利技术公开了一种显著降低空气分离综合能耗的方法，在下塔塔顶抽取大量氮气送入换热器复热，作为压力氮气产品，其余氮气进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮；冷凝的液氮一部分作为产品液氮被引出，或抽出大量液氮内压缩复热作为中压氮气产品。由于氮气产品全部来自从下塔顶部抽取的压力氮或液氮内压缩，且取出总量很大，而不是取自上塔低压氮压缩，充分抽取压力氮，充分利用空分上下塔的精馏潜力，可降低空分能耗。特别是上塔塔顶回流液取自下塔上部的污液氮，可进一步提高上塔的精馏能力，降低空分装置能耗和氮产品中的氩含量。采用本工艺流程，具有流程组织优化，设备投入成本低，能耗降低显著的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空气分离系统，尤其是。
技术介绍
空分的原料来自空气，具有取之不尽，用之不竭的特点，空分的经济性主要体现在 节能。传统的思想观念束缚了空分综合能耗降低的考虑，如片面强调纯度、提取率，而不是 全局考虑能耗。随着空分装置的大型化和内压縮空分的发展，如何节能具有非常迫切的重 要性。此外某些化工装置对氮气中的氩的含量要求较低，现有技术一般难以满足要求，或即 使满足要求，但加工空气量增大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能降低空气分离综合能耗的方法。 为了解决以上问题，本专利技术方法采用以下步骤 (1)压縮并净化的空气引入换热器进行低温冷却； (2)冷却后的空气送入下塔，在下塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体 进行传热传质，在下塔塔顶获得氮气； (3)从下塔顶抽取一部分氮气送入换热器复热到常温，作为压力氮气产品，其余氮 气进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮； (4)所述冷凝的液氮一部分过冷，过冷后的液氮一部分作为产品液氮被引出，过冷后的另一部分液氮去上塔顶部精馏；另一部分冷凝的液氮作为回流液返回下塔；从下塔底部和下部分别抽取的液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏； (5)从上塔上部引出的污氮气以及从上塔顶部引出的氮气，经过冷器过冷，并经换热器复热后引出。 采用上述第一种工艺流程步骤的本专利技术方法，由于输送到用户管网的氮气产品全 部来自从下塔顶部抽取的压力氮作为压力氮气产品，而不是全部或部分取自上塔低压氮压 縮。本专利技术方法虽然会适当降低氧的提取率，但节约的功耗价值更大。且随着空分装置的 氩产品价值的降低和内压縮膨胀空气进下塔空分的发展，为本专利技术的市场开拓提供了有利 机遇。当然本专利技术的上述步骤(3)、 (4)也可以采用下述步骤 步骤(3):从下塔顶出来的氮气进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮； 所述步骤(4):所述冷凝后的液氮一部分过冷，过冷后的液氮一部分作为产品液氮被引出，过冷后的另一部分液氮被抽取去上塔顶部精馏；冷凝后的另一部分液氮作为回流液返回下塔；其余冷凝的液氮经内压縮后送入换热器复热到常温，作为中压氮气产品；从下塔底部和下部分别抽取的液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏。 上述第二种专利技术工艺流程，利用下塔产生的液氮内压縮的方法获得较高压力的中压氮气产品，也能较好的降低空分能耗。 作为上述第一种工艺流程与第二种工艺流程结合的第三种工艺流程，其步骤(3) 从下塔顶抽取一部分氮气送入换热器复热到常温，作为压力氮气产品，其余氮气进入冷凝 蒸发器被冷凝成液氮；其步骤(4):所述冷凝后的液氮一部分过冷，过冷后的液氮一部分作 为产品液氮被引出，过冷后的另一部分液氮被抽取去上塔顶部精馏；冷凝后的另一部分液 氮作为回流液返回下塔；冷凝的其余液氮经内压縮后送入换热器复热到常温，作为中压氮 气产品；从下塔底部和下部分别抽取的液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏。 上述第三种工艺流程既采用从下塔顶部抽取压力气氮作为压力氮气产品，又同时 采用下塔产生的液氮内压縮的方法获得较高的中压氮气产品，也不失为一种较好的降低空 分能耗的方法。且当氮内压縮量控制在一定范围内时由于縮小了换热器冷端温差，节能更 明显。 作为上述第一种工艺流程的再进一步改进的第四种工艺流程，所述步骤(4):所 述冷凝的液氮其中一小部分作为产品液氮被引出，其余作为回流液返回下塔；从下塔底部 和下部分别抽取的液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏；从下塔上部抽取污液 氮经过冷器过冷后送入上塔的顶部精馏；所述步骤(5):从上塔顶部引出的污氮气，经过冷 器过冷，并经换热器复热后引出。 采用这种方法，在直接从下塔顶部抽取压力气氮作为压力氮气产品的基础上，上 塔塔顶回流液不采用液氮而取自污液氮。即抽取下塔的污液氮取代抽取纯液氮去上塔精 馏，进一步提高上塔的精馏能力，可以更大幅度降低空分装置能耗；并降低氮中的氩含量。 作为上述第二种工艺流程的再进一步改进的第五种工艺流程，所述步骤(4):所 述冷凝的液氮其中一小部分作为产品液氮被引出；一部分作为回流液返回下塔；其余的液 氮经内压縮后送入换热器复热到常温，作为中压氮气产品；从下塔底部和下部分别抽取的 液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏；从下塔上部抽取污液氮经过冷器过冷后 送入上塔的顶部精馏；所述步骤(5):从上塔顶部引出的污氮气，经过冷器过冷，并经换热 器复热后引出。 本方法的效果同第四种工艺流程所述。但当液氮内压縮获得的中压氮气产品与空 气分离时所获得的氧总摩尔流量的比例很大接近1. 5倍时，由于污液氮组分同污液空组分 接近，与常规空分类似，氮中氩含量降低并不显著。 作为上述第三种工艺流程的进一步改进的第六种工艺流程，所述步骤(4):所述 冷凝的液氮其中一小部分作为产品液氮被引出；一部分作为回流液返回下塔；其余的液氮 经内压縮后送入换热器复热到常温，作为中压氮气产品；从下塔底部和下部分别抽取的液 空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏；从下塔上部抽取污液氮经过冷器过冷后送 入上塔的顶部精馏；所述步骤(5):从上塔顶部引出的污氮气，经过冷器过冷，并经换热器 复热后引出。本方法的效果同第四种工艺流程所述。 在专利技术工艺流程中，第一种、第四种工艺流程中抽取的氮气所获得的压力氮气产 品与空气分离时所获得的氧总摩尔流量的最高比例可达 2倍，比例约为0. 5 2倍较为 经济，最佳比例约为0. 8 1. 8，可满足大部分空分装置需求。第二种、第五种工艺流程中液 氮内压縮获得的较高压力的中压氮气产品与空气分离时所获得的氧总摩尔流量的比例较 佳约为0. 25-1. 25倍较为经济。第三种、第六种工艺流程中液氮内压縮获得中压氮气产品 的1. 3倍和下塔抽取的氮气所获得的压力氮气产品流量总和与空气分离时所获得的氧总摩尔流量的比例0. 8 1. 8倍，氮内压縮比例约0. 75以下时较为经济。上述比例关系数据 为典型的3MPaG氧氮空分装置；内压縮压力提高，压力氮或液氮内压縮取出量的能力降低， 氮内压縮量增大，总压力氮的取出量的能力下降。 氩的分离功大于氧，氧的分离功大于氮，随着空分液体尤其氩市场的饱和，空分液 体、氩的平均价格急剧下滑，空分的消耗主要是能源，而能源价格却快速上升，大部分空分 装置不再盲目追求氩产量或不需要氩。本专利技术充分利用分离工程中量过大的高纯品需要消 耗额外的能量的原理进行节能，可以大幅降低空分装置的综合能耗。所采用的小部分氮内 压縮可以縮小换热器的冷端温差，减少不可逆损失，从而降低能耗。附图说明 本专利技术将通过实施例并参照附图的方式说明，其中 图1 6是本专利技术方法实施例1-6的装置示意图。 图7是现有技术的典型空分装置示意图。具体实施例方式如图7所示的现有技术的典型空分装置简图，采用氧内压縮、低压氮外压縮工艺， 其主要工艺流程如下 (1)压縮并净化的空气GA经101管线引入换热器El进行低温冷却； (2)冷却后的空气经102管线送入下塔C1，在下塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，在下塔塔顶获得氮气； (3)从下塔顶获取的氮气在冷凝蒸发器Kl中冷凝为液氮后分为两束， 一束液氮 经121-123管线进入过冷器E2 ;过冷后的液氮又分为两束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低空气分离综合能耗的方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）压缩并净化的空气引入换热器进行低温冷却；（２）冷却后的空气送入下塔，在下塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，在下塔塔顶获得氮气；（３）从下塔顶抽取一部分氮气送入换热器复热到常温，作为压力氮气产品，其余氮气进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮；（４）所述冷凝的液氮一部分过冷，过冷后的液氮一部分作为产品液氮被引出，过冷后的另一部分液氮去上塔顶部精馏；另一部分冷凝的液氮作为回流液返回下塔；从下塔底部和下部分别抽取的液空和污液空经过冷器过冷后分别送入上塔精馏；（５）从上塔上部引出的污氮气以及从上塔顶部引出的氮气，经过冷器过冷，并经换热器复热后引出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄震宇，李传明，
申请(专利权)人：四川空分设备集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]