專利名稱：一種氮氣制取工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于空氣分離技術領域，特別涉及一種氮氣制取工藝。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，近年來，高純氮設備的應用領域不斷擴展，如石化、玻璃、橡膠、建筑板材、多晶硅、碳纖維等行業都有涉足。工業對氮氣的需求量是不斷增加的，同時對節能降耗也不斷提出更高的要求。因此，要想在市場上占有主動地位，就必須提高產品的提取率，降低裝置的運行能耗，挖掘設備運行的節能潛力，同時研發新的制氮工藝。

發明內容
本發明的目的在于提供一種氮氣制取工藝，克服目前工藝產品提取率低、裝置運行能耗較大的缺陷。本發明采用的技術方案如下
一種氮氣制取工藝，依次包括空氣的除雜、壓縮、預冷、凈化，凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入精餾塔下部進行精餾，在精餾塔頂部得到氮氣。精餾后在精餾塔底部獲得的富氧液空經過過冷節流后進入精餾塔頂部的冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，冷凝獲得的液氮部分返回精餾塔作為回流液，部分送出作為液氮產
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ΡΠ O與氮氣相變換熱后的空氣作為廢氣從冷凝蒸發器引出后經過過冷器、主換熱器復熱，之后去透平膨脹機膨脹。膨脹后廢氣進入主換熱器與凈化后的空氣換熱，換熱后部分作為純化系統再生氣。精餾塔頂部得到的氮氣出精餾塔后進入主換熱器復熱至常溫后送至用戶。本領域技術人員根據工藝需要，也可以調整膨脹后廢氣進入過冷器后再進入主換熱器進行換熱。其中提到的空氣壓縮一般壓縮至比產品氮氣要求壓力高70_95Kpa。以上工藝氮氣的提取率為45-58%，獲得的氮氣壓力(即氮氣產品要求壓力)為 450-1100Kpa，氮氣中 O2 為 I-IOOppm0本發明還進一步提供了兩種更為節能降耗的優選方案
1)空氣除雜后壓縮至比產品氮氣要求壓力低40-100Kpa ；凈化后的空氣進入主換熱器被冷卻之前，再次增壓，至比產品氮氣要求壓力高30-40Kpa。具體的，凈化后的空氣可進入增壓透平膨脹機組的增壓端進行增壓。優選采用理論塔板數為60-90或對應填料60-120盤的規整填料精餾塔進行精餾。本方案相對于前述的基本工藝可以減少原料空氣的進料量為基本工藝的10-1 ， 以進一步提高提取率。2)空氣除雜后壓縮至比產品氮氣要求壓力低IOO-ISOKpa ；精餾塔頂部得到的氮氣出精餾塔后進入主換熱器復熱至常溫后增壓至產品氮氣要求壓力送至用戶。具體的，可以通過復熱至常溫后進入增壓透平膨脹機組的增壓端進行增壓。優選采用理論塔板數為60-90或對應填料60-120盤的規整填料精餾塔進行精餾。本方案相對于前述的基本工藝可以減少原料空氣的進料量為基本工藝的15%，以進一步提高提取率。下面對本發明的工藝進行具體闡述
1.基本工藝原料空氣經空氣過濾器除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機壓縮至比氮氣產品要求壓力高70-95Kpa，再經預冷系統降低空氣溫度為5-8°C，分離掉游離水后進入純化系統，去除H20、CO2, C2H2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣經主換熱器與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔下部參加精餾。在精餾塔頂部得到高純氮氣，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過過冷器節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器、主換熱器復熱后去透平膨脹機膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣根據工藝需要可選擇性的經過過冷器，之后經過主換熱器復熱至常溫，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔頂引出，經主換熱復熱至常溫送出給用戶使用，獲得的氮氣產品壓力剛好符合要求。采用此工藝，輸送至用戶端的氮氣壓力一般在450-1 IOOKPa(G)，氮氣純度為O2為l_100ppm。以下兩方案可以進一步降低能耗，同時增加可以輸送至用戶端的氮氣壓力或者在用戶端得到液氮產品
具體的，方案一如下
原料空氣(進料量可較基本工藝降低10-1 )經空氣過濾器除去空氣中的灰塵和雜質， 然后被空氣壓縮機壓縮至比氮氣產品要求壓力低40-100Kpa后(此處可節省能耗15%)，再經預冷系統降低空氣溫度，分離掉游離水后進入純化系統，去除H20、C02、C2H2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣進入增壓透平膨脹機組的增壓端，提高壓力(比氮氣產品要求壓力高 30-40Kpa)后，經主換熱器與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔下部參加精餾。精餾塔采用規整填料塔(理論板數60-90塊)，在精餾塔頂部得到高純氮氣(壓力滿足氮氣產品要求壓力)，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過冷后節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器、主換熱器復熱后去透平膨脹機膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣經過冷器(根據工藝需要可選擇性的經過)、主換熱器復熱至常溫后，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔頂引出，經主換熱復熱至常溫送出。本工藝氮氣產量彡5000Nm3/h,氮氣純度可達到仏(3ppm,該工藝可使空壓機組排壓降低100-150Kpa ；氮氣提取率達55_70%，制氮電耗為0. 22kwh/Nn^2。具體的，技術方案二的流程如下
原料空氣(進料量可較基本工藝降低15%)經空氣過濾器除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機壓縮至比氮氣產品要求壓力低IOO-ISOKpa (此處能耗降低18-20%)后，再經預冷系統降低空氣溫度后，分離掉游離水后進入純化系統，去除H20、C02、C2H2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣經主換熱器與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔下部參加精餾。精餾塔采用規整填料塔，理論板數60-90塊(填料60-120盤)；在精餾塔頂部得到高純氮氣(壓力較氮氣產品要求壓力低大約100-180Kpa)，底部得到富氧液空。 塔底的富氧經過冷后節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器、主換熱器復熱后去透平膨脹機膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣經過過冷器(根據工藝需要可選擇性的經過)、主換熱器復熱至常溫，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔頂引出，經主換熱復熱至常溫進入增壓透平膨脹機組的增壓端，提高壓力至氮氣產品要求壓力后送用戶，該工藝可使空壓機組相對基本工藝排壓降低200Kpa左右，連帶降低了精餾塔壓力，提高分離效率。本工藝氮氣產量彡5000Nm7h，氮氣純度IOppm彡O2彡3ppm。氮氣提取率達 55-65%,能耗為 0. 21kwh/Nm3N2。本發明相對于現有技術，有以下優點
本發明氮氣制取工藝空氣壓縮機排壓低，能耗低，大大降低了空分制氮裝置的能耗要求，符合國家現在的對高耗能產業的節能減排的要求，同時氮氣提取率可達到陽-70%。


圖1為實施例1單級精餾廢氣膨脹循環制氮工藝流程圖2為實施例2空氣增壓單級精餾廢氣膨脹循環制氮工藝流程圖； 圖3為實施例3氮氣增壓單級精餾廢氣膨脹循環制氮工藝流程圖。
具體實施例方式以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此
實施例1
本例氮氣產品要求壓力為600Kpa(表壓，以下壓力均用表壓表示)。結合圖1，原料空氣經空氣過濾器1除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機 2壓縮至67010 后，再經預冷系統3降低空氣溫度后，分離掉游離水后進入純化系統4，去除H20、C02、C#2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣經主換熱器5與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔6下部參加精餾。在精餾塔6頂部得到高純氮氣，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過冷器7后節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔6作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器7、主換熱器5復熱后去透平膨脹機8 膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣經過冷器7、主換熱器5復熱至常溫后，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔6頂部引出，經主換熱器5復熱至常溫送出，壓力為 600KPao所述精餾塔6為篩板精餾塔。氮氣提取率為53%，能耗為0. 27 kffh/Nm3 N2。實施例2
本例氮氣產品要求壓力為600KPa。結合圖2，原料空氣經空氣過濾器1除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機2壓縮至56010 后，再經預冷系統3降低空氣溫度后，分離掉游離水后進入純化系統4，去除H20、CO2, C2H2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣進入增壓透平膨脹機組的增壓端，提高壓力至637KPa，經主換熱器5與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔 6下部參加精餾。精餾塔6采用規整填料塔(理論板數70塊，對應填料100盤)，在精餾塔6 頂部得到高純氮氣，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過冷器7后節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔6作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器7、主換熱器5復熱后去透平膨脹機8膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣經過冷器7、主換熱器5復熱至常溫后，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔6頂部引出，經主換熱器 5復熱至常溫送出，壓力為600KPa。氮氣提取率為60%，能耗為0. 22kwh/Nm3N2。實施例3
本例氮氣產品要求壓力為600KPa。結合圖3，原料空氣經空氣過濾器1除去空氣中的灰塵和雜質，然后被空氣壓縮機 2壓縮至460Kpa后，再經預冷系統3降低空氣溫度后，分離掉游離水后進入純化系統4，去除H20、C02、C#2及其它碳氫化合物。凈化后的空氣經主換熱器5與膨脹廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔6下部參加精餾。精餾塔6采用規整填料塔(理論板數70 塊對應填料100盤)。在精餾塔6頂部得到高純氮氣，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過冷器7后節流進入冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔6作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發器頂部引出經過冷器7、主換熱器5復熱后去透平膨脹機8膨脹，給裝置補增冷量，膨脹廢氣經過冷器7、主換熱器5復熱至常溫后，部分作為純化系統再生氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔6頂部引出，經主換熱器5復熱至常溫進入增壓透平膨脹機組的增壓端，提高壓力至 600KPa后送用戶。氮氣提取率為64%，能耗為0. 21kwh/Nm3N2。
權利要求
1.一種氮氣制取工藝，依次包括空氣的除雜、壓縮、預冷、凈化，其特征在于，凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入精餾塔下部進行精餾，在精餾塔頂部得到氮氣。
2.如權利要求1所述的氮氣制取工藝，其特征在于，精餾后在精餾塔底部獲得的富氧液空經過過冷節流后進入精餾塔頂部的冷凝蒸發器與氮氣相變換熱，冷凝獲得的液氮部分返回精餾塔作為回流液，部分送出作為液氮產品。
3.如權利要求2所述的氮氣制取工藝，其特征在于，與氮氣相變換熱后的空氣作為廢氣從冷凝蒸發器引出后經過過冷器、主換熱器復熱，之后去透平膨脹機膨脹。
4.如權利要求3所述的氮氣制取工藝，其特征在于，膨脹后廢氣進入主換熱器與凈化后的空氣換熱，換熱后部分作為純化系統再生氣。
5.如權利要求1所述的氮氣制取工藝，其特征在于，精餾塔頂部得到的氮氣出精餾塔后進入主換熱器復熱至常溫后送至用戶。
6.如權利要求1-5之一所述的氮氣制取工藝，其特征在于，采用理論塔板數為60-90或對應填料60-120盤的規整填料精餾塔進行精餾。
7.如權利要求6所述的氮氣制取工藝，其特征在于，空氣除雜后壓縮至比產品氮氣要求壓力低40-100Kpa ；凈化后的空氣進入主換熱器被冷卻之前，再次增壓，至比產品氮氣要求壓力高30-40Kpa。
8.如權利要求7所述的氮氣制取工藝，其特征在于，凈化后的空氣進入增壓透平膨脹機組的增壓端進行增壓。
9.如權利要求6所述的氮氣制取工藝，其特征在于，空氣除雜后壓縮至比產品氮氣要求壓力低IOO-ISOKpa ；精餾塔頂部得到的氮氣出精餾塔后進入主換熱器復熱至常溫后增壓至產品氮氣要求壓力送至用戶。
10.如權利要求9所述的氮氣制取工藝，其特征在于，精餾塔頂部得到的氮氣出精餾塔后經主換熱復熱至常溫后進入增壓透平膨脹機組的增壓端進行增壓。
全文摘要
本發明屬于空氣分離技術領域，特別涉及一種氮氣制取工藝。所述氮氣制取工藝，依次包括空氣的除雜、壓縮、預冷、凈化，凈化后的空氣冷卻至飽和溫度后進入精餾塔下部進行精餾，在精餾塔頂部得到氮氣。本工藝空氣壓縮機排壓低、能耗低,大大降低了空分制氮裝置的能耗要求，符合國家現在的對高耗能產業的節能減排的要求，同時氮氣提取率可達到45-65%。
文檔編號C01B21/04GK102320581SQ20111025252
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者劉中杰, 葉楠, 孫記章, 彭輝, 王好民 申請人:開封黃河空分集團有限公司