專利名稱：空氣分離制取壓力氮氣的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體分離裝置，尤其涉及一種空氣分離制取壓力氮氣 的裝置。
背景技術：
在浮法玻璃生產過程中，需要用大量的氮氣作為保護氣體，氣體壓力為0.15 一0.4MPa，氮氣純度《3卯m02。同時需要少量液態氮(《5%氮氣產量)備用。 因此，在浮法玻璃生產企業， 一般附設有空氣分離制取壓力氮氣的裝置。現有 技術的一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置是采用單塔返流富氧氣(廢氣)膨脹 制氮，其能耗在0.28 — 0.35KWh/NM3N2。另一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置 是采用空氣膨脹單塔制氮，氮氣壓力在0.2MPa，其能耗在0.231KWh/NM3N2。 還有一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置是采用雙塔制氮、低壓塔底蒸發的廢氣 膨脹制冷(雙塔返流)流程，氮氣壓力在0.2 MPa時，能耗約為0.22KWh/NM3N2。
傳統的采用單塔返流富氧氣(廢氣)膨脹制氮工藝進入精餾塔的氣體呈氣 液飽和或帶液狀態，特別是進入塔釜的液體是不參與精餾的。因此，氮氣提取 率受到限制。單塔空氣膨脹制氮流程中膨脹空氣進入精餾塔雖然是過熱氣體， 但因塔釜蒸發器中液化后的空氣進入精餾塔的中部，對精餾有所改善，使氮氣 提取率達到65%左右。雙塔制氮廢氣膨脹制冷(雙塔返流)流程使進入低壓塔 的液空氧含量通過高壓塔提純得到提高，但因低壓塔再沸器的熱源為高壓塔頂 的氮氣，從而使高壓塔壓力因傳熱溫差的原因提高，使制氮能耗未能進一步下 降。
實用新型內容
本實用新型的目的，就是為了解決上述問題，提供一種能耗低、氮氣提取 率高的空氣分離制取壓力氮氣的裝置。為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案 一種空氣分離制取 壓力氮氣的裝置，包括增壓透平膨脹機、空氣冷卻器、主換熱器、低壓塔、設 置在低壓塔內的再沸器、低壓塔冷凝蒸發器、高壓塔、高壓塔冷凝蒸發器和過 冷器，各設備之間通過管路相連，連接關系如下
增壓透平膨脹機的增壓端進口連接原料空氣管路，出口連接空氣冷卻器的 原料空氣進口，空氣冷卻器的原料空氣出口連接主換熱器的第一原料空氣進 口，主換熱器的第一原料空氣出口連接增壓透平膨脹機的膨脹端進口，增壓透 平膨脹機的膨脹端出口連接低壓塔的原料空氣進口；
主換熱器的第二原料空氣進口連接原料空氣管路，主換熱器的第二原料空 氣出口分別連接高壓塔的原料空氣進口和位于低壓塔內的再沸器的原料空氣 進口，再沸器的液化空氣出口連接高壓塔冷凝蒸發器的液化空氣進口，高壓塔
冷凝蒸發器的空氣出口連接低壓塔的空氣進口；
低壓塔的富氧液空出口連接過冷器的低壓富氧液空進口，過冷器的低壓富 氧液空出口連接低壓塔冷凝蒸發器的富氧液空進口，低壓塔冷凝蒸發器的富氧 空氣出口連接過冷器的富氧空氣進口 ，過冷器的富氧空氣出口連接主換熱器的 富氧空氣進口，主換熱器的富氧空氣出口連接富氧空氣輸出管線；
低壓塔的高純壓力氮氣出口分別連接低壓塔冷凝蒸發器的高純壓力氮氣 進口和過冷器的高純壓力氮氣進口，低壓塔冷凝蒸發器的液氮出口連接低壓塔 的液氮進口，過冷器的高純壓力氮氣出口連接主換熱器的高純壓力氮氣進口， 主換熱器的高純壓力氮氣出口連接空氣冷卻器的高純壓力氮氣進口，空氣冷卻
器的高純壓力氮氣出口連接高純壓力氮氣輸出管線；
高壓塔的富氧液空出口連接過冷器的高壓富氧液空進口，過冷器的高壓富
氧液空出口連接高壓塔冷凝蒸發器的液化空氣進口；
高壓塔的高壓氮氣出口連接高壓塔冷凝蒸發器的高壓氮氣進口，高壓塔冷
凝蒸發器的液氮出口分別連接過冷器的液氮進口和高壓塔的液氮進口，過冷器
的液氮出口連接低壓塔的液氮進口。
所述的低壓塔和高壓塔并排設置在同一冷箱中。 所述的低壓塔的原料空氣進口設置在距底部2 — 6塊板的位置。 所述的高壓塔冷凝蒸發器的液氮出口管路上連接有液氮出口管路。所述的低壓塔冷凝蒸發器的液氮出口管路上連接有液氮出口管路。 所述的高壓塔的高壓氮氣出口還連接主換熱器的高壓氮氣進口，主換熱器
的高壓氮氣出口連接高壓氮氣輸出管線。
本實用新型空氣分離制取壓力氮氣的裝置由于采用了以上技術方案，具有
以下的優點和特點
1、 低壓塔底再沸器的蒸發介質為出主換熱器的壓縮空氣，與高壓塔無直 接關系。因此，高壓塔和低壓塔可以并列在同一高度并安裝在同一個冷箱中， 不需要將低壓塔置于高壓塔的頂部，從而可降低冷箱高度，節約制造成本。
2、 由于采用了增壓透平膨脹機，可通過降低膨脹量或降低空氣壓縮機排 氣壓力來提高氮氣提取率，降低能耗。
3、 由于將部分原料空氣送入低壓塔底再沸器液化，液化后的空氣匯合從 高壓塔底的富氧液空在高壓塔冷凝蒸發器中蒸發后產生的飽和氣體進入低壓 塔，利用低壓塔的富氧液空在低壓塔冷凝蒸發器中將從低壓塔頂來的高純壓力 氮氣冷凝成液氮后與高壓塔來的液氮一并作為低壓塔的回流液，從而大大提高 了氮氣的提取率。
4、 采用本實用新型的空氣分離制取壓力氮氣的裝置制得的高純壓力氮氣
產品的壓力X).2MPa，在不同的氮氣壓力下氮氣提取率可達78 — 86%。
5、 采用本實用新型的空氣分離制取壓力氮氣的裝置制得的高純壓力氮氣 壓力在0.24MPa時，制氮能耗約為0.18 — 0.195 KWh/NM3N2，比傳統單塔返流 制氮節能30 — 40。/。，比空氣膨脹單塔制氮節能約17%，比雙塔制氮廢氣膨脹制 冷(雙塔返流)流程節能10—15%。
圖1是本實用新型空氣分離制取壓力氮氣的裝置的結構流程示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，包括增壓透平膨 脹機l、空氣冷卻器2、主換熱器3、低壓塔4、設置在低壓塔內的再沸器5、 低壓塔冷凝蒸發器6、高壓塔7、高壓塔冷凝蒸發器8和過冷器9。其中的低壓塔4和高壓塔7并排設置在同一冷箱中。
增壓透平膨脹機1的增壓端ll進口連接原料空氣管路101，出口連接空氣 冷卻器2的原料空氣進口 21，空氣冷卻器的原料空氣出口 22連接主換熱器3 的第一原料空氣進口 31，主換熱器的第一原料空氣出口 32連接增壓透平膨脹 機的膨脹端12進口，增壓透平膨脹機的膨脹端出口連接低壓塔的原料空氣進 口 41。該原料空氣進口 41設置在距底部2 — 6塊板的位置。
主換熱器3的第二原料空氣進口 33連接原料空氣管路102，主換熱器的第 二原料空氣出口 34分別連接高壓塔7的原料空氣進口 71和位于低壓塔內的再 沸器5的原料空氣進口 51，再沸器的液化空氣出口 52連接高壓塔冷凝蒸發器 8的液化空氣進口 81，高壓塔冷凝蒸發器的空氣出口 82連接低壓塔的空氣進 Pl 42。
低壓塔4的富氧液空出口 43連接過冷器9的低壓富氧液空進口 91，過冷 器的低壓富氧液空出口 92連接低壓塔冷凝蒸發器6的富氧液空進口 61，低壓 塔冷凝蒸發器的富氧空氣出口 62連接過冷器的富氧空氣進口 93，過冷器的富 氧空氣出口 94連接主換熱器的富氧空氣進口 35，主換熱器的富氧空氣出口 36 連接富氧空氣輸出管線201。
低壓塔4的高純壓力氮氣出口 44分別連接低壓塔冷凝蒸發器6的高純壓 力氮氣進口 63和過冷器9的高純壓力氮氣進口 95，低壓塔冷凝蒸發器6的液 氮出口 64連接低壓塔的液氮進口 45，過冷器9的高純壓力氮氣出口 96連接主 換熱器的高純壓力氮氣進口 37，主換熱器的高純壓力氮氣出口 38連接空氣冷 卻器的高純壓力氮氣進口 23，空氣冷卻器的高純壓力氮氣出口 24連接高純壓 力氮氣輸出管線301。
高壓塔7的富氧液空出口 72連接過冷器9的高壓富氧液空進口 97，過冷 器的高壓富氧液空出口 98連接高壓塔冷凝蒸發器的液化空氣進口 81。
高壓塔7的高壓氮氣出口 73連接高壓塔冷凝蒸發器8的高壓氮氣進口 83， 高壓塔冷凝蒸發器的液氮出口 84分別連接過冷器9的液氮進口 99和高壓塔的 液氮進口74，過冷器的液氮出口 90連接低壓塔的液氮進口 45。高壓塔的高壓 氮氣出口 73還連接主換熱器3的高壓氮氣進口 39，主換熱器的高壓氮氣出口 30連接高壓氮氣輸出管線401。
7在高壓塔冷凝蒸發器8的液氮出口管路801上連接有液氮出口管路701和 901 (根據需要設置)。
在低壓塔冷凝蒸發器6的液氮出口管路601上連接有液氮出口管路501(根 據需要設置)。
本實用新型空氣分離制取壓力氮氣的裝置的工作原理可結合附圖1說明如
下
原料空氣一路101經增壓透平膨脹機1的增壓端11增壓后進入空氣冷卻 器2冷卻，然后進入主換熱器3進一步冷卻，從主換熱器的中部抽出進入增壓 透平膨脹1機的膨脹端12膨脹至略高于低壓塔的壓力，然后導入低壓塔4精 餾分離成高純壓力氮氣和富氧液空；其中的富氧液空經過冷器9過冷進入低壓 塔冷凝蒸發器6蒸發提供低壓塔氮氣冷凝的冷源，蒸發成氣體的富氧空氣送往 主換熱器3作為冷源冷卻原料空氣，然后作為富氧空氣輸出；高純壓力氮氣出 塔后分成兩股， 一股經低壓塔冷凝蒸發器6冷凝成液氮后回流至低壓塔4，另 一股經過冷器9過冷后依次進入主換熱器3和空氣冷卻器2作為冷源冷卻原料 空氣，然后作為高純壓力氮氣產品輸出。
原料空氣的另一路102直接進入主換熱器3冷卻后，再從底部抽出分兩股 送出； 一股進入低壓塔內的再沸器5液化并使低壓塔底的富氧液空蒸發，再作 為冷源進入高壓塔冷凝蒸發器8蒸發成氣態，然后回到低壓塔4參與精餾；另 一股進入高壓塔7精餾分離出高壓氮氣及富氧液空，其中的富氧液空被抽送至 過冷器9作為冷源，然后送至高壓塔冷凝蒸發器8蒸發成氣體后送入低壓塔4 參與精餾；高壓氮氣一部分經高壓塔冷凝蒸發器8冷凝成液氮后，再經過冷器 9送往低壓塔4作為回流液，或直接作為高壓塔7的回流液；另一部分經主換 熱器7換熱后作為高壓氮氣產品輸出。
權利要求1、一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于包括增壓透平膨脹機、空氣冷卻器、主換熱器、低壓塔、設置在低壓塔內的再沸器、低壓塔冷凝蒸發器、高壓塔、高壓塔冷凝蒸發器和過冷器，各設備之間通過管路相連，連接關系如下增壓透平膨脹機的增壓端進口連接原料空氣管路，出口連接空氣冷卻器的原料空氣進口，空氣冷卻器的原料空氣出口連接主換熱器的第一原料空氣進口，主換熱器的第一原料空氣出口連接增壓透平膨脹機的膨脹端進口，增壓透平膨脹機的膨脹端出口連接低壓塔的原料空氣進口；主換熱器的第二原料空氣進口連接原料空氣管路，主換熱器的第二原料空氣出口分別連接高壓塔的原料空氣進口和位于低壓塔內的再沸器的原料空氣進口，再沸器的液化空氣出口連接高壓塔冷凝蒸發器的液化空氣進口，高壓塔冷凝蒸發器的空氣出口連接低壓塔的空氣進口；低壓塔的富氧液空出口連接過冷器的低壓富氧液空進口，過冷器的低壓富氧液空出口連接低壓塔冷凝蒸發器的富氧液空進口，低壓塔冷凝蒸發器的富氧空氣出口連接過冷器的富氧空氣進口，過冷器的富氧空氣出口連接主換熱器的富氧空氣進口，主換熱器的富氧空氣出口連接富氧空氣輸出管線；低壓塔的高純壓力氮氣出口分別連接低壓塔冷凝蒸發器的高純壓力氮氣進口和過冷器的高純壓力氮氣進口，低壓塔冷凝蒸發器的液氮出口連接低壓塔的液氮進口，過冷器的高純壓力氮氣出口連接主換熱器的高純壓力氮氣進口，主換熱器的高純壓力氮氣出口連接空氣冷卻器的高純壓力氮氣進口，空氣冷卻器的高純壓力氮氣出口連接高純壓力氮氣輸出管線；高壓塔的富氧液空出口連接過冷器的高壓富氧液空進口，過冷器的高壓富氧液空出口連接高壓塔冷凝蒸發器的液化空氣進口；高壓塔的高壓氮氣出口連接高壓塔冷凝蒸發器的高壓氮氣進口，高壓塔冷凝蒸發器的液氮出口分別連接過冷器的液氮進口和高壓塔的液氮進口，過冷器的液氮出口連接低壓塔的液氮進口。
2、如權利要求1所述的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于所述的低壓塔和高壓塔并排設置在同一冷箱中。
3、 如權利要求1所述的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于所 述的低壓塔的原料空氣進口設置在距底部2—6塊板的位置。
4、 如權利要求1所述的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于所 述的高壓塔冷凝蒸發器的液氮出口管路上連接有液氮出口管路。
5、 如權利要求1所述的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于所 述的低壓塔冷凝蒸發器的液氮出口管路上連接有液氮出口管路。
6、 如權利要求1所述的空氣分離制取壓力氮氣的裝置，其特征在于所 述的高壓塔的高壓氮氣出口還連接主換熱器的高壓氮氣進口，主換熱器的高壓 氮氣出口連接高壓氮氣輸出管線。
專利摘要一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置，包括增壓透平膨脹機、空氣冷卻器、主換熱器、低壓塔、設置在低壓塔內的再沸器、低壓塔冷凝蒸發器、高壓塔、高壓塔冷凝蒸發器和過冷器。其中的低壓塔和高壓塔并排設置在同一冷箱中。各設備通過相應的連接管路相連。采用本實用新型的裝置，氮氣提取率可達78-86％，單位產品的電耗比單塔空氣膨脹制氮降低約17％，比雙塔廢氣膨脹制冷流程(雙塔返流)降低10-15％。
文檔編號F25J3/04GK201277792SQ200820153949
公開日2009年7月22日 申請日期2008年10月10日 優先權日2008年10月10日
發明者建 俞, 周大榮 申請人:上海啟元空分技術發展有限公司