本发明涉及气体分离，特别是一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺。
背景技术：
1、在天然气相关生产工艺过程中，有时需要用到纯氧(≥99.6％)和水在一定压力下作为原料和氧化剂，从而生成氢气、一氧化碳和甲烷等气体；同时，还需要纯氮(≥99.99％)作为保护气，这就需要一种能制备高纯度氮氧的工艺。采用深冷分离法对空气进行分离可得到高纯度的氮氧产品，其原理是利用不同气体的沸点差异，在高压下对混合气体进行降温液化处理，进而达到分离混合气体的效果，该工艺广泛应用于分离空气中的氧气等成分，以及石油化工行业分离裂解气。实现该工艺的系统设备主要组成为：空气压缩系统、杂质净化和换热系统、制冷系统和液化精馏系统等，将经过净化的带压或加压的原料气逐级冷却至各分离组分的冷凝温度进行分凝，或使原料气加压、冷却、液化、再精馏进行分离，可从多组分原料气中分离出单组分气态和液态产品，如空气、天然气、焦炉气、水煤气、合成氨弛放气和各种裂解气等
2、现有技术中通过精馏进行空气分离时，仅通过降温使气体液化再使其分馏，该工艺存在分离效率较低、分离不彻底的问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的空分制氮氧的工艺分离效率低、分离不彻底的问题，本发明提供了一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺。
2、本发明采用的技术方案是：
3、一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，包括如下步骤：
4、s100、空气过滤和压缩，将空气输入空气过滤器，在空气过滤器中除去颗粒杂质，再将空气输入空压机，经过多级压缩、级间冷却器冷却后进入预冷系统进行预冷；
5、s200、空气冷却和纯化，空气在空气冷却塔中与水进行热质交换降温后，进入分子筛吸附器进行纯化，分子筛吸附器用于清除空气中的水、二氧化碳和碳氢化合物；
6、s300、高低温双膨胀，将空气导入高温膨胀机，使空气绝热膨胀，内部压力降低，使空气中的氮气和氧气分子间距离增大，实现初步分离；经过高温膨胀后的空气一部分进入低温膨胀机进行二次膨胀，采用低温膨胀工艺，在低温环境下进行进一步的绝热膨胀；
7、s400、空气增压，空气进入增压系统，提升空气的压力达到符合进入精馏塔操作的条件；
8、s500、空气精馏，空气进入精馏塔进行精馏操作，在精馏塔内，空气依据各组分沸点的差异，通过气液接触、传热传质实现组分分离，并从精馏塔各部位收集各液态组分。
9、进一步地，s100中进入预冷系统冷却至10℃-18℃。
10、进一步地，s200中，在直接接触式空气冷却塔中降温至8℃-12℃。
11、进一步地，s200中，分子筛吸附器设置有两台且交替使用，其中一台分子筛吸附器用于吸附杂质时，另一台分子筛吸附器经电加热器加热后进行分子筛再生。
12、进一步地，s300中的高温膨胀过程中温度控制在320℃-400℃，压力控制在350kpa-480kpa；s300中的低温膨胀过程中温度控制在100℃-150℃，压力控制在50kpa-100kpa。
13、进一步地，s400中经过两次膨胀后的空气通过增压控制在650-750kpa。
14、进一步地，s500中空气在进入精馏塔前先进入缓冲罐，在缓冲罐内均匀混合并稳定流量之后，通过节流阀调节压力进入精馏塔的进料段，精馏塔的进料段设置有温度传感器和压力传感器，实时监测空气的温度和压力。
15、进一步地，s500中空气的精馏工艺具体包括：
16、s501、空气进入精馏塔的下部，与从塔底上升的回流液进行热交换，精馏塔内填充有填料，空气中的氧气和氮气以及氩气组分在填料的表面进行传质和传热；在下部塔段，随着高度的上升，氮气不断被富集并向上移动，氧气则留在下部液相或者富集在液相中的某一特定区域；从下部塔段抽出部分液态空气，将其送入再沸器进行加热，加热后的液相部分汽化重新返回精馏塔下部，形成回流液，以维持塔内的精馏平衡；
17、s502、当空气向上进入精馏塔的分馏段时，加热装置对空气进行局部加热，以调整不同组分的相对挥发度；在分馏段，氮气进一步富集并向上移动，氮氧之外的组分在这个区域逐渐开始分离出来，部分含有氩气和其他杂质的液态空气被分流到氩气提纯支路，在后续的工序中进行单独处理；
18、s503、在精馏塔的顶部得到富集的氮气产品，氮气从塔顶通过管道流出，经过冷却器冷却后进入氮气储存罐或者直接供应到使用环节；在精馏塔的底部得到富集氧气的液态空气，经过质量检测和处理后供应使用。
19、通过持续调整再沸器的加热功率、回流液的比例以及精馏塔各段的压力和温度参数，维持精馏塔内的多次精馏平衡状态，调整的具体方法如下：
20、调整再沸器的加热功率的方法为，根据塔底产品的纯度要求和塔顶馏出物的组成调整，公式为：
21、
22、其中，q是加热功率，m是塔底液体的质量流量，δhvap是液体的摩尔汽化潜热，t是时间；
23、调整回流液的比例的方法为，监测塔顶产品的纯度和塔底产品的纯度，通过调节回流泵的流量或回流阀的开度来改变回流液的比例，公式为：
24、
25、其中，r是回流比，l是回流液量，d是塔顶采出量；
26、调整精馏塔压力的方法为，通过调节塔顶冷凝器的冷却水量或压力控制阀来改变塔压，公式为：
27、δp＝ptop-pbottom
28、其中，δp是塔压差，ptop是塔顶压力，pbottom是塔底压力；
29、调整塔温的方法为，通过调节再沸器的加热功率和塔顶冷凝器的冷却效果来改变塔温。
30、本发明的有益效果是：
31、本发明的制氮氧工艺采用了高低温双膨胀的工艺，高温膨胀利用气体在膨胀过程中温度下降的原理，即绝热膨胀过程中气体温度降低，使空气部分膨胀，降低温度，实现了初步分离氮气和氧气，通过高温膨胀，空气被初步冷却，使得氮气和氧气开始分离，同时为后续的低温膨胀提供了更有利的分离条件，从而提高了整体的分离效率；低温膨胀进一步降低了气体压力，在低压下，空气中的各组分沸点差异增大，使得分离过程更为高效，进一步提高了分离效率，使氮气和氧气的分离更加彻底，提高了产品的纯度和产量。
32、本发明在精馏过程中，通过对再沸器加热功率和回流液比例的合理调整，来维持精馏塔内的多次精馏平衡状态。对于再沸器加热功率的精确控制，可以确保精馏过程中汽化现象按照预期进行，既能为分离过程提供足够的热量，又不会因过度加热而造成能量的无端消耗。回流液比例的合理调整保证分离效果的同时，避免因回流过多或过少导致的能量浪费。通过对关键参数的精确控制，能量在整个精馏过程中利用更加高效。本发明在整个工艺运行期间，持续对各个环节的参数进行监测，并根据监测结果及时调整，确保了整个工艺过程的稳定性，提升了产品质量的一致性，有效减少了因工艺波动而可能引发的产品质量波动，满足了不同用户对于氮气、氧气产品质量稳定的严格要求。
1.一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s100中进入预冷系统冷却至10℃-18℃。
3.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s200中，在直接接触式空气冷却塔中降温至8℃-12℃。
4.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s200中，分子筛吸附器设置有两台且交替使用，其中一台分子筛吸附器用于吸附杂质时，另一台分子筛吸附器经电加热器加热后进行分子筛再生。
5.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s300中的高温膨胀过程中温度控制在320℃-400℃，压力控制在350kpa-480kpa；s300中的低温膨胀过程中温度控制在100℃-150℃，压力控制在50kpa-100kpa。
6.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s400中经过两次膨胀后的空气通过增压控制在650-750kpa。
7.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s500中空气在进入精馏塔前先进入缓冲罐，在缓冲罐内均匀混合并稳定流量之后，通过节流阀调节压力进入精馏塔的进料段，精馏塔的进料段设置有温度传感器和压力传感器，实时监测空气的温度和压力。
8.根据权利要求1所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，s500中空气的精馏工艺具体包括：
9.根据权利要求8所述的一种高低温双膨胀空分制氮氧的工艺，其特征在于，通过持续调整再沸器的加热功率、回流液的比例以及精馏塔各段的压力和温度参数，维持精馏塔内的多次精馏平衡状态，调整的具体方法如下：