[發明專利]返流污氮氣部分膨脹制冷和部分增壓進壓力塔相耦合生產帶壓氮氣產品的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410252557.4
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104061756A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 韓一松;譚芳;翟暉;艾紹華;張猛
• 申請（專利權）人: 杭州杭氧股份有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本發明涉及一種返流污氮氣部分膨脹制冷和部分增壓進壓力塔相耦合生產帶壓氮氣產品的方法和裝置，屬于低溫技術領域。

背景技術

隨著冶金、石化、煤化工、電子等工業的快速發展，在空分的應用領域中，帶壓氮氣的多用途性使得有時上述工業領域對帶壓氮氣的需求量遠比氧氣要多。有時為了節約投資和能耗，在項目改造時需要從出空分裝置的廢氮氣中再次提取帶壓氮氣，變廢為寶。上述兩種情況都需要能夠找到一種設備投資便宜，運行能耗低的方法和裝置。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種以純凈空氣、特別是廢氮氣為原料生產以帶壓氮氣作為唯一產品或主要產品的返流污氮氣部分膨脹制冷和部分增壓進壓力塔相耦合生產帶壓氮氣產品的方法及裝置，該方法和裝置提高了氮氣產品的提取率，降低了能耗，節約了設備投資。

為了實現上述目的，本發明提供了一種返流污氮氣部分膨脹制冷和部分增壓進壓力塔相耦合生產帶壓氮氣產品的方法，它具有一個精餾塔系統，一個換熱系統和一個膨脹機制冷系統，其中所述精餾塔系統由至少一個壓力塔和一個冷凝蒸發器組成，所述的方法包括如下步驟：

a將純化、干燥和帶壓的原料氣冷卻至飽和或近飽和狀態進入壓力塔進行精餾，返流增壓冷卻后的污氮氣也進入壓力塔參與精餾；

b在壓力塔頂部獲得的壓力氮氣和在壓力塔底部獲得液態流體；壓力塔頂部的部分壓力氮氣作為產品氮氣抽出，并復熱出冷箱，其余氮氣進入冷凝蒸發器冷凝成液氮；

c部分液氮作為液氮產品抽出，其余液氮回流至壓力塔頂部作為精餾的回流液；底部的液態流體經節流進入冷凝蒸發器，一部分作為安全排放液體，其余部分蒸發成氣體，作為返流污氮氣出精餾塔系統；

d一部分返流污氮氣進入換熱器系統復熱并在中部抽出后去膨脹機膨脹端膨脹制冷后復熱出冷箱；另一部分返流污氮氣進入換熱器系統復熱并在中部抽出后去膨脹機增壓端增壓冷卻后進入壓力塔繼續參與精餾或這部分返流污氮氣直接去膨脹機增壓端增壓冷卻后進入壓力塔繼續參與精餾。

本發明所述的精餾塔系統組成中還包括一低壓塔，其中的步驟c是：部分液氮作為液氮產品抽出，部分液氮回流至壓力塔頂部作為壓力塔精餾的回流液，其余液氮經節流后進入低壓塔頂部作為低壓塔上段精餾的回流液；塔底的液態流體經節流進入低壓塔中部作為低壓塔下段提餾的回流液；從低壓塔頂部抽出的次壓氮氣經復熱出冷箱可作為次壓氮氣產品；返流污氮氣從低壓塔中部或下部出精餾塔系統。

所述膨脹機的增壓端和所述膨脹端直接機械耦合，所述膨脹端的輸出功為所述增壓端提供動力；所述污氮氣的一部分經膨脹機膨脹端膨脹制冷后復熱出冷箱至大氣壓后離開；所述污氮氣的一部分經膨脹機增壓端增壓冷卻后進入壓力塔參與精餾。

所述原料氣是空氣或氮含量占主要成分的氣體；所述壓力塔的操作壓力不小于0.4MPaA。

一種用于上述返流污氮氣部分膨脹制冷和部分增壓進壓力塔相耦合生產帶壓氮氣產品的方法的裝置，該裝置主要由一個精餾塔系統、一個換熱系統和一個膨脹機制冷系統緊密耦合組成，三者通過管道和閥門相連通，并實現將部分返流污氮氣增壓送入精餾塔的功能；其中所述的精餾塔系統至少由一個壓力塔和一個冷凝蒸發器組成，或由一個壓力塔、一個冷凝蒸發器和一個低壓塔組成。

所述膨脹機制冷系統由一個帶膨脹葉輪的膨脹端、一個帶增壓葉輪的增壓端以及其他輔助性部件組成；所述膨脹端和所述增壓端通過單軸直接連接或通過齒輪箱間接連接。

所述膨脹端和增壓端的返流污氮氣的比例由所述兩端入口支管上的閥門或其他調節裝置進行調節，并實現流量匹配。

所述的換熱系統至少包括一主換熱器，所述主換熱器冷端設置有一供從所述精餾系統中出來的返流污氮氣部分或全部復熱的第一通道，該所述第一通道出口通過管道連通所述膨脹機的膨脹端；所述主換熱器冷端設置有一供膨脹后返流污氮氣經所述膨脹端ET出口通過管道連通進入所述主換熱器的第二通道，所述返流污氮氣經所述第二通道復熱離開；所述主換熱器中部設置有一供返流增壓冷卻后的污氮氣經所述膨脹機增壓端出口通過管道連通進入所述主換熱器的第三通道，所述第三通道出口由管道連通經所述主換熱器E1冷卻后的原料氣匯合流道后進入或直接進入所述壓力塔。

傳統的返流污氮膨脹流程，返流污氮從精餾塔抽出后不再通過任何方式再回到壓力塔進行精餾，本發明的優點是利用從精餾塔抽出的返流污氮氣一方面通過膨脹制冷，另一方面利用增壓讓部分返流污氮氣獲得再次進入壓力塔參與精餾的能力。