[发明专利]高低温双膨胀节能型制氮装置及制氮方法

说明书

技术领域

本发明涉及制氮技术，尤其涉及了一种高低温双膨胀节能型制氮装置及制氮方法。

背景技术

目前氮气产品需求量越来越大，特别是小型制氮装置的能耗很难降低，如何降低制氮装置能耗至关重要。氮气产品要求压力越高，压力污氮的量就越大，目前的一般做法是压力富氧空气部分膨胀，其余压力富氧空气节流，膨胀机的输出功增压原料空气或采用风机制动放空；富氧液空不过冷，或是采用冷凝蒸发器出来的富氧空气过冷。而采用常规的流程制氮装置的能耗较高，特别是在小型制氮装置不产液氮的情况下，制氮装置的流程已经成型，制氮装置的单耗更难降低。

发明内容

本发明针对现有技术中能耗高的缺点，提供了一种高低温双膨胀节能型制氮装置及制氮方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

高低温双膨胀节能型制氮装置，包括预冷换热器和与预冷换热器连接的冷箱，冷箱包括主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、高温增压透平膨胀机，主换热器均与精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、高温增压透平膨胀机、低温膨胀机连接，精馏塔均与冷凝蒸发器、过冷器连接，冷凝蒸发器与过冷器连接。

作为优选，主换热器包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路，过冷器包括第五管路、第六管路、第七管路，精馏塔设有入口、气体输出口和液体输出口，冷凝蒸发器设有入口、气体输出口和液体输出口。

作为优选，高温增压透平膨胀机包括第一增压端和第一膨胀端，第一增压端与第一膨胀端通过第一轴连接，第一增压端包括进口端，第一增压端的进口端与第一管路的出口连接，第一管路的入口与精馏塔的气体输出口连接。

作为优选，第一膨胀端包括进口端和出口端，第一膨胀端的进口端与第四管路的出口连接，第一膨胀端的出口端通过管道与第八管路的入口连接，第一膨胀端的出口端通过管道与第三管路的入口连接。

作为优选，第四管路的入口与第六管路的出口连接，第六管路的入口与冷凝蒸发器的气相输出口连接。

作为优选，冷箱还包括低温膨胀机，低温膨胀机均与过冷器、主换热器连接；低温膨胀机包括第二增压端和第二膨胀端，第二增压端与第二膨胀端通过第二轴连接，第二膨胀端包括进口端和出口端，第二膨胀端的进口端通过管道与第四管路的出口连接，第二膨胀端的出口端通过管路与第五管路的入口连接。

作为优选，第二管路的出口通过管路与精馏塔的入口连接；第七管路的入口通过管道与精馏塔的液相输出口连接，第七管路的出口通过管道与冷凝蒸发器的入口连接，精馏塔的气相输出口通过管道与冷凝蒸发器的入口连接，冷凝蒸发器的液相输出口通过管道与精馏塔的塔顶连接。

作为优选，第五管路的出口通过管道与第三管路的入口连接。

作为优选，还包括过滤器、与过滤器连接的空压机和与预冷换热器连接的纯化装置，预冷换热器与空压机连接，预冷换热器通过纯化装置与冷箱连接。

高低温双膨胀节能型制氮方法，包括以下步骤：

a.将原料空气经过滤器过滤，过滤掉杂质后再进入空压机，在空压机中压缩到7bar至10bar，压缩后进入预冷换热器，在预冷换热器中被冷却并分离出游离水后，再进入纯化装置；在纯化装置中清除掉水分和二氧化碳，得到净化空气；

b.将步骤a中得到的净化空气输送到冷箱中的主换热器进行冷却，冷却后进入精馏塔中进行精馏；从精馏塔的气相输出口得到氮气流股，该氮气流股分为两股，其中一股氮气流股经过主换热器的复热后再进入高温增压透平膨胀机的第一增压端，经高温增压透平膨胀机增压后得到的氮气流股作为产品供客户使用；从精馏塔的液相输出口得到富氧液空；

c.将步骤b中得到的富氧液空经过冷器过冷后再进入冷凝蒸发器中，在冷凝蒸发器中富氧液空被汽化成压力富氧空气；压力富氧空气经过冷器复热后再进入主换热器中，压力富氧空气经主换热器复热后分为两股，其中一股压力富氧空气在主换热器复热至110K-130K后进入低温膨胀机中进行膨胀，膨胀后经过冷器复热后得到富氧空气；另一股压力富氧空气在主换热器上部引出进入高温增压透平膨胀机中进行膨胀，膨胀后得到富氧空气，将富氧空气分成两股，其中一股富氧空气进入预冷换热器进行冷却后放空；另一股富氧空气与经过冷器复热后的富氧空气汇合得到富氧空气后再进入主换热器中进行复热，复热后得到的富氧空气流出冷箱进入纯化装置作为再生原料空气。

作为优选，从精馏塔的气相输出口得到氮气流股，另一股氮气流股进入冷凝蒸发器被冷凝成液氮，液氮再返回到精馏塔的塔顶作为回流液参入精馏。