一种带补充压力氮进气的空分装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带补充压力氮进气的空分装置，包括一级精馏塔、二级精馏塔、冷凝蒸发器、换热器、过冷器，提供补充压力氮气的压力氮管网经换热器与一级精馏塔的顶部连接；接近液化点的原料空气与一级精馏塔连接；去液化空气在换热器被冷流体液化过冷获得的液体空气与一级精馏塔连接，所述一级精馏塔的顶部与二级精馏塔的底部通过冷凝蒸发器连接。采用本方案可获得更多的氮产品；也可获得压力氧气。本实用新型克服常规氮循环的缺点,结合了空气液化换热的优点，避免了产氮能力降低的缺点，适用多种装置。
【专利说明】一种带补充压力氮进气的空分装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种空分装置，是一种能有效增加氮气产量，提高氧提取率，尤其是针对氮氧产量之比较高的情况下能显著降低能耗且简单可行的空气分离装置，具体为补充压力氮进气的空分装置。
【背景技术】
[0002]工业的发展使得生产工艺逐步多样化，用户对空分装置的生产能力也提出了更多的要求。空分装置输出的氮氧比对整个工艺流程和装置的能耗将产生重要的影响。在常规空分流程中，受氧提取率的限制，所需空气量会随制氧量的增加而增大，从而使能耗增加，由于设备长期运行，节能也就至关重要。
[0003]某些化工工艺对氮气的需求量很大，如合成氨，煤制烯烃等，氧氮极不平衡，常规流程氧富裕氮不足，而氧的分离功耗比氮大，氧放空能耗增高显著。有些工艺要求氮的压力很高，规格较多，氮气若采用外压缩，压力匹配困难；高压氮压缩因氮易窒息，泄漏容易造成安全事故，使用单位不推荐高压氮采用外压缩；氮流量小，压力高采用活塞压缩需备机及更换易损件维护复杂，透平压缩效率低且有时无法实现；化工装置空分因出于安全考虑普遍采用氧内压缩，部分装置氧内压缩规模小，增压空气流量少，氮内压缩氮产量可提高增压空气流量；上规模的化工空分装置一般采用蒸汽驱动一拖二，使用者不希望有过多的压缩机，有些工艺要求氮产品压力规格较多，若采用外压缩，压力匹配困难，若匹配压力，则压缩机过多投资费用高，维护费用高，影响系统的可靠性，且需要消耗大量电力，电驱费用高。
[0004]一般化工空分装置使用者推荐采用氮内压缩，若采用常规空气液化流程，氮产量急剧下降，气态空气精馏一般仅能获得40~47%的压力氮；若采用氮循环氮液化流程:冷损大，循环量大，氮压力要求更高，与氮气产品压力匹配困难，高压氮压缩具有一定的泄漏窒息安全风险。氮循环管路长设备较多，氮纯度要求高，需要长时间置换，氮纯度合格慢。
[0005]另一种情况是液体空分需要较多的氮产品，采用常规空气循环不能满足要求，用户不愿采取常规氮循环的液体空分装置。
【发明内容】
[0006]本实用新型正是针对以上技术问题，提供一种能有效提高氧提取率，降低能耗、操作简便的补充压力氮气进气的空分装置。采用本方案可同时获得更多的氮气产品及液态产品贮存作为备用，由此获得的液氧也可通过液位高度差或液氧泵增压后与增压空气换热获得压力氧气；获得补充的液氮也可通过液氮泵加压与空气换热，获得更高压力的内压缩氮气。
[0007]具体技术方案如下:
[0008]一种带补充压力氮进气的空分装置，包括一级精馏塔1、二级精馏塔2、冷凝蒸发器3、换热器4、过冷器5，提供补充压力氮气的压力氮管网经换热器4与一级精馏塔的顶部连接；提供原料空气8的管道与一级精馏塔I连接；提供去液化空气9的管道连接换热器4，所述去液化空气9在换热器4中被液化过冷获得液空10，所述换热器4与一级精馏塔I连接，所述一级精馏塔I的顶部与二级精馏塔2的底部通过冷凝蒸发器3连接。
[0009]作为可选方式，上述的一种带补充压力氮进气的空分装置，所述补充压力氮的来源不限，既可来源于氮压机，也可来源于氮管网。
[0010]作为可选方式，上述的一种带补充压力氮进气的空分装置，在冷凝蒸发器3与换热器4之间连接液氧泵11。
[0011]作为可选方式，上述的一种带补充压力氮进气的空分装置，冷凝蒸发器3冷凝的液氮12与液氮泵20连接，所述液氮泵20与换热器4连接。
[0012]作为可选方式，上述的一种带补充压力氮进气的空分装置，所述冷凝蒸发器3获得的液氧通过液氧静液柱或液氧泵11与氧增压器22连接，液氧蒸发形式为全浸方式，所述氧增压器22的氧气出口与换热器4连接。
[0013]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0014]1、通过补充压力氮气进空分装置，并经主冷凝蒸发器冷凝，增加二级精馏塔的液氮回流量，氧氮氩分离更彻底，以获得更多的氮产品，同时提高氧氩的收率。
[0015]2、本实用新型补充压力氮冷凝可获得更多的液氮，便于实现液氮泵增压氮内压缩。
[0016]3、本实用新型由于可通过外部氮压机补充压力氮，补气调节范围大，氧氮产品比例可灵活调节，便于实现精馏最优匹配，使能耗达到最低；常规流程很难实现精馏匹配，氧氮比例较为固定，调整有限。
[0017]4、本实用新型克服常规中压氮循环内压缩的缺点:氮压缩比空气压缩能耗高，氮气比空气液化热低，氮气比空气与液氧换热需要更高的压力；高压氮压机泄漏窒息危险大，氮循环冷损大；本实用新型结合了空气液化换热的优点:补充氮气量较小，压力低，换热器处理气量少，装置冷损少，空气增压换热效果好，压力无需很高，流量小，液空容易被二级精馏塔吸收处理。
[0018]5、本实用新型安全性高:氧氮内压缩仍采用空气增压换热，避免高压氮压机泄漏的危险，氮压机压力一般较低，泄漏风险小。
[0019]6、本实用新型氮内压缩采用空气增压换热，避免小流量高压力低效率压缩，可进一步增大空气增压机流量，提高其压缩效率，也便于一拖二机器匹配。
[0020]7、本实用新型便于氮泵内压缩，易于克服氮产品压力与压缩机不匹配；或氮产品压力高流量小；用户不愿接受活塞氮压机或氮压机数量过多，投资费用高或占地面积大，维护工作量大而不适于氮外压缩的缺点；同时可大大减少电力消耗。
[0021]8、本实用新型可通过简单处理，避免大多数空分装置采用中压氮循环。
[0022]9、本实用新型具有流程组织优化，简单，设备投入成本低，氮管道置换容易，启动快，可降低能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0024]图1为实施例1中补充压力氮进气，氧内压缩空分装置的示意图；
[0025]图2为实施例2中补充压力氮进气，氧氮内压缩空分装置的示意图；
[0026]图3为实施例3中补充压力氮进气，空气循环液体空分装置的示意图；
[0027]图4为实施例4中补充压力氮进气，氧增压空分装置的示意图。
[0028]附图标记:1为一级精馏塔、2为二级精馏塔、3为冷凝蒸发器、4为换热器、5为过冷器、6为补充压力氮气、7为低温补充压力氮气、8为原料空气、9为去液化空气、10为液空、11为液氧泵、12为液氮、13为富氧液空、14为贫氧液空、15为产品液氮、16为产品液氧、17为低压氮气、18为污氮、19为内压缩氮、20为液氮泵、21为内压缩氧气、22为氧增压器。
【具体实施方式】
[0029]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。但不应将此理解为本实用新型的上述主题范围仅限于下述实施例。
[0030]实施例1:
[0031]a)原料空气8经换热器4冷却到接近液化点送入一级精馏塔I的下部。
[0032]b)去液化的空气9经换热器4冷却，主要被内压缩液氧液化成液空10送入一级精馏塔I的中下部。
[0033]c)在一级精馏塔I内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，越往上塔板中液空的重组分越少。所述一级精馏塔I顶部获得纯压力氮气。
[0034]d)来自管网的补充压力氮气6经换热器4冷却，获得低温补充压力氮气7，进入一级精馏塔I顶部，两股压力氮气汇合送入冷凝蒸发器3的冷凝侧入口，氮气被液氧冷凝，从冷凝侧出口获得液氮12。
[0035]e)冷凝蒸发器3出口获得的液氮12部分回流至一级精馏塔I参与精馏，一部分经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2顶部参与精馏。一部分作为产品液氮15导出。
[0036]f) 一级精馏塔I中下部贫氧液空14经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2上部参与精馏。一级精馏塔I底部的富氧液空13经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2中上部参与精馏。
[0037]g)在二级精馏塔2内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，重组分被洗下，越往上重组分越少。在二级精馏塔2获得低压氮气，在二级精馏塔2底部获得的液氧进入冷凝蒸发器3被一级精馏塔I顶部的氮气蒸发获得二级精馏塔2的上升蒸汽，同时最终获得产品液氧16。
[0038]h)冷凝蒸发器3抽取的液氧经液氧泵11加压或通过液氧高度差(静液柱)增压进入换热器4复热获得内压缩氧气21。
[0039]i)从二级精馏塔2顶部引出的低压氮气依次由过冷器5和换热器4复热后成为常温低压氮气17送出冷箱，去用户低压氮管网。
[0040]j)在二级精馏塔2上部引出的调节顶部氮气纯度的污氮气，依次由过冷器5和换热器4复热后成为常温污氮18，送出冷箱。
[0041]实施例2:
[0042]a)原料空气8经换热器4冷却到接近液化点送入一级精馏塔I的下部。
[0043]b)去液化的空气9经换热器4冷却，主要被内压缩液氧液化成液空10送入一级精馏塔I的中下部。
[0044]c)在一级精馏塔I内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，越往上塔板中液空的重组分越少。所述一级精馏塔I顶部获得纯压力氮气。
[0045]d)来自管网的补充压力氮气6经换热器4冷却，获得低温补充压力氮气7，进入一级精馏塔I顶部，两股压力氮气汇合送入冷凝蒸发器3的冷凝侧入口，氮气被液氧冷凝，从冷凝侧出口获得液氮12。
[0046]e)冷凝蒸发器3出口获得的液氮12部分回流至一级精馏塔I参与精馏，一部分经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2顶部参与精馏。一部分作为产品液氮15导出。
[0047]f) 一级精馏塔I中下部贫氧液空14经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2上部参与精馏。一级精馏塔I底部的富氧液空13经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2中上部参与精馏。
[0048]g)在二级精馏塔2内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，重组分被洗下，越往上重组分越少。在二级精馏塔2获得低压氮气，在二级精馏塔2底部获得的液氧进入冷凝蒸发器3被一级精馏塔I顶部的氮气蒸发获得二级精馏塔2的上升蒸汽，同时最终获得产品液氧16。
[0049]h)冷凝蒸发器3抽取的液氧经液氧泵11加压或通过液氧高度差(静液柱)增压进入换热器4复热获得内压缩氧气21。
[0050]i)从二级精馏塔2顶部引出的低压氮气依次由过冷器5和换热器4复热后，成为常温低压氮气送出冷箱，进入在二级精馏塔2上部引出的调节顶部氮气纯度的污氮气18，依次由过冷器5和换热器4复热后成为常温低压氮气17送出冷箱，去用户低压氮管网。
[0051]j)冷凝蒸发器3冷凝侧获得的部分液氮经液氮泵加压，压力氮气也可通过液化经自增压(液氮高度差)增压进入换热器4复热获得内压缩氮气19。
[0052]实施例3:
[0053]a)原料空气8经换热器4冷却到接近液化点送入一级精馏塔I的下部。
[0054]b)去液化的空气9经换热器4冷却，主要被内压缩液氧液化成液空10送入一级精馏塔I的中下部。
[0055]c)在一级精馏塔I内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，越往上塔板中液空的重组分越少。所述一级精馏塔I顶部获得纯压力氮气。
[0056]d)来自管网的补充压力氮气6经换热器4冷却，获得低温补充压力氮气7，进入一级精馏塔I顶部，两股压力氮气汇合送入冷凝蒸发器3的冷凝侧入口，氮气被液氧冷凝，从冷凝侧出口获得液氮12。
[0057]e)冷凝蒸发器3出口获得的液氮12部分回流至一级精馏塔I参与精馏，一部分经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2顶部参与精馏。一部分作为产品液氮15导出。
[0058]f) 一级精馏塔I中下部贫氧液空14经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2上部参与精馏。一级精馏塔I底部的富氧液空13经过冷器5冷却后送入二级精馏塔2中上部参与精馏。
[0059]g)在二级精馏塔2内从下而上的气体在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质；经过精馏洗涤，重组分被洗下，越往上重组分越少。在二级精馏塔2获得低压氮气，在二级精馏塔2底部获得的液氧进入冷凝蒸发器3被一级精馏塔I顶部的氮气蒸发获得二级精馏塔2的上升蒸汽，同时最终获得产品液氧16。
[0060]h)冷凝蒸发器3抽取的液氧产品去用户。
[0061 ] k)从二级精馏塔2顶部引出的低压氮气依次由过冷器5和换热器4复热后送出冷箱，成为常温低压氮气17送出冷箱，去用户低压氮管网。
[0062]i)在二级精馏塔2上部引出的调节顶部氮气纯度的污氮气，依次由过冷器5和换热器4复热后为常温污氮18，送出冷箱。
[0063]实施例4:
[0064]基本类似实施实例1，主要用于氧压力较低，为安全考虑，压力氧蒸发采用外置氧增压器22浴式全浸操作，而不是在换热器4中蒸发.
[0065]本实用新型通过采取补充压力氮进气的空分装置，提高二级精馏塔的回流比提高氧氮氩的分离，可获得更多的氮产品和氩产品，使得在生产等量氧的条件下消耗更少的原料空气，同时尤其适用于氮氧产量之比较高的空分装置。具有流程优化、实施简单、能耗低，调节灵活、经济效益最大化等优点。
[0066]本实用新型并不局限于前述的【具体实施方式】。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。本说明书中公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
【权利要求】
1.一种带补充压力氮进气的空分装置，包括一级精馏塔(I)、二级精馏塔(2)、冷凝蒸发器(3)、换热器(4)、过冷器(5)，其特征在于:提供补充压力氮气的压力氮管网经换热器(4)与一级精馏塔的顶部连接；提供原料空气(8)的管道与一级精馏塔(I)连接；提供去液化空气(9)的管道连接换热器(4)，所述去液化空气(9)在换热器(4)中被液化过冷获得液空(10)，所述换热器(4)与一级精馏塔(I)连接，所述一级精馏塔(I)的顶部与二级精馏塔(2)的底部通过冷凝蒸发器(3)连接。
2.如权利要求1所述的一种带补充压力氮进气的空分装置，其特征在于:在冷凝蒸发器(3)与换热器(4)之间连接液氧泵(11)。
3.如权利要求1或2所述的一种带补充压力氮进气的空分装置，其特征在于:冷凝蒸发器(3 )冷凝的液氮(12 )与液氮泵(20 )连接，所述液氮泵(20 )与换热器(4)连接。
4.如权利要求1或2所述的一种带补充压力氮进气的空分装置，其特征在于:所述冷凝蒸发器(3)获得的液氧通过液氧高度差或液氧泵(11)与氧增压器(22)连接，所述氧增压器(22)的氧气出口与换热器(4)连接；所述液氧蒸发形式为全浸方式。
【文档编号】F25J3/04GK204240704SQ201420650913
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】黄震宇, 郭正奎, 马延华, 张伟 申请人:四川空分设备(集团)有限责任公司