[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

说明书

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、预冷系统、纯化系统、中压空气增压机、低压空气增压机、空分冷箱、氧气增压机。本发明通过设计合适的增压机排压，匹配一定压力的氧气和氮气，再通过氧气增压机进一步增压至所需压力。此工艺方法可降低冷箱系统的设计压力，增压机的排压降低，运行稳定性提高。同时工艺中可根据需要设置多台膨胀机制冷，液体量具有较宽的调节范围，具有灵活性高，成本低，经济性好等优点。

技术领域

本发明涉及的是一种通过低温精馏分离空气来生产氧气及氮气的装置，主要适用于生产氧气和氮气的装置和方法，属于低温空气分离技术领域。

背景技术

在钢铁、化工行业经常需要用到1.0MPaG和3.0MPaG甚至更高压力等级的氧气。在传统的空分工艺中，该氧气产品一般是通过液氧泵内压缩工艺流程制取，或者是通过外压缩工艺流程通过氧气压缩机制取。

对于全内压缩工艺流程，增压机末级排气压力取决于所需氧气产品的压力，比较常见的压力~6.0MPaG，通常需要4-5级压缩，甚至更高的级数。此方法冷箱系统的设计压力较高，板式换热器、阀门、管道等设备成本均较高。在实际运行中，如果下游用气参数偏离设计点，增压机的运行效率也将偏离最佳效率点，导致运行效率下降运行能耗增加。对于全外压缩流程，由于液体产量受到限制，经济性也随之下降。本发明旨在改善现有技术，通过内外压缩结合的方式生产不同压力等级的氧气及氮气产品，具有灵活性高，经济性好，成本低等优点。

发明内容

本发明为了客服现有技术的不足，通过内外压缩结合的方式生产不同压力等级的氧气及氮气产品，具有灵活性高，经济性好，成本低等优点。

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、预冷系统、纯化系统；中压空气增压机、低压空气增压机、空分冷箱、氧气增压机，所述预冷系统由左右两个并排布置的空冷塔和水冷塔组成，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中的吸附器由两台吸附器组成，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和低压空气增压机连接，并分别通过不同的管道以及膨胀机组流入至空分冷箱中，通过空分冷箱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。

作为优选：所述空分冷箱中分别设有依次连接的空分塔、粗氩塔、精氩塔，其中空分塔中从上至下依次分别为上塔、主冷凝蒸发器、下塔，所述粗氩塔顶部设有粗氩冷凝器，底部通过循环氧泵连接至上塔，所述精氩塔的顶部设有精氩冷凝器，底部设有精氩蒸发器。

作为优选：所述膨胀机组由气体膨胀机和液体膨胀机组成。

一种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中被压缩到第一压力，该压缩空气通过预冷系统被冷却到通常介于10~20℃之间的范围内，冷却后的空气在纯化系统中，被除去水，二氧化碳和部分碳氢化合物等杂质得到洁净的空气，在该第一压力下被冷却和净化的空气分成至少三部分：

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

2）第二部分空气在所述的中压空气压缩机中增压至第二压力，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，或者高压液体节流阀后，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中被压缩至第三压力，冷却后送至所述的主板式换热器中冷却至第一温度后，送到气体膨胀机中膨胀至在第一压力下操作的精馏塔的下塔；