[發明專利]一種生產高純氮和帶壓低純氧的方法

無效

• 申請號: 201110205078.3
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102530892A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 扈麗杰;周大榮;陳熙靜;俞建
• 申請（專利權）人: 上海啟元空分技術發展股份有限公司
• 主分類號: C01B21/04
• 分類號: C01B21/04;C01B13/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及一種通過液化作用進行氣體分離的方法，尤其涉及一種從空氣中分離高純氮和帶壓低純氧的方法。

背景技術

隨著浮法玻璃、化工等行業的快速發展，對高純氮氣、低純氧需求量急劇增大，通常浮法玻璃行業在使用的高純氮氣壓力為0.2~0.5MPa，氮氣純度為99.999%（O₂濃度≤3ppm）。鑒于空氣中的主要氣體成分為氮氣和氧氣，氮氣和氧氣體積分數分別為78.12%和20.95%，而空氣作為廉價資源無處不在，因此通過分離空氣來生產氮氣和氧氣是最為傳統，也是最為實惠的方法。

傳統的空氣提純氮氣包括深冷空分制氮技術和變壓吸附（Pressure?Swing?Adsorption，PSA）技術。其中，但是深冷空分制氮技術已有百年歷史，然而該方法工藝流程復雜、基建費用高、產率低、而且所需操作人員多。PSA技術為目前一般企業常用的氮氣提純技術，然而PSA技術只能生產99.9%純度的氮氣，國內也只有個別企業可生產99.99%濃度的氮氣，目前只有美國空氣用品公司能夠采用PSA技術生產≥99.999％的氮氣，但是價格昂貴。

通過精餾提取氮氣，仍是最常用的空分技術。目前廠家一般采用氮氣和氧氣的單獨制備工藝。氮氣的制備工藝有：1).單塔正流制氮流程，其制備的氮氣壓力可達0.2~0.3MPa，氮氣提取率55~65%；2).?單塔返流制氮流程，其制備的氮氣壓力達0.4MPa~1?MPa，氮氣提取率達到43~58%；3).?雙塔返流制氮流程，制得的氮氣壓力達0.2~0.3MPa，氮氣提取率達60~71%，如中國專利CN2000201071.2提供了一種空氣分離制取壓力氮氣的裝置及方法，其采用“雙塔正流”制氮流程，可制得壓力達0.15~0.4MPa的氮氣，而且其提取率可達78~86％。

低純氧的生產一般采用全低壓雙塔精餾制取低壓氮氣及氧氣，其電耗一般為0.38~0.5KWh/m³，能耗較高，其副產品低壓氮氣不能直接輸送，需增加氮氣壓縮機，氮氣純度也不能滿足高端浮法玻璃的需求。同時生產的氧氣壓力小于0.1MPa，而浮法玻璃、化工行業需要大量的帶壓力的高純氮氣、低純氧氣，氮氣及氧氣壓力要求大于0.15MPa。同時為了達到節能減排的要求，從空分過程中直接生產高提取率、帶壓力的高純氮、低純氧是非常具有價值的。

專利US006079223A公開了一種低溫空氣分離系統，將空氣分離成為富氮蒸汽和富氧液體，在包含精餾段和汽提段的回流冷凝器中精餾得到中純度氮產品，汽提得到中等純度氧產品，采用該方法生產的氮和氧產品純度低。專利US006230519B1公開了一種生產氣態氮和氣態氧的低溫空氣分離方法，將空氣低溫精餾并在低壓塔內分離成富氧流體和副氮流體，然后根據密度不同分別從低壓塔上下部回收氮氣和氧氣，該方法制冷降溫過程復雜。專利CN1038514A公開了一種生產高壓氧和高壓氮的空氣分離流程，將空氣壓縮、吸附除雜后通過雙級精餾塔進行精餾，由于氮氣和氧氣均在同一塔內進行精餾，生產效率低。

中國專利申請號201010535961.4的專利申請文件，公開了一種生產高純氮和帶壓低純氧的方法，該方法可以獲得氮氣的高提取率（＞70%）或氧氣的高提取率（＞95%）；但該方法當氧氣提取率達到90%以上時，氮氣提取會降低至60%以下，當氮氣提取率高于70%以上時氧氣提取率會降到80%，即氧氮不能同時達到高提取率。

發明內容

本發明提供了一種以空氣為原料、同時生產高純氮和帶壓低純氧的方法，采用三塔制氮、制氧流程，在直接制備高純度氮氣以及帶壓力低純氧氣的同時，保證了氮氣和氧氣的高提取率。從而提高了產品的附加值，節省設備投資、降低能耗，實現了循環經濟效應。

本發明生產高純氮和帶壓低純氧的方法，通過以下技術方案實現其目的：

一種生產高純氮和帶壓低純氧的方法，其中，步驟如下：

步驟1，將純化、干燥的空氣冷卻至飽和狀態，然后送入下塔精餾分離成氮氣和液態空氣，然后將分離出來的氮氣經冷凝蒸發器冷凝成為液氮后部分回流至下塔精餾；

步驟2，冷凝蒸發器冷凝的液氮部分回流至下塔，其余液氮和下塔中分離出的液體空氣分別通入氮塔進行精餾，分離成帶壓力的氮氣和富氧液，將氮氣從塔頂抽出，得到高純氮；同時由所述氮塔中段抽出部分污液氮，送入氧塔；富氧液從氮塔的釜底抽出，并從氧塔中段送入氧塔；

步驟3，將污液氮和富氧液在氧塔中進行精餾，分離成低純氧和污氮氣，將低純氧冷卻從塔釜抽出；