本实用新型属于空气分离技术领域，具体涉及一种生产氮气和富氧的装置。
背景技术：
随着经济的不断发展，空分设备的应用领域不断扩展，如石化、玻璃、橡胶、碳纤维等行业都有涉足。浮法玻璃在目前玻璃生产种类中占百分之九十以上，是世界建筑玻璃中的基础建筑材料。浮法玻璃法工艺主要包括五个步骤：配料、熔融、成型、退火、切割包装。熔融过程的主要设备是玻璃炉窑，其是玻璃生产线能耗最多的设备，采用节能措施中包含采用富氧燃烧；浮法玻璃生产的成型过程需要保护气体(N2及H2)。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种氮气增压、附产富氧、节能的生产氮气和富氧的装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种生产氮气和富氧的装置，包括进气管、氮精馏塔、氧精馏塔、氧蒸发器、过冷器、增压透平膨胀机和主换热器；氧精馏塔下部设置氧精馏塔再沸器，氮精馏塔上部设有氮精馏塔冷凝器；进气管穿过主换热器后分成两路，分别为第一支路和第二支路，第一支路穿过氧蒸发器后与氮精馏塔连接，第二支路与氮精馏塔下部连接；氮精馏塔上部连接有三个支路，分别是A支路、B支路和C支路，A支路穿过主换热器后与增压透平膨胀机的增压端连接，B支路穿过氧精馏塔再沸器后与氮精馏塔上部连接，C支路穿过氮精馏塔冷凝器后分成两路，一路为液氮回流管，另一路为液氮采出管，液氮回流管与氮精馏塔连接；氮精馏塔底部连接有液空采出管，液空采出管穿过过冷器后与氮精馏塔冷凝器连接；氮精馏塔冷凝器的下部与氧精馏塔的上部连接；氧精馏塔的底部与氧蒸发器连接，氧蒸发器的顶部连接有富氧气采出管，氧蒸发器的底部连接有液氧采出管，富氧气采出管与主换热器连接。
氮精馏塔冷凝器上方连接有污氮气采出管，污氮气采出管依次穿过过冷器、主换热器后与增压透平膨胀机的膨胀端连接。
还包括依次串联的自洁式空气过滤器、空气压缩机组、空气预冷系统和纯化系统；纯化系统与进气管连接。
氧精馏塔顶部采出的废气与增压透平膨胀机的膨胀端出来的污氮气在废气混合管中混合，废气混合管依次穿过过冷器和主换热器。
本实用新型产生的有益效果是，生产氮气的同时生产富氧气和部分液体产品，其中，氧气纯度80-97%；氮气纯度，含氧0.02-10ppm；氮气产品压力0.6-1.0MPa供不同用氮工艺选择；富氧压力150KPa直接向炉窑供氧燃烧。
采用氮气增压工艺(即氮气进入膨胀机的增压端继续增压至所需压力），使空压机的排气压力低于氮气产品压力80~140kPa，相对于传统工艺空压机的排气压力高于氮气产品压力80kPa；即从压力角度来看，节能7~10%；生产同一压力的氮气产品，精馏压力更低，提取率更高，所需加工空气量减少了5~10%，即从加工气量角度来看，能耗降低5~10%。故综合上述两个节能点，能耗下降12~20%。富氧产品压力150kPa左右，采用氧精馏塔底部液氧液柱增压，氧蒸发器汽化经主换热器复热获得。同时，本实用新型使得氧精馏塔压力降低，提高精馏效率；氧精馏塔再沸器热源能够采用氮精馏塔顶部氮气，冷凝后回到氮精馏塔顶部作回流液，避免更多的液化空气进入氮塔精馏以影响其精馏工况。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种生产氮气和富氧的装置，包括进气管1、氮精馏塔2、氧精馏塔3、氧蒸发器4、过冷器5、增压透平膨胀机7和主换热器6；氧精馏塔3下部设置氧精馏塔再沸器301，氮精馏塔2上部设有氮精馏塔冷凝器20；进气管1穿过主换热器6后分成两路，分别为第一支路601和第二支路602，第一支路601穿过氧蒸发器4后与氮精馏塔2连接，第二支路602与氮精馏塔2下部连接；氮精馏塔2上部连接有三个支路，分别是A支路201、B支路202和C支路203，A支路201穿过主换热器6后与增压透平膨胀机7的增压端701连接，B支路202穿过氧精馏塔再沸器301后与氮精馏塔2上部连接，C支路203穿过氮精馏塔冷凝器20后分成两路，一路为液氮回流管2031，另一路为液氮采出管2032，液氮回流管2031与氮精馏塔2连接；氮精馏塔2底部连接有液空采出管8，液空采出管8穿过过冷器5后与氮精馏塔冷凝器20连接；氮精馏塔冷凝器20的下部与氧精馏塔3的上部连接；氧精馏塔3的底部与氧蒸发器4连接，氧蒸发器4的顶部连接有富氧气采出管401，氧蒸发器4的底部连接有液氧采出管402，富氧气采出管401与主换热器6连接。
氮精馏塔冷凝器20上方连接有污氮气采出管9，污氮气采出管9依次穿过过冷器5、主换热器6后与增压透平膨胀机7的膨胀端702连接。
还包括依次串联的自洁式空气过滤器10、空气压缩机组11、空气预冷系统12和纯化系统13；纯化系统13与进气管1连接。
氧精馏塔3顶部采出的废气与增压透平膨胀机7的膨胀端702出来的污氮气在废气混合管14中混合，废气混合管14依次穿过过冷器5和主换热器6。
本实用新型的自洁式空气过滤器10、空气压缩机组11、空气预冷系统12和纯化系统13均是空分设备领域很成熟的技术，此处不再赘述。
空气经自洁式空气过滤器过滤除杂后，进入空压机组压缩至0.735MPa，后进入空气预冷系统和纯化系统，净化后的空气压力为0.705MPa，流量为15000Nm3/h。
净化后的空气送入进气管1中，经过主换热器6被冷至饱和温度后分为两路，一路经第二支路602送入氮精馏塔2参与精馏；另一路经第一支路601送入氧蒸发器4，冷凝为液体后进入氮精馏塔2参与精馏。
从氮精馏塔3上部采出的氮气，分为三股，第一股作为产品氮气（A支路），产量为5700Nm3/h，纯度O2≤10ppm，进入主换热器6复热后进入增压透平膨胀机的增压端701，增压后压力为0.875MPa作为产品氮气输出；第二股氮气（B支路）进入氧精馏塔再沸器301作为热源，自身被冷凝为液氮，回流进氮精馏塔2作为回流液；第三股氮气（C支路203）进入氮精馏塔冷凝器201作为热源，自身被冷凝为液氮，大部分经液氮回流管2031回流进氮精馏塔2作为回流液，小部分经液氮采出管2032作为液体产品采出。
从氮精馏塔3底部经液空采出管8采出的液空，进入过冷器5过冷后并节流后进入氮精馏塔冷凝器20作为冷源，与氮精馏塔2顶部氮气相变换热，液空蒸发为污氮气；污氮气经污氮采出管9分别通过过冷器5和主换热器6复热到一定温度进入增压透平膨胀机7的膨胀端702，膨胀后的气体与来自氧精馏塔3顶部的废气在废气混合管14中混合为新的污氮气，后通过过冷器5和主换热器6复热后出冷箱作为纯化系统13的再生气。
从氮精馏塔冷凝器20底部抽出部分液空节流后进入氧精馏塔3进行精馏，在氧精馏塔3底部采出的液氧，进入氧蒸发器4，自身被蒸发为气体，通过富氧气采出管401进入主换热器6复热出冷箱，作为富氧产品，富氧纯度为95%，产量为400Nm3/h，富氧产品压力150kPa左右，可满足炉窑燃烧使用。
本实施例产生的效果如下：
(1) 生产氮气的同时得到富氧和部分液体产品，氮气产品：产量为5700Nm3/h，纯度O2≤10ppm，压力为0.875MPa；富氧产品：产量为400Nm3/h，富氧纯度为95%，压力为150KPa；液氮产品：产量为200Nm3/h，纯度O2≤10ppm；
(2) 富氧压力150KPa直接向炉窑供氧燃烧；
(3) 空压机组排气压力为0.735MPa，氮气产品压力为0.875MPa，空压机的排气压力低于氮气产品压力140kPa，相比于传统工艺，从压力角度来看，节能10%；
(4) 所需加工空气量为15000Nm3/h，相比于传统工艺，减少了5~10%，从加工空气量的角度看，节能7.7%；
(5) 采用实施例的装置及工艺，综合能耗下降17.7%。