一种可在空气分离厂的氮气增产方法与设备，特别是用于空气分离厂中氮水预冷系统的改良，藉由调降进氮水预冷系统的氮气流量，并将其导至氮压机，以供后续利用。为了不致使进入分子筛吸附系统的气体含有较高的饱和水蒸气，使吸附效果变差，本发明专利技术增加了冷冻机的冷冻能力，可降低进入空冷塔的冷却水温度与出空冷塔的空气温度，提升空冷塔的冷却效果，如此可提升氮气产品的产量。根据本发明专利技术的氮气增产方法，可以减少空分机组使用的数量，且相对于尽管增加了冷冻机组的使用数目或能力，其可以节省较多的能源消耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关于一种在空气分离厂的氮气增产方法，特别是用于空气分离厂中氮水预冷系统的改良。
技术介绍
从空气中分离出氮气与氧气的方法，在制铁、化学及电子工业等广泛领域皆有使用着，尽管空气分离系统已发展至高度成熟的境界，但是针对分离效率的提高、操作成本的降低与操作安定性的提升等仍有许多待研究与改善的地方，本专利技术即是针对实际操作上的改良，以降低操作成本的方法。如图1所示为习知的空气分离厂的空气分离设备流程图，此空气分离机组是属于分子筛吸附式、无氢制氩流程的空气分离设备，其包括空压机1，其用以提供制程空气所需压力；空气预冷系统，其用以将空压机加压后的高温空气冷却，此空气预冷系统包含SC 空气冷却塔(Spray cooler) 2及EC水冷却塔(Evaporative cooler) 3 ；分子筛吸附器4， 其用以将制程空气杂质如碳氢化合物、C02、N20、H2O等过滤；主热交换器6，其可将制程空气降温并将出分馏塔的产品回收冷度，其将出分馏塔5的氧、氮气做热交换以做复热用；分馏塔5，其藉由规整填料塔或筛盘塔，利用氧、氮、氩在不同压力下的沸点不同，而将氧、氮、氩分离出来；复数台氮压机7、氧压机15，其压缩出分馏塔且经主热交换器6复热后的氮、氧气产品，以供下游使用；膨胀拓平(透平)机8，其用以提供整个分馏制程所需的冷度。而整个空气分离程序的操作流程是，从空压机1来的高温空气9进入SC空气冷却塔下部2c，与从水泵IOa来的常温冷却水11在SC空气冷却塔中部2b逆流直接接触，进行热交换，空气得到初步冷却后，再上升到SC空气冷却塔上部2a，与来自EC水冷却塔3的低温冷却水12进一步热交换后，排出SC空气冷却塔2，此排出SC空气冷却塔2的制程空气， 进入分子筛吸附系统4后，经主热交换器进行热交换，再进入分馏塔进行氧、氮、氩的分馏。在空气冷却塔(SC空气冷却塔)的冷却水有两路，一路为进入EC水冷却塔12a，与出分馏塔5的混合氮气(氮气+废氮气，此废氮气为纯度较低的粗氮气)做热交换，藉由与混合氮气热交换后即成为低温冷却水12，此低温冷却水12再进入SC空气冷却塔上部2a。 另一路为由水泵IOa直接送入SC空气冷却塔中部2b的常温冷却水11，此两路冷却水与空气热交换后，在SC空气冷却塔下部2d汇集后，即排出此空冷塔2，另外此混合氮气则从EC 水冷塔下部3a进入后，再由此EC水冷塔上部3b排出。在空气冷却系统，配套设备有空气冷却塔2、冷冻机10c、EC水冷却塔3、水泵10a、IOb等，冷冻机IOc —般附属于此EC水冷却塔系统3。此空冷系统流程为近几年中最常用的，它取消了冷水机组，以水冷塔代替，充分利用了空分设备的副产品混合氮气(氮气+废氮)的吸湿性以及冷冻机IOc的协助来得到低温水，因此大大降低了能耗。SC空气冷却塔2和EC水冷却塔3采用了最先进的填料塔形式，具有阻力小、效率高、处理能力强等优点。由主热交换器内返流的废氮14a和氮气14b，除满足分子筛吸附器4再生所需的一部份外，其余均从EC水冷却塔下部进入3a，由下而上穿过EC水冷却塔的塔板或填料层，与向下喷淋的水12a进行热交换。由于废氮14a和氮气14b对应当时温度是不饱和的，所以有一部份水会蒸发成蒸汽进入废氮14a和氮气14b中，水蒸发时可吸收大量潜热以及水可与废氮14a和氮气14b之间做热交换，因此使水得到冷却。被冷却后的水由水泵IOb压送到冷冻机IOc再冷却，后续输送到SC空气冷却塔的顶部2a。在SC空气冷却塔2中，由空压机1来的压缩空气，其进入空气冷却塔的塔底2c，并由下向上穿过塔板和填料层。在这些气、液接触面上，压缩空气与逆流喷淋的冷却水11、12 进行热交换，空气温度降低，空气中的饱和水分含量减少，水蒸气凝结成水后加入到冷却水中。而在EC水冷却塔3中，废氮和氮气的混合氮气从下到上，温度升高，含水量增大；水从上向下，温度降低，水量减少，出EC水冷却塔底部3c的冷却水经过水泵IOb的加压与冷冻机IOc的冷却送入SC空气冷却塔2中来做为冷却用。在空冷系统影响EC水冷却塔降温效果的因素很多，但其中关键的因素是水-气比，即喷淋水量与气体流量的比值。因混合氮气中的饱和蒸汽量有上限值，所以EC水冷却塔中水温降低的程度，取决于水_气比的值，如此一来，此EC水冷却塔3中的降温程度也是有限度的，需要用较大流量的混合氮气来提升此EC水冷却塔3的冷却效果，如减少此混合氮气流量，如此出EC水冷却塔3的冷却水温度会升高，此会影响SC空气冷却塔2中的空气冷却效果，如SC空气冷却塔2中的冷却效果降低，空气会具有较高的温度与饱和蒸汽压，如此即会使分子筛吸附器4的吸附负担变重，进而影响空气分离厂的生产能力。本专利技术所相关的气体工厂的氮气产量有额外需求时，需额外增加空分机组与氮压机来增加氮气的产量，但此氮压机的压缩限额为35000NM7H，超出限额的氮气会送往EC水冷却塔3做为冷却水的冷媒用，一般，空分机组可做为氮气产品用的产能约占制程空气的一半。例如制程空气量160000匪7H，氮气产量约有80000NM7H，所以会有45000NM7H的氮气被送往EC水冷却塔3，在不增加空分机组的数量且要维持空气分离机组稳定运转的情况下，如能再利用此部分的氮气，则即可增加氮气的产出来供下游使用与调配，而不需多开额外的空分机组，如此可节省大量能源消耗。
技术实现思路
本专利技术提供一种在空气分离厂的氮气增产方法与设备，特别是用于空气分离厂中氮水预冷系统的改良，藉由调降进氮水预冷系统的氮气流量，并将其导至氮压机，以供后续利用。为了不致使进入分子筛吸附系统的气体含有较高的饱和水蒸气，使吸附效果变差，所以本专利技术增加了冷冻机的冷冻能力，如此则可降低进入空冷塔的冷却水温度与出空冷塔的空气温度，并提升了空冷塔的冷却效果，所以如此即可提升氮气的产量，此为构造简单且具扩充性的专利技术设计，根据本专利技术的氮气增产方法，可以减少空分机组使用的数量，且相对于尽管增加了冷冻机组的使用数目或能力，其可以节省较多的能源消耗。附图说明图1为习知的空气分离厂的空气分离设备流程图。图2为本专利技术的实现例的空气分离机组监控参数示意图。图3至图10为本专利技术的各监控参数的监控数据图主要元件符号说明1 空压机2 SC空气冷却塔2a SC空气冷却塔上部2b SC空气冷却塔中部2c SC空气冷却塔下部2d SC空气冷却塔底部3 EC水冷却塔3a EC水冷却塔下部3b EC水冷塔上部3c EC水冷却塔底部4 分子筛吸附器5 分馏塔6 主热交换器7 氮压机8 膨胀拓平机9 高温空气IOa水泵IOb 水泵IOc冷冻机组11 常温冷却水12 低温冷却水12a常温冷却水14a废氮14b氮气14c 氧气15 氧压机TO进空压机的空气温度Tl出SC空气冷却塔的空气温度T2冷冻水的温度T3 出EC水冷却塔的水温T4入SC空气冷却塔的水温T5空气出分子筛吸附器的温度Al空气出分子筛吸附器的CO2值A2空气出分子筛吸附器的H2O值Fl 冷冻水流量F2 出分馏塔上塔氮气总量F3 去EC水冷却塔的氮气流量Pl 分馏塔上塔压力Ll EC水冷却塔的液位值VlO 压缩空气到EC水冷却塔的控制阀具体实施例方式参考图2所示，其揭示本专利技术的实现例的空气分离机组监控参数示意图，其包含 进空压机1的空本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤恩溶，陈正忠，林盈泽，
申请(专利权)人：中国钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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