一种低能耗制取高纯氮的方法及.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113883829A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111281787.X(22)申请日2021.11.01(71)申请人四川空分设备（集团）有限责任公司地址641400四川省成都市简阳市建设中路239号(72)发明人任文莫方淑黄震宇(74)专利代理机构成都欣圣知识产权代理有限公司51292代理人易丹(51)Int.Cl.F25J3/04(2006.01)F25J5/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图7页(54)发明名称一种低能耗制取高纯氮的方法及(57)摘要本发明提供了一种低能耗制取高纯氮的方法及装置，该装置包括：精馏系统、换热系统和膨胀系统，精馏系统包括压力氮塔、低压氮塔和低纯氧塔；换热系统包括压力氮塔主冷凝蒸发器、低压氮塔冷凝器、低纯氧塔蒸发器、第一换热器和第二换热器；膨胀系统包括膨胀机，膨胀机具有增压端和膨胀端；各设备部件间经管道进行连接。该方法及装置设置三台精馏塔，采用三级精馏的工艺，利用空气沸点比氮气更高的特性，合理组织换热，有效降低了压力氮塔的工作压力及所需原料空气的压力，实现了降低生产能耗，提高经济效益的目的。CN113883829ACN113883829A权利要求书1/3页1.一种低能耗制取高纯氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：纯化空气经第一换热器（500）冷却，分为三部分，一部分进入压力氮塔（100）底部进行精馏，一部分进入低压氮塔（200）下部参与精馏，一部分进入低纯氧塔蒸发器（310）作为热源，冷凝后经第二换热器（600）过冷，然后节流进入低压氮塔（200）下部参与精馏；S200：在所述压力氮塔（100）的底部获得富氧液空，顶部获得压力氮气，所述压力氮塔（100）底部的富氧液空经第二换热器（600）过冷后进入所述低压氮塔（200）下部参与精馏；所述压力氮塔（100）顶部的压力氮气进入压力氮塔主冷凝蒸发器（110）作为热源，被液化后一部分回流所述压力氮塔（100），一部分经所述第二换热器（600）过冷后进入所述低压氮塔（200）顶部参与精馏；S300：所述低压氮塔（200）的底部得到低纯液氧，顶部得到低压氮气，所述低压氮塔（200）底部的低纯液氧进入所述压力氮塔主冷凝蒸发器（110）作为冷源部分蒸发，被蒸发产生的低纯氧气返回所述低压氮塔（200）底部，未被蒸发的低纯液氧进入低纯氧塔（300）的顶部参与精馏；所述低压氮塔（200）顶部的低压氮气一部分经所述第二换热器（600）和第一换热器（500）复热后作为产品氮气送出，另一部分进入低压氮塔冷凝器（210）作为热源，被液化后回流至所述低压氮塔（200）顶部参与精馏；S400：所述低纯氧塔（300）的底部得到次低纯液氧，顶部得到低纯氧气，所述低纯氧塔（300）底部的次低纯液氧进入所述低纯氧塔蒸发器（310）作为冷源部分蒸发，被蒸发产生的低纯氧气返回所述低纯氧塔（300）底部参与精馏，未被蒸发的次低纯液氧经所述第二换热器（600）过冷后进入所述低压氮塔冷凝器（210）作为冷源，被蒸发后经所述第二换热器（600）和第一换热器（500）复热后送出；所述低纯氧塔（300）顶部的低纯氧气返回所述低压氮塔（200）底部参与精馏。2.根据权利要求1所述的低能耗制取高纯氮的方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述纯化空气进入所述第一换热器（500）前分为两部分，一部分直接进入所述第一换热器（500）进行冷却，冷却后分别进入所述压力氮塔（100）进行精馏和进入所述低纯氧塔蒸发器（310）作为热源；另一部分依次经过膨胀机（400）增压端、第一换热器（500）、膨胀机（400）膨胀端和第一换热器（500），进行增压冷却和膨胀冷却，膨胀冷却后的低温纯化空气进入所述低压氮塔（200）下部参与精馏。3.根据权利要求1所述的低能耗制取高纯氮的方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述纯化空气进入所述第一换热器（500）前分为两部分，一部分直接进入所述第一换热器（500），冷却后分为低温空气和次低温空气，所述低温空气进入所述压力氮塔（100）底部进行精馏，所述次低温空气进入膨胀机（400）的膨胀端，膨胀制冷后再进入所述第一换热器（500）冷却，再冷却后的膨胀低温空气进入所述低压氮塔（200）下部参与精馏；另一部分经膨胀机（400）增压端增压后进入所述第一换热器（500）进行冷却，冷却后的低温增压空气进入所述低纯氧塔蒸发器（310）作为热源。4.根据权利要求1所述的低能耗制取高纯氮的方法，其特征在于，所述步骤S200中，还包括抽取所述压力氮塔主冷凝蒸发器（110）中液化产生的压力液氮作为液氮产品；和/或，所述步骤S300中，还包括抽取所述低压氮塔冷凝器（210）