[发明专利]多段精馏制取高纯氮气空分工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温法制取高纯氮气的空分工艺，特别是多段精馏制取高纯氮气空分工艺。它适用于低温法制取高纯氮气行业。

背景技术

目前，低温法制取高纯氮气行业大多是采用单级精馏，正流或返流等熵膨胀制冷循环的工艺进行制取高纯氮气的，该制氮工艺虽然具有流程简便、设备筒单且数量少、占地面积小，操作简单、运行稳定、氮气产品质量高等特点。但是，单级精馏制取高纯氮气的空分工艺有着分离耗功大，能耗高的固有缺陷。单位能耗在0.30-0.37KW.h/Nm³N₂，氮气产品提取率低，仅为37-45％之间，且生产产品单一，仅能产出一种压力等级氮气产品，另外液氮产品产量较少。

近年来，国外出现了一种双段精馏、正流等熵膨胀制冷循环制取高纯氮气的空分工艺。该工艺虽然能提高氮气产品的提取率，降低氮气产品的单位能耗，使单位能耗可达0.25KW.h/Nm³N₂左右，并能产出中、高压两种不同压力等级的高纯氮气产品，从而使设备的性能得到非常明显的提升。但是，如果随着用户对中、高压高纯氮气产品的输出压力的要求更高时，大量有用功不能充分利用，不可逆损失也会加大。中、高压高纯氮气产品的输出压力越高时，上述现象就愈突出。因此，需对产品氮气采用外压缩的方法，方能缓解所述的突出问题，但这又带来了设备增加、投资增大、外压缩设备选型困难，产品氮气加压后因加压过程污染而使其纯度降低，难以满足用户的要求等弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多段精馏制取高纯氮气空分工艺，它能够克服已有技术的不足，可有效地减少制取高纯氮气空分工艺流程中的不可逆损失，能充分地利用有用功，并使之转化为制取高纯氮气空分工艺流程所需的冷量，从而可增加液氮产品的产量，又能为部分氮气产品内压缩提供必要条件；并且能使能耗指标降低、节能效果好，产品质量高。

本发明的工艺流程包括如下工艺步骤：

<1>空气经压缩机压缩后并经预冷、纯化系统进行预处理后使之成为干燥的压缩空气，该干燥的压缩空气送入精馏系统的主换热器中与返流泠气体进行热交换，而该干燥的压缩空气自身得以冷却，冷却后的部分压缩空气送去1#膨胀机进行等熵膨胀，产生的部分冷量进入上精馏塔参加精馏，实现第一级正流等熵膨胀制冷循环。

<2>所述主换热器中的剩余的干燥压缩空气进一步冷却，在该主换热器内被冷却至饱和温度，送至蒸发器与加压后的液氮进一步换热，换热后送到下精馏塔参加精馏，在下精馏塔精馏过程中，下精馏塔顶部产生了高纯氮气，该高纯氮气与上精馏塔底部的1#冷凝蒸发器中的富氧液空换热而形成液氮，部分液化后的液氮作为回流液参加下精馏塔精馏，另一部分液氮经过冷器过冷后作为液氮产品送出精馏系统，剩余部分液氮经液氮泵加压后送到蒸发器中，与来自上述主换热器的空气进行换热得以汽化，汽化后的液氮再送到上述主换热器复热至常温，成为高压氮气产品送出精馏系统。在上精馏塔塔顶得到的高纯氮气，一部分从上精馏塔顶取出，经过冷器过冷，又经上述主换热器复热至常温后，成为中压氮气产品送出精馏系统。另一部分高纯氮气则到上精馏塔中的2#冷凝蒸发器中，与来自上精馏塔底部1#冷凝蒸发器并经过冷器过冷的富氧液空进行换热并冷凝、冷凝后的液氮作为回流液在上精馏塔参加精馏，而在上精馏塔塔顶的2#冷凝蒸发器中的富氧液空蒸发，该蒸发后的气体又经过冷器换热后，进入2#膨胀机进行等熵膨胀，产生冷量，该冷量经上述主换热器复热至常温后，送出精馏系统，去下一单元纯化系统再生纯化器，这样实现了第二级返流等熵膨胀制冷循环。