一种生产高纯氮和低纯氧的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用空气分离生产高纯氮和低纯氧的方法，将冷却至饱和状态的空气送入下塔分离成为氮气和液态空气，然后将氮气冷却成液氮，液氮与液态空气分别送入氮塔精馏，得到高纯氮气和富氧液，富氧液送入氧塔精馏制得低纯氧。本发明专利技术方法采用三塔设计，同时生产带有压力的高纯氮和低纯氧，生产效率高，能耗低，可以连续化生产浮化玻璃等行业所需的氮气和氧气。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过液化作用进行气体分离的方法，尤其涉及一种从空气中分离高纯氮和低纯氧的方法。
技术介绍
随着浮法玻璃、化工等行业的快速发展，对高纯氮气、低纯氧需求量急剧增大，通 常浮法玻璃行业在使用的高纯氮气压力为0. 2 0. 5MPa，氮气纯度为99. 999% (O2浓度 (3ppm)；由于玻璃原料的融化需要空气或氧气助燃，而且随着国家节能减排政策的实施 及燃料成本的上升，氧气助燃有着更为广阔的应用前景。采用氧气助燃可以大大减少氧化 亚氮、二氧化碳的排放，并可以节约燃料、提高玻璃产品等级，其中氧气助燃需要的氧气纯 度大于80%，最好能够大于90%，同时压力应大于0. IMPa0空气中的主要气体成分为氮气和氧气，氮气和氧气体积分数分别为78. 12%和 20. 95%，而空气作为廉价资源无处不在，因此通过分离空气来生产氮气和氧气是最为传统 的方法。深冷空分制氮技术已有近百年历史，但是该方法工艺流程复杂、基建费用高、 产率低、所需操作人员多，因此人们长期以来努力寻求更为简单的空分方法，变压吸附 (Pressure Swing Adsorption, PSA)技术则是这一努力的成果，但是目前为止一般企业采 用PSA技术只能生产99. 9%纯度的氮气，国内也只有个别企业可生产99. 99%浓度的氮气， 目前只有美国空气用品公司能够采用PSA技术生产≥99. 999 %的氮气，但是价格昂贵。因 此液化精馏仍是目前常用的生产氮气的方法。低纯氧的生产一般采用全低压双塔精馏制取低压氮气及氧气，其电耗一般为 0. 38 0. 5KWh/m3，能耗较高，其副产品低压氮气不能直接输送，需增加氮气压缩机，氮气纯 度也不能满足高端浮法玻璃的需求。同时生产的氧气压力小于0. IMPa，而浮法玻璃、化工行 业需要大量的带压力的高纯氮气、低纯氧气，氮气及氧气压力要求大于0. 15MPa。同时为了 达到节能减排的要求，从空分过程中直接生产高提取率、带压力的高纯氮、低纯氧是非常具 有价值的。专利US006079223A公开了一种低温空气分离系统，将空气分离成为富氮蒸汽和 富氧液体，在包含精馏段和汽提段的回流冷凝器中精馏得到中纯度氮产品，汽提得到中等 纯度氧产品，采用该方法生产的氮和氧产品纯度低。专利US006230519B1公开了一种生产 气态氮和气态氧的低温空气分离方法，将空气低温精馏并在低压塔内分离成富氧流体和副 氮流体，然后根据密度不同分别从低压塔上下部回收氮气和氧气，该方法制冷降温过程复 杂。专利CN1038514A公开了一种生产高压氧和高压氮的空气分离流程，将空气压缩、吸附 除杂后通过双级精馏塔进行精馏，由于氮气和氧气均在同一塔内进行精馏，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种以空气为原料、同时生产高纯氮和低纯氧的方法，采用三塔制氮制氧，氮和氧在不同塔中进行精馏，同时将氮和氧从空气中分离出来，克服了传统方法的 缺陷，并节省了设备投资、降低了能耗、提高了产品附加值，实现了循环经济效应。 本专利技术生产高纯氮和低纯氧的方法，步骤如下步骤1，将纯化、干燥的空气冷却成饱和状态，然后送入下塔分离成氮气和液态空 气，然后将分离出来的氮气送入氮塔，经冷凝蒸发器冷凝成为液氮，然后回流至下塔顶部；步骤2，回流至下塔的液氮和下塔中分离出的液体空气分别进入氮塔进行精馏，分 离成带压力的氮气和富氧液，将氮气从塔顶抽出，得到纯度大于99. 999%高纯氮；富氧液 从塔底抽出，并从上端送入氧塔；优选地，富氧液在氧塔上方至少一块塔板处进入氧塔；步骤3，将富氧液在氧塔中进行精馏，富氧液和液氮分离成纯度80% 95%的低 纯氧和污氮气，将低纯氧冷却从塔底抽出。优选地，污氮气从塔顶抽出，并送入透平膨胀机膨胀至大气压制冷，以补充冷量。其中，下塔塔板数量优选为50 130块，操作压力优选为0. 6MPa 1. IMPa0其中，氮塔塔板数量优选为45 120块，操作压力优选为0. 15MPa 0. 5MPa。其中，氧塔塔板数量优选为20 90块，操作压力优选为彡0. OSMPa。根据所述生产方法的一种优选实施方式，其中液态空气从氮塔上部第1至第10块 理论塔板中的一块塔板处进入氮塔，或从塔釜进入氮塔。根据所述生产方法的另一种优选实施方式，所述步骤1中，氮气送入氮塔的同时， 将部分氮气送入氧塔，经氧塔内冷凝蒸发器冷凝成液氮后回流至下塔。优选地，在下塔中部抽出氮气送入氧塔，然后将经氧塔内冷凝蒸发器冷凝后的液 氮在下塔中部进入下塔。根据所述生产方法的进一步优选实施方式，其中，液氮回流至下塔顶部的同时，将 部分液氮送入氧塔顶部作为精馏回流液。通过上述设计，本专利技术和传统技术相比具有以下优点1)本专利技术采用三塔连续化生产，能够同时生产高纯氮和低纯氧，生产能力大幅提尚ο2)本专利技术生产的氮气压力可达0. 15 0.4510^，纯度达99.999% (氧气含量小于 5ppm)，氮气提取率为63 72% ；同时生产的氧气纯度可达到80% 95%，压力达0. 02 0. 25MPa，氧气提取率为70 95% ；综合电耗低，为0. 19 0. 23Kffh/NM3 (N2+02)。附图说明图1为本专利技术实施方式1的流程图；图2为本专利技术实施方式2的流程图；图3为本专利技术实施方式3的流程图；其中，1为下塔，2为氧塔，3为氮塔，4为主换热器上段，5为主换热器下段，6为过 冷器，7、71、72为节流阀，8为透平膨胀机，9为氮塔冷凝蒸发器，10为氮塔冷凝蒸发器，11为 压缩空气，12为下塔中抽出的氮气，13为液态空气，14、141为进入氧塔冷凝蒸发器的氮气， 15为氧塔冷凝后的液氮，16为进入氮塔冷凝蒸发器的氮气，17为氮塔冷凝后的液氮，18为 下塔送出的液氮，181为进入氮塔的液氮，182为进入氧塔的液氮，19为高纯氮，20污氮气，201为膨胀后的污氮，21为富氧液，22为低纯氧，30为高纯液氮，40为低纯液氧。 具体实施例方式本专利技术生产高纯氮和低纯氧的方法，采用下塔、氧塔和氮塔三塔设计，根据所需氮 和氧的纯度和压力的不同，三塔内塔板数和操作压力可分别从以下范围中选择下塔塔板数量50 130 块，操作压力0· 6MPa 1. IMPa ；氮塔塔板数量45 120块，操作压力0· 15MPa 0. 5MPa ；氧塔塔板数量20 90块，操作压力≥0. 08MPa。实施方式1 参照图1，本专利技术生产高纯氮和低纯氧的方法如下氮塔3、氧塔2和下塔1按照图1方式通过管道连接，其中，氮塔3内安装45块塔 板，操作压力0. 29MPa ；氧塔2内安装20块塔板，操作压力0. 17MPa ；下塔1内安装50块塔 板，操作压力0. 8MPa。经分子筛吸附除去二氧化碳和水后，空气11经过主换热器的上段4和下段5进行 冷却成为饱和状态，送入下塔1中进行分离，得到氮气和液态空气；氮气12从塔顶抽出送入 氮塔经冷凝蒸发器9冷却成液氮，然后回流至下塔1。为了提高氮气提取率，同时为了进一步除去氮气中的氧，还可以选择将氮气12分 成两股氮气流14和16，分别经氧塔2内的冷凝蒸发器10和氮塔内的冷凝蒸发器3冷却成 液氮15和17，然后回流至下塔。将液氮18通过节流阀送入氮塔3的顶端，进行精馏，液态空气13通过节流阀71本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产高纯氮和低纯氧的方法，其特征在于，步骤如下：步骤１，将纯化、干燥的空气冷却至饱和状态，然后送入下塔分离成氮气和液态空气，然后将分离出来的氮气送入氮塔，经冷凝蒸发器冷凝成为液氮，然后回流至下塔顶部；步骤２，回流至下塔的液氮和下塔中分离出的液体空气分别进入氮塔进行精馏，分离成带压力的氮气和富氧液，将氮气从塔顶抽出，得到高纯氮；富氧液从塔底抽出，并从氧塔上端送入氧塔；步骤３，将富氧液在氧塔中进行精馏，富氧液分离成低纯氧和污氮气，将低纯氧冷却从塔釜抽出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周大荣，俞建，陈熙静，
申请(专利权)人：上海启元科技发展有限公司，上海启元空分技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]