[发明专利]氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法

说明书

本发明涉及一种氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法，包括空气过滤器、空气压缩机、空气预冷单元、空气纯化单元、氮气增压机、氮气压缩机、高低温增压透平膨胀机和深冷分离冷箱单元，压缩空气经主换热器换热后进下塔，循环氮气经氮气增压机后一部分经主换热器换热后去高温膨胀机膨胀，再经主换热器复热后出深冷分离冷箱单元去氮气增压机入口完成循环，另一部分经高温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端和主换热器换热分为从主换热器底部抽出经节流阀节流后进下塔顶部和从主换热器中下部去低温膨胀机膨胀端膨胀，膨胀后在气液分离器里分离后经主换热器复热后出深冷分离冷箱单元去氮气增压机完成循环，满足了大冷量需求，降低装置能耗，提高产品提取率。

技术领域

本发明属于空气低温分离技术领域，尤其涉及一种用来降低运行成本和装置能耗的氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法。

背景技术

近年来对工业气体如氧气和氮气的需求量有很大的增长，特别是装置在不同的运行工况下对工业气体产品的需求量上升，尤其液态产品的需求量逐年上升，每年以15％～20％的速度增加。由于液体空分产品具有贮存和供应便利、质量保证、输送距离远范围广等优点越来越被市场认可，市场潜力大，因此全液体空分装置的使用已成为当前的趋势。随着国家交通越来越便利，企业为了追求更多的经济效益，液态空气产品以良好的产品品质、廉价的运输成本、较高的性价比及投入使用安全方便等特点，越来越受到市场的追捧，随着国家钢铁、煤化工和石油化工行业的快速及大型化发展，工业气体的供应远未达到发达国家那种以集中供气覆盖上百公里的规模，因此液体产品的制取以及销售便成为更多气体公司一种较好的选择。同时，液体产品可以更好的调配各地区产品供需不平衡的状况，而且随着国家对医用氧气使用的逐步规范化，利用全液体空分装置生产医用氧气也成为主流。

全液体空分装置就是采用低温精馏分离工艺方法，其核心是利用空气中各组分沸点的不同，在精馏塔中来实现空气混合物中各组分的分离，从而得到液体产品。其基本原理是利用膨胀机绝热膨胀制冷和焦耳-汤姆逊节流制冷效应，把一定压力的工艺气体通过膨胀和节流，产生更低的温度，通过换热器换热回收冷量，可将空气中各组分分离得到液体产品，整个系统的冷量大部分由膨胀机绝热膨胀来保证。为了防止空气中杂质组分在低温下固化而堵塞换热器通道和筛板精馏塔塔板的筛孔，用低温精馏法分离空气需要将进入冷箱的空气进行预处理，清除空气中能在低温下固化的组分，如CO₂和H₂O等。

空分装置的原料是空气，其主要消耗是电能，液体空分装置能耗的高低对气体公司和用户都非常关键，因此在这种装置中如何进一步降低能耗显得尤为重要。对于采用低温精馏的空分装置，能耗和提取率也是评价装置经济指标和技术指标的主要参数。对全液体空分装置来说，降低装置的能耗和提高提取率，可有效降低生产成本，有利于节能减排，更有利于提高企业经济效益。

目前液体空分采用的流程形式主要有空气直接膨胀循环制冷流程、带预冷的低压外循环膨胀制冷流程、中压外循环膨胀制冷流程和带预冷的中压外循环膨胀制冷流程等，流程形式众多，产品提取率和能耗也各不相同。

发明内容

本发明的目的在于克服上述流程中现有技术的不足而提供一种能耗较低、采用高低温膨胀机双膨胀制冷，最终得到液氧及液氮产品的氮气循环流程全液体制取的空分装置及制取方法，用来降低运行成本和装置能耗。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种氮气循环流程全液体制取的空分装置，包括空气过滤器、与空气过滤器相接通的空气压缩机、与空气压缩机相接通的空气预冷单元、与空气预冷单元相接通的空气纯化单元、与空气纯化单元相接通的深冷分离冷箱单元，所述深冷分离冷箱单元包括与空气纯化单元相接通的主换热器、与主换热器相接通的下塔、与下塔相接通的过冷器、冷凝蒸发器以及上塔；