一种高压氮和低压氧的生产方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高压氮和低压氧的生产方法及装置，本发明专利技术采用三塔精馏同时制备高压氮和低压氧，所述三座精馏塔包括高压塔、氮塔及氧塔。从所述氮塔中制得高压氮气、氧塔中制得低压氧气。本发明专利技术一种高压氮和低压氧的生产方法及装置可实现压力氮气和纯氧的同时回收，其中压力氮气（其氧含量＜３ｐｐｍ）的提取率达７５～８０％，氮气压力达０．４～０．５ＭＰａ；纯氧（≥９９．６％Ｏ２）的提取率可达４０～７０％，压力达０．０２～０．０５ＭＰａ，而且氧气、氮气综合电耗仅为０．１８～０．２ＫＷｈ／ＮＭ３（Ｎ２＋Ｏ２），节能效果更显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体的生产工艺，尤其是涉及一种生产高压氮和低压氧气的方法 及其装置。
技术介绍
随着浮法玻璃、化工等行业的快速发展，对高压氮气、低压氧需求量急剧增大， 而且通常浮法玻璃行业在使用的高纯氮气具有较高的要求，一般氮气压力达到0.2 0. 5MPa,纯度达 99. 999% (O2 浓度彡 3ppm)。传统空分流程中，采用氮气和氧气的单独制备工艺。氮气的制备工艺有单塔正流 制氮流程，其制备的氮气压力可达0. 2 0. 3MPa，氮气提取率55 65% ；单塔返流制氮流 程，其制备的氮气压力达0. 4MPa IMPa，氮气提取率达到43 58% ；双塔返流制氮流程， 制得的氮气压力达0. 2 0. 3MPa，氮气提取率达60 71%，如中国专利CN2000201071. 2 提供了一种空气分离制取压力氮气的装置及方法，其采用“双塔正流”制氮流程，可制得的 氮气压力达0. 15 0. 4MPa，氮气提取率可达78 86%。传统制取纯度99. 6%以上氧气的空分流程一般采用全低压增压空气膨胀流程，氮 气纯度< 3ppm，氧气纯度达到99. 6%以上，制氧能耗为0. 45-0. 6KWh/匪3，制备过程中，产 生的副产品氮气压力< 0. 05MPa,低压氮气不能直接输送，需增加氮气压缩机，而且氮气纯 度不能满足浮法玻璃的需求。在空气中，氮气的含量达78%，氧气含量达21%，无论氮气制备工艺还是氧气的 制备工艺都会产生大量的低纯度的副产物。传统的高压氮与低纯氧的制备工艺都会造成大 量能源浪费。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生产高压氮和低压氧气的方法，其目的在于克服上述高压氮和 低压氧的制备工艺不足，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，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。本专利技术一种生产高压氮和低压氧气的方法通过以下技术方案实现其目的一种高压氮和低压氧的生产方法，其中，本专利技术采用三塔精馏的方法同时制取高压氮气和低压氧气，采用的装置包括高压塔、氮塔和氧塔，还包括主换热器、过冷器、冷却器 和三座精馏塔；所述高压塔、氧塔均接有冷凝蒸发器，所述氮塔接有再沸器；所述生产方法包括以下步骤步骤一将常温空气通过主换热器，获得低温饱和或过热的空气，并将获得的一部 分低温饱和或过热的空气通入所述高压塔内精馏；将提取的氮气经所述高压塔的冷凝蒸发 器冷凝成液氮，并提取部分液氮，经过冷器降温后通入所述氮塔中精馏；将精馏获得的富氧 液通过所述过冷器冷凝后再通过所述高压塔的冷凝蒸发器，并汽化成富氧气体，通入所述 氮塔中精馏；步骤二 将另一部分通过主换热器冷却后获得的低温饱和或过热的空气通入所述 氮塔的再沸器冷凝成富氧液后，通入所述高压塔的冷凝蒸发器并汽化成富氧气体后通入所 述氮塔内精馏；步骤三在所述氮塔的塔顶提取精馏后得到的带压力的高纯度氮气；并在所述氮 塔的塔釜底开设富氧液提取口，提取富氧液，并通入所述氧塔内精馏；步骤四在所述氧塔中提取高纯度氧气。上述的生产方法，其中，将一股常温空气经过增压透平膨胀机增压、冷却器和主 换热器后，在膨胀机中膨胀降温、降压成膨胀空气，并通入所述氮塔中，与所述步骤一中获 得的液氮、步骤一与步骤二中分别获得的富氧气体一同精馏。这种设计可以有效平衡整个 生产体系的能源供应，从而减小外部能源消耗量。上述的生产方法，其中，所述步骤一中，所述膨胀空气从所述氮塔的塔釜上方至少 一块精馏塔板的上方进入精馏塔。上述的生产方法，其中，在所述步骤一中，将大部分经所述高压塔的冷凝蒸发器冷 凝，所述高压塔精馏提取的氮气，而产成的液氮返回所述高压塔中进行回流。上述的生产方法，其中，步骤三中，将部分在所述氮塔中精馏后得到的压力氮气通 入所述氧塔的冷凝蒸发器中冷凝成液氮，并返回所述氮塔中进行液氮回流。上述的生产方法，其中，将步骤三中的所述氮塔中的富氧液通入所述氧塔中部，并 向所述氧塔顶部通入部分由所述氧塔的冷凝蒸发器产生的液氮作为回流液，从而提高氧气 产量。上述的生产方法，其中，步骤四中，在所述氧塔的塔釜处提取高纯度带压力的液 氧；并在塔顶处提取副产物富氧气，作为再生气体。上述的生产方法，其中，将步骤三中的所述氮塔中的富氧液通入所述氧塔中部，并 向所述氧塔顶部通入部分在步骤一中，所述高压塔中产生的富氧液、或通入部分在步骤二 中，由所述氮塔的再沸器冷凝而成富氧液、或通入部分在所述步骤一中，由所述高压塔的冷 凝蒸发器所产生的液氮作为回流液，从而提高氧气产量。一种用于高压氮和低压氧的生产方法的装置，其中，包括高压塔、氮塔和氧塔，所 述高压塔和氧塔装有冷凝蒸发器，所述氮塔装有再沸器；还包括过冷器、冷却器、和主热交 换器；所述装置的其连接关系为空气原料管道通过主换热器与所述高压塔连接，向所述高压塔内通入空气原料； 所述高压塔设氮气输出口，并通过所述高压塔的冷凝蒸发器连接所述氮塔，将高压塔内的 液氮送入所述氮塔内精馏；同时所述主换热与所述氮塔的再沸器连接，并通过过冷器与连接所述高压塔的冷 凝蒸发器，将液化后的空气通入所述高压塔的冷凝蒸发器；所述高压塔的塔釜处设富氧液输出口，并连接所述述高压塔的冷凝蒸发器，将高 压塔内的富氧液通入所述冷凝蒸发器中；所述高压塔的冷凝蒸发器与所述氮塔连接，所述冷凝蒸发器将其中的液体气化后 通入所述氮塔中，精馏；所述氮塔设有高压氮气提取口，提取产品高压氮气；并开设富氧液空抽取口，将精 馏获得的富氧液空通入所述氧塔中，制备低压氧气。上述的高压氮和低压氧的生产方法的装置，其中，所述高压塔还开设回流液进口， 所述回流液进口与所述高压塔的冷凝蒸发器连接，将所述冷凝蒸发器产生的液氮返回所述 高压塔中回流；所述氮塔也设有回流液进口，所述氮塔的高压氮气提取口与所述氧塔的冷凝蒸发 器连接，且通过所述氧塔的冷凝蒸发器与所述回流液进口连接，将所述冷凝蒸发器中产生 的液氮的返回所述氮塔中作为回流液。所述氧塔也设有回流液进口 ；所述回流液进口与所述高压塔的富氧液输出口、或 所述高压塔的冷凝蒸发器、或所述氮塔再沸器连接、或所述氧塔的冷凝蒸发器连接，补充液 体作为回流液。所述装置还包括第二条空气原料管道和增压透平膨胀机，所述空气原料管通过依 次连接所述增压透平膨胀机的增压端、所述冷却器、主换热器、增压透平膨胀机的膨胀机和 所述氮塔，该管道将原料空气在经膨胀降温、降压后形成的膨胀空气通入氮塔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压氮和低压氧的生产方法，其特征在于，本专利技术采用三塔精馏的方法同时制取高压氮气和低压氧气，采用的装置包括高压塔、氮塔和氧塔，还包括主换热器、过冷器、冷却器和三座精馏塔；所述高压塔、氧塔均接有冷凝蒸发器，所述氮塔接有再沸器；所述生产方法包括以下步骤：步骤一：将常温空气通过主换热器，获得低温饱和或过热的空气，并将获得的一部分低温饱和或过热的空气通入所述高压塔内精馏；将提取的氮气经所述高压塔的冷凝蒸发器冷凝成液氮，并提取部分液氮，经过冷器降温后通入所述氮塔中精馏；将精馏获得的富氧液通过所述过冷器冷凝后再通过所述高压塔的冷凝蒸发器，并汽化成富氧气体，通入所述氮塔中精馏；步骤二：将另一部分通过主换热器冷却后获得的低温饱和或过热的空气通入所述氮塔的再沸器冷凝成富氧液后，通入所述高压塔的冷凝蒸发器并汽化成富氧气体后通入所述氮塔内精馏；步骤三：在所述氮塔的塔顶提取精馏后得到的带压力的高纯度氮气；并在所述氮塔的塔釜底开设富氧液提取口，提取富氧液，并通入所述氧塔内精馏；步骤四：在所述氧塔中提取高纯度氧气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周大荣，
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[]