[发明专利]一种对原有低温空分装置进行改装用以提高低压纯氮气产量的方法

说明书

本发明的目的是在尽量控制资本投入和运营投入的前提下，提供不同的改装现有生产装置以增加低压纯氮气产量的方案。改装方案包括增加纯氮塔的直径和/或高度使其生产能力提高；根据低压纯氮气产量的增量，选择切换污液氮和纯液氮在过冷器中流经的通道；增加附加换热器使中压空气的一部分和增加的低压纯氮气进行换热；或在进行上述改装时同时切换将纯液氮和污液氮从压力较高的一塔输送到压力较低的二塔的管道的主要部分。采用本发明的分步改装方案，可以控制成本，在保证空分装置平稳运行的前提下，增加低压纯氮气的产量。

技术领域

本发明涉及低温精馏空分工艺及装置。

背景技术

近年来，一些冶金企业，钢铁企业由于产品调整的原因，在对纯氧和/或纯液氧产量要求不变的情况下，对低压纯氮气的产量要求大幅增加。采用低温精馏空分工艺，在双压力空分塔中生产纯氧、纯液氧、低压纯氮气以及污氮气等产品是十分普遍的，而且各种产品相互之间的比例是由空分塔的设计来决定的，在运行中不会产生非常大的变化。

如果想要大幅增加现有的空分装置中低压纯氮气的产量，一般的做法包括a) 用新的空分装置替代旧的空分装置，但此举会大量增加资本投入，且造成对旧的空分装置的浪费；b) 投资新的设备用于提纯污氮气以生成低压纯氮气，但此举会同时增加资本投入和运营成本。

因此，对原有的空分装置进行改装以提高低压纯氮气产量的方法是有益的。

中国发明专利CN103277981B公开了一种提高空分装置氮氧产品比例的装置和方法。通过取消安装在原上塔上的辅塔，将原上塔增高30%，并将输送从上塔产生的氮气和污氮气的管道进行切换，达到了使氮氧产品比例由1:1提高到了2:1的目的。但是这一公开只针对特定的产量改变，并且在改装中没有考虑各股流体在过冷器中的平衡，以及其它管道的通量，所以不具有普遍适用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在尽量控制资本投入和运营投入的前提下，根据低压纯氮气产量增加的需要，提供不同的针对现有生产装置的改装方案。

为了解决上述技术问题，针对一种原有的低温精馏空分装置，该装置包括：在第一压力下操作的一塔和在相对较低的第二压力下操作的二塔，置于一塔顶部的冷凝蒸发器和置于二塔顶部的直径小于二塔的原纯氮塔，以及用来产生输送至一塔的进料空气的主压缩机、空气净化和冷却系统、主换热器、膨胀机。该装置还包括使一塔产生的富氧液空、原污液氮、原纯液氮和二塔产生的原低压纯氮气、原污氮气及纯液氧进行换热的过冷器，所述过冷器包括原污液氮流经的第一组通道和原纯液氮流经的第二组通道，并且第一组通道的总换热面积大于第二组通道的总换热面积。还包括将原污液氮从一塔输送至过冷器第一组通道的直径为D的管道和将冷却后的原污液氮输送至二塔的上部的直径为D’的管道以及将原纯液氮从一塔输送至过冷器第二组通道的直径为d的管道和将冷却后的原纯液氮输送至纯氮塔顶部的直径为d’的管道, 其中D > d, D’ > d’。本发明的一个方式为：根据低压纯氮气产量的需要增加原纯氮塔的直径和/或高度，使改装后的纯氮塔的低压纯氮气的生产能力提高并在过冷器的两端将输送改装后的污液氮和改装后的纯液氮的管道进行切换，从而使改装后的纯液氮流经过冷器的第一组通道，改装后的污液氮流经过冷器的第二组通道。

本发明的另一个方式为在上述改装方法的基础上，增加一个附加换热器，将经过冷器升温后的改装后的低压纯氮气分成两部分，第一部分进入原主换热器的冷端，第二部分进入附加换热器的冷端，经过加压净化的空气也分成两部分，第一部分进入原主换热器的热端，第二部分进入上述的附加换热器的热端，并分别与改装后的低压纯氮气的第一部分和第二部分进行间接换热。