[发明专利]返流污氮气部分膨胀制冷和部分增压进压力塔相耦合生产带压氮气产品的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种返流污氮气部分膨胀制冷和部分增压进压力塔相耦合生产带压氮气产品的方法和装置，属于低温技术领域。

背景技术

随着冶金、石化、煤化工、电子等工业的快速发展，在空分的应用领域中，带压氮气的多用途性使得有时上述工业领域对带压氮气的需求量远比氧气要多。有时为了节约投资和能耗，在项目改造时需要从出空分装置的废氮气中再次提取带压氮气，变废为宝。上述两种情况都需要能够找到一种设备投资便宜，运行能耗低的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种以纯净空气、特别是废氮气为原料生产以带压氮气作为唯一产品或主要产品的返流污氮气部分膨胀制冷和部分增压进压力塔相耦合生产带压氮气产品的方法及装置，该方法和装置提高了氮气产品的提取率，降低了能耗，节约了设备投资。

为了实现上述目的，本发明提供了一种返流污氮气部分膨胀制冷和部分增压进压力塔相耦合生产带压氮气产品的方法，它具有一个精馏塔系统，一个换热系统和一个膨胀机制冷系统，其中所述精馏塔系统由至少一个压力塔和一个冷凝蒸发器组成，所述的方法包括如下步骤：

a将纯化、干燥和带压的原料气冷却至饱和或近饱和状态进入压力塔进行精馏，返流增压冷却后的污氮气也进入压力塔参与精馏；

b在压力塔顶部获得的压力氮气和在压力塔底部获得液态流体；压力塔顶部的部分压力氮气作为产品氮气抽出，并复热出冷箱，其余氮气进入冷凝蒸发器冷凝成液氮；

c部分液氮作为液氮产品抽出，其余液氮回流至压力塔顶部作为精馏的回流液；底部的液态流体经节流进入冷凝蒸发器，一部分作为安全排放液体，其余部分蒸发成气体，作为返流污氮气出精馏塔系统；

d一部分返流污氮气进入换热器系统复热并在中部抽出后去膨胀机膨胀端膨胀制冷后复热出冷箱；另一部分返流污氮气进入换热器系统复热并在中部抽出后去膨胀机增压端增压冷却后进入压力塔继续参与精馏或这部分返流污氮气直接去膨胀机增压端增压冷却后进入压力塔继续参与精馏。

本发明所述的精馏塔系统组成中还包括一低压塔，其中的步骤c是：部分液氮作为液氮产品抽出，部分液氮回流至压力塔顶部作为压力塔精馏的回流液，其余液氮经节流后进入低压塔顶部作为低压塔上段精馏的回流液；塔底的液态流体经节流进入低压塔中部作为低压塔下段提馏的回流液；从低压塔顶部抽出的次压氮气经复热出冷箱可作为次压氮气产品；返流污氮气从低压塔中部或下部出精馏塔系统。

所述膨胀机的增压端和所述膨胀端直接机械耦合，所述膨胀端的输出功为所述增压端提供动力；所述污氮气的一部分经膨胀机膨胀端膨胀制冷后复热出冷箱至大气压后离开；所述污氮气的一部分经膨胀机增压端增压冷却后进入压力塔参与精馏。

所述原料气是空气或氮含量占主要成分的气体；所述压力塔的操作压力不小于0.4MPaA。

一种用于上述返流污氮气部分膨胀制冷和部分增压进压力塔相耦合生产带压氮气产品的方法的装置，该装置主要由一个精馏塔系统、一个换热系统和一个膨胀机制冷系统紧密耦合组成，三者通过管道和阀门相连通，并实现将部分返流污氮气增压送入精馏塔的功能；其中所述的精馏塔系统至少由一个压力塔和一个冷凝蒸发器组成，或由一个压力塔、一个冷凝蒸发器和一个低压塔组成。

所述膨胀机制冷系统由一个带膨胀叶轮的膨胀端、一个带增压叶轮的增压端以及其他辅助性部件组成；所述膨胀端和所述增压端通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接。

所述膨胀端和增压端的返流污氮气的比例由所述两端入口支管上的阀门或其他调节装置进行调节，并实现流量匹配。

所述的换热系统至少包括一主换热器，所述主换热器冷端设置有一供从所述精馏系统中出来的返流污氮气部分或全部复热的第一通道，该所述第一通道出口通过管道连通所述膨胀机的膨胀端；所述主换热器冷端设置有一供膨胀后返流污氮气经所述膨胀端ET出口通过管道连通进入所述主换热器的第二通道，所述返流污氮气经所述第二通道复热离开；所述主换热器中部设置有一供返流增压冷却后的污氮气经所述膨胀机增压端出口通过管道连通进入所述主换热器的第三通道，所述第三通道出口由管道连通经所述主换热器E1冷却后的原料气汇合流道后进入或直接进入所述压力塔。

传统的返流污氮膨胀流程，返流污氮从精馏塔抽出后不再通过任何方式再回到压力塔进行精馏，本发明的优点是利用从精馏塔抽出的返流污氮气一方面通过膨胀制冷，另一方面利用增压让部分返流污氮气获得再次进入压力塔参与精馏的能力。