[發明專利]一種生產高純氮和低純氧的方法和裝置

在審

• 申請號: 202010985907.3
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112066644A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 阿蘭·布里格利亞;謝華麗;張永舜
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;包姝晴

本發明公開了一種生產高純氮和低純氧的方法和裝置，采用三塔精餾的方式，氮和氧在不同塔中進行精餾，同時將高純氮和低純氧從空氣中分離出來，克服了傳統低純度制氧設備的缺陷，并節省了設備投資、降低了能耗、提高了產品附加值，實現了循環經濟效應。

技術領域

本發明屬于低溫空氣分離領域，具體涉及一種以空氣為原料、同時生產高純氮和低純氧的方法和裝置。

背景技術

雙塔精餾為空氣分離設備的傳統流程，適用于高純度氧(99.5％以上)的生產，而對于生產富氧燃燒需求的低純度氧，氧氣純度降低在理論上應匹配分離功降低、制氧能耗降低的流程。所以，不能仍然按常規傳統的空氣分離流程進行生產，而應該從精餾、流程組織等方面來挖掘，研究新型裝置，以降低制氧功耗。

現有技術中采用高純度氧氣混合空氣的方法，即在雙塔的基礎上增加了一個用空氣直接蒸發高純度氧的塔，混合成所需要的低純度氧濃度，本質上還是屬于傳統的雙塔精餾，而且這種先分離后混合的方式無疑是一種能源的浪費，而且其副產品低壓氮氣不能直接輸送，需增加氮氣壓縮機，就設備本身的投資而言是一筆額外的支出。

有鑒于此，為了達到節能減排的要求，如何設計一種直接生產高提取率、帶壓力的高純氮和低純氧的空氣分離的方法和裝置，以消除現有技術中能耗高、經濟性差的缺陷和不足，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。

發明內容

本發明提供了一種以空氣為原料、同時生產高純氮和低純氧的方法，采用三塔精餾的方式，氮和氧在不同塔中進行精餾，同時將高純氮和低純氧從空氣中分離出來，克服了傳統低純度制氧設備的缺陷，并節省了設備投資、降低了能耗、提高了產品附加值，實現了循環經濟效應。

為了實現上述發明目的，本發明公開了一種生產高純氮和低純氧的方法，在所述方法中，將原料空氣在主換熱器中冷卻并且引入用于氮氧分離的精餾系統中，所述精餾系統具有至少一個高壓塔和一個低壓塔，

-將一氧流從低壓塔的下部區域中取出、在主換熱器中加熱并且作為壓力氧氣產品獲得，

-將第一氮流從高壓塔的頂部區域中取出、在主換熱器中加熱并且作為壓力氮氣產品獲得，

-將污氮氣以氣態從低壓塔的頂部區域取出、在主換熱器中加熱并且作為再生氣或者放空，其特征在于：

-在高壓塔與低壓塔之間設置一中壓塔，所述中壓塔的操作壓力介于高壓塔與低壓塔之間，

-低壓塔的下部區域具有構造成冷凝蒸發器的低壓冷凝蒸發器，

-中壓塔的下部區域具有構造成冷凝蒸發器的中壓冷凝蒸發器，

-所述精餾系統至少包括兩個過冷器，分別為高壓過冷器和低壓過冷器，

-經第一增壓機的原料空氣增壓至第一壓力，經預冷、純化后，第一部分第一壓力空氣經主換熱器冷卻引入高壓塔的下部區域，第二部分第一壓力空氣經第二增壓機增壓至第二壓力空氣；

-將第一部分第二壓力空氣經主換熱器冷卻，從主換熱器的中間位置取出再經膨脹機得到第三壓力空氣引入中壓塔的下部區域，將第二部分第二壓力空氣經主換熱器液化或在超臨界壓力下偽液化，

-已經液化或在超臨界壓力下偽液化的第二部分第二壓力空氣的一部分引入高壓塔的下部區域，

-已經液化或在超臨界壓力下偽液化的第二部分第二壓力空氣的另一部分經高壓過冷器引入低壓塔的中部區域，

-將高壓富氧液空從高壓塔的塔底取出、依次經低壓過冷器和節流引入中壓塔的中部區域；將中壓富氧液空從中壓冷凝蒸發器處取出、依次經低壓過冷器和節流引入低壓塔的下部區域；將貧液氮從中壓塔的中部區域取出、依次經低壓過冷器和節流引入低壓塔的上部區域，