[发明专利]一种通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置及方法

权利要求书

1.一种通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置，它包括依次连接的原料空气压缩机（1）、预冷系统（2）、纯化系统（3）；中压空气增压机（4A）、低压空气增压机（4B）、空分冷箱（5）、氧气增压机（6），其特征在于所述预冷系统（2）由左右两个并排布置的空冷塔（40）和水冷塔（41）组成，经原料空气压缩机压缩后的空气进入空冷塔，先用常温水加以冷却清洗，再经过冷冻水泵（43）的冷冻水进一步冷却后送入纯化系统，该冷冻水是通过循环水在水冷塔由干燥污氮气吸湿而降温，然后经过冷水机组（42）冷却而得到，经空气预冷系统预冷后的工艺空气随后进入分子筛纯化系统，并在其中除去水、二氧化碳等杂质，所述的分子筛纯化系统（3）中的吸附器（31）由两台吸附器组成，当一台运行时，另一台则由来自冷箱的污氮气通过再生加热器（30）加热后进行再生，经过净化后的空气，与后方的中压空气增压机（4A）和低压空气增压机（4B）连接，并分别通过不同的管道以及膨胀机组流入至空分冷箱（5）中，通过空分冷箱（5）处理后最终产生中压或高压氧气、中压氮气、低压氧气、低压氮气及液氩、液氮、液氧。

2.根据权利要求1所述的通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置，其特征在于所述空分冷箱（5）中分别设有依次连接的空分塔（21）、粗氩塔（22）、精氩塔（23），其中空分塔（21）中从上至下依次分别为上塔（34）、主冷凝蒸发器（32）、下塔（35），所述粗氩塔（22）顶部设有粗氩冷凝器（33），底部通过循环氧泵（44）连接至上塔，所述精氩塔（23）的顶部设有精氩冷凝器（36），底部设有精氩蒸发器（37）。

3.根据权利要求1所述的通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置，其特征在于所述膨胀机组由气体膨胀机（8）和液体膨胀机（9）组成，并且该气体膨胀机（8）可根据空分装置的液体产量来配置一台或者两台膨胀机，液体膨胀机（9）可根据空分装置的综合能耗来选择性配置。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的方法为：

步骤1：空气在原料空气压缩机（1）将空气压缩到第一压力后，通过预冷系统（2）、纯化系统（3）后，在该第一压力下被冷却和净化的空气分成至少三部分：

第一部分空气在所述的主板式换热器（7）中冷却并被传送至在第一压力下操作的精馏塔的下塔；

第二部分空气在所述的中压空气压缩机（4A）中增压至第二压力，该第二压力的空气流至少分成两部分；第一部分中压空气流在所述的主板式换热器（7）中冷却，与返流的低压液氧、中压液氮换热液化后，通过液体膨胀机（9），或者高压液体节流阀（10）后，被传送至精馏塔的下塔和上塔；第二部分中压空气流在气体膨胀机增压端（8）中被压缩至第三压力，冷却后送至所述的主板式换热器（7）中冷却至第一温度后，送到气体膨胀机（8）中膨胀至在第一压力下操作的精馏塔的下塔；

第三部分空气在所述的低压空气压缩机（4B）中增压至第四压力，该低压空气流在所述的主板式换热器（7）中冷却，与返流的低压液氮换热液化后，通过低压液体节流阀（11）后，被传送至精馏塔的下塔和上塔；

步骤2：从主空分冷箱的精馏塔的上塔底部抽出液氧产品，经低压液氧泵（14）增压至一定压力后送入主板式换热器（7），与所述的中压空气增压机（4A）后的一定压力的中压空气进行匹配换热，复热后的氧气一部分作为低压氧气产品送出；另一部分再根据需求进入氧气增压机（6）增压，得到所需的中压或高压氧气产品送出；

步骤3：从主空分冷箱的精馏塔的下塔顶部抽出液氮产品，一部分经中压液氮泵（12）增压至一定压力后送入主板式换热器（7），与所述的中压空气增压机（4A）后的一定压力的空气进行匹配换热，复热后作为中压氮气产品送出供给管网；另一部分通过低压液氮泵（13）内压缩增压后，在主板式换热器（7）中和来自低压空气增压机（4B）的低压空气流进行热交换而气化并且作为低压氮气产品送出，不需要设置额外的低压氮气增压机。

5.根据权利要求4所述的通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的方法，其特征在于所述步骤1中第二压力比第一压力高2.0~2.5Mpa，第三压力比第一压力高3.0~4.0Mpa，所述的第一温度为193K~163K。