[發明專利]交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置及方法

無效

• 申請號: 201110156065.1
• 申請日: 2011-06-13
• 公開（公告）號: CN102322726A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 馬源;李美玲;張金華;王連喜
• 申請（專利權）人: 開封空分集團有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04;F25J5/00
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民;張欣棠

1.一種交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置，包括空氣過濾器（1）、與空氣過濾器（1）相連通的空氣壓縮機（2）、與空氣壓縮機（2）相連通的預冷系統（15）、與預冷系統（15）相連通的純化系統（16）、以及設置在單獨冷箱（3）內的包括主換熱器（4）、液化器（5）、過冷器（8）、單級精餾塔（6）、主冷凝蒸發器（7）、膨脹機的分餾塔系統，其特征在于：所述的純化系統（15）通過原料空氣管道100與主換熱器（4）的換熱通道A1和A2相連通，A2與液化器（5）的換熱通道A3和A4相連通，A4與單級精餾塔（6）底部相連通，在單級精餾塔（6）上方設置有主冷凝蒸發器（7），主冷凝蒸發器（7）通過液氮管道分別與產品液氮管道101和單級精餾塔（6）相連通，單級精餾塔（6）與第三氮氣管道105和設置有第一閥門（12）的第一氮氣管道102相連通，第三氮氣管道105與主冷凝蒸發器（7）相連通，第一氮氣管道102與第四氮氣管道110相連通，第四氮氣管道110與液化器（5）的換熱通道N1和N2相連通,?N2與主換熱器（4）的換熱通道N3和N4相連通，N4與第二氮氣管道103相連通；

在單級精餾塔（6）底部設置有富氧液空管道106，富氧液空管道106穿過過冷器（8）并經節流閥（14）與主冷凝蒸發器（7）相連通，在主冷凝蒸發器（7）頂部設置有第二污氮氣管道107，第二污氮氣管道107與過冷器（8）的換熱通道WN1和WN2相連通，WN2與液化器（5）的換熱通道WN3和WN4相連通，WN4與膨脹機膨脹端（10）相連通，膨脹機膨脹端（10）通過管道分別與設置有第二閥門（13）的第三污氮氣管道108和第四污氮氣管道109相連通，第三污氮氣管道108與第四氮氣管道110相連通，第四污氮氣管道109與過冷器（8）的換熱通道WN5和WN6相連通，WN6與液化器（5）的換熱通道WN7和WN8相連通，WN8與換熱器（4）的換熱通道WN9和WN10相連通，WN10與第一污氮氣管道104相連通，第一污氮氣管道104與設置有污氮氣放空管道111的純化系統相連通。

2.根據權利要求1所述的交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置，其特征在于：所述的第一污氮氣管道104通過管道與膨脹機風機端（9）和污氮氣放空管道111相連通。

3.根據權利要求1所述的交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置，其特征在于：所述的空氣壓縮機（2）的工作壓力為0.4MPa至1.0MPa。

4.根據權利要求1所述的交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置，其特征在于：所述的第二氮氣管道103出冷箱的氮氣壓力為0.3MPa至0.9MPa。

5.根據權利要求1所述的交替生產氮氣和液氮的空氣分離裝置，其特征在于：所述的產品液氮管道101出冷箱的液氮壓力為0.3MPa至0.9MPa。

6.一種利用權利要求1所述的裝置交替生產氮氣和液氮的空氣分離方法，其特征在于：

1）在生產氮氣時，首先開啟第一閥門（12），關閉第二閥門（13），原料空氣經空氣過濾器（1）去除灰塵和雜質，然后經空氣壓縮機（2）壓縮后去純化系統（15）去除空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和碳氫化合物，然后通過原料空氣管道100與主換熱器（4）和液化器（5）換熱，被冷卻后進入單級精餾塔（6）底部，作為上升氣體參加精餾，原料空氣精餾后在單級精餾塔（6）頂部和底部分別得到得到高純度的氮氣和富氧液空，單級精餾塔（6）底部的富氧液空通過富氧液空管道106穿過過冷器（8）并經節流閥（14）后與主冷凝蒸發器（7）相連通，作為主冷凝蒸發器（7）的蒸發側富氧液空，單級精餾塔（6）頂部的氮氣一部分通過第三氮氣管道105送入主冷凝蒸發器（7）冷凝，單級精餾塔（6）頂部的另一部分氮氣通過第一氮氣管道102，經第四氮氣管道110與液化器（5）合主換熱器（4）換熱后經第二氮氣管道103送出冷箱，通過第三氮氣管道105送入主冷凝蒸發器（7）冷凝的氮氣與蒸發側富氧液空換熱后部分產品液氮出冷箱（3），另外一部分液氮回流到單級精餾塔（6）重新參加精餾，單級精餾塔（6）內的蒸發側富氧液空與氮氣換熱后蒸發為污氮氣，污氮氣通過第二污氮氣管道107經過冷器（8）和液化器（5）換熱后進入膨脹機膨脹端（10）膨脹，膨脹后的氣體經過冷器（8）、液化器（5）和主換熱器（4）換熱后經第一污氮氣管道104出冷箱，然后進入純化系統（15）；

2）在生產液氮時，首先關閉第一閥門（12），開啟第二閥門（13），原料空氣經空氣過濾器（1）去除灰塵和雜質，然后經空氣壓縮機（2）壓縮后去純化系統（15）去除空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和碳氫化合物，然后通過原料空氣管道100與主換熱器（4）和液化器（5）換熱，被冷卻后進入單級精餾塔（6）底部，作為上升氣體參加精餾，原料空氣精餾后在單級精餾塔（6）頂部和底部分別得到得到高純度的氮氣和富氧液空，單級精餾塔（6）底部的富氧液空通過富氧液空管道106穿過過冷器（8）并經節流閥（14）后與主冷凝蒸發器（7）相連通，作為主冷凝蒸發器（7）的蒸發側富氧液空，單級精餾塔（6）頂部的氮氣一部分通過第三氮氣管道105送入主冷凝蒸發器（7）冷凝，冷凝后的氮氣與蒸發側富氧液空換熱后部分產品液氮出冷箱（3），另外一部分液氮回流到單級精餾塔（6）重新參加精餾，單級精餾塔（6）內的蒸發側富氧液空與氮氣換熱后蒸發為污氮氣，污氮氣通過第二污氮氣管道107經過冷器（8）和液化器（5）換熱后進入膨脹機膨脹端（10）膨脹，膨脹后的一部分氣體通過第三污氮氣管道108后進入第四氮氣管道110與液化器（5）合主換熱器（4）換熱后經第二氮氣管道103送出冷箱，膨脹后的另一部分氣體經過冷器（8）、液化器（5）和主換熱器（4）換熱后經第一污氮氣管道104出冷箱，然后進入純化系統（15）。