[发明专利]单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置和方法

权利要求书

1.一种单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置，其特征在于，包括空气过滤器AF、空气压缩机TC、空气预冷系统RU、分子筛纯化系统MS、主换热器E1、精馏塔C1、设置在精馏塔顶部的冷凝蒸发器K1、过冷器E2、节流阀、废气膨胀机ET2、氮气膨胀机ET1、氮气膨胀机驱动的增压机BT1和废气膨胀机驱动的增压机BT2，两增压机进出口分别与大气相通或通过管道依次连接于分子筛纯化系统MS和主换热器E1之间，各设备之间通过管道相连通，连接关系为：

空气过滤器AF的进气口为原料空气输入口，其出气口通过101管道与空气压缩机TC的空气进气口连通，空气压缩机TC的空气出气口通过102管道与空气预冷系统RU的空气进气口直接连通或者经末级冷却器WE后与空气预冷系统RU的空气进气口连通，空气预冷系统RU的空气出气口通过103管道与分子筛纯化系统MS的空气进气口连通；分子筛纯化系统的空气出气口通过104管道与主换热器E1的空气进气口直接连通或者分子筛纯化系统MS的空气出气口通过104管道依次经氮气增压机BT1和废气增压机BT2后与主换热器E1的空气进气口连通，主换热器E1的空气出气口通过105管道与精馏塔C1下部空气进气口连通；

精馏塔C1顶部氮气201管道出口分别通过203管道与主换热器E1的氮气进口连通、通过202管道与冷凝蒸发器K1的氮气进口连通，主换热器E1的氮气出口通过204管道与氮气膨胀机ET1的氮气进口连通，氮气膨胀机ET1的氮气出口通过205管道与主换热器E1的另一氮气进口连通，主换热器E1的另一氮气出口通过206输出管道排出收集；冷凝蒸发器K1的液氮401管道出口分别通过402管道与精馏塔C1顶部液氮进口连通、通过403输出管道并经节流阀V1后排出收集；

精馏塔C1底部富氧液空出口通过301管道与过冷器E2的富氧液空进口连通，过冷器E2的富氧液空出口通过302管道并经节流阀V2后通过303管道与冷凝蒸发器K1的富氧液空进口连通，冷凝蒸发器K1的废气出口通过304管道与过冷器E2的废气进口连通，过冷器E2的废气出口通过305管道与主换热器E1的废气进口连通，主换热器E1的废气出口通过306管道与废气膨胀机ET2的废气进口连通，废气膨胀机ET2的废气出口通过307管道与主换热器E1的另一废气进口连通，主换热器E1的另一废气出口分别通过310管道与分子筛纯化系统MS连通、通过309管道排出或者与空气预冷系统RU连通。

2.根据权利要求1所述的单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置，其特征在于：所述氮气膨胀机ET1和驱动的增压机BT1同步工作，废气膨胀机ET2和驱动的增压机BT2同步工作；所述主换热器E1和过冷器E2均为板翅式换热器；所述氮气膨胀机和废气膨胀机均为气体轴承透平膨胀机或油轴承透平膨胀机。

3.根据权利要求1所述的单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置，其特征在于：所述分子筛纯化系统包括至少两个分子筛吸附器MS1/MS2、一个加热器EH和一套分子筛自动切换程序控制的切换阀KV1～KV11；

所述空气预冷系统为空气预冷机或氮水预冷器；所述空气预冷系统为空气预冷机时，空气预冷机包括至少一个蒸发器E41；所述空气预冷系统为氮水预冷器时，氮水预冷器包括至少一个空气冷却塔AT、一个水冷却塔WT、两个水泵WP1/WP2和一个冷水机组CU。