[发明专利]一种带低温增压透平膨胀机的低能耗单塔制氮装置及方法

权利要求书

1.一种带低温增压透平膨胀机的低能耗单塔制氮装置，包括空气压缩机、空气预冷机组、分子筛纯化装置、主换热器、精馏塔、多通道冷凝蒸发器、低温增压透平膨胀机；

所述空气压缩机、空气预冷机组、分子筛纯化装置、主换热器和精馏塔依次通过管路连接，所述精馏塔的上端与所述多通道冷凝蒸发器管路连接，所述多通道冷凝蒸发器的上端出口与所述低温增压透平膨胀机的增压端入口连接，所述低温增压透平膨胀机的增压端出口连回所述精馏塔的底部。

2.根据权利要求1所述的一种单塔制氮装置，其特征在于：所述单塔制氮装置还包括过冷器，所述过冷器与所述多通道冷凝蒸发器、所述低温增压透平膨胀机管路连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种单塔制氮装置，其特征在于：所述分子筛纯化装置包括至少两组分子筛纯化器，所述至少两组分子筛纯化器可交替工作。

4.根据权利要求3所述的一种单塔制氮装置，其特征在于：所述单塔制氮装置还包括电加热器，所述电加热器与所述至少两组分子筛纯化器分别管路连接。

5.一种制作氮气的方法，其特征在于利用权利要求1-4任一项所述的单塔制氮装置，其特征在于：将空气中的大颗粒杂质进行过滤后，通入至空气压缩机，空气压缩机将空气增压后送入空气预冷机组；预冷后的空气进入到分子筛纯化装置，吸附空气中的有害杂质；经分子筛纯化装置进一步净化后的空气进入主换热器，经返流气冷却后直接进入精馏塔进行精馏；在精馏塔的顶部得到高纯度氮气，所述高纯度氮气分为两路，一路经主换热器复热后作为产品氮气送至客户端使用，另一路进入冷凝蒸发器，经冷凝液化后得到的液氮重新进入精馏塔上部作为回流液；在精馏塔的中下部抽取出部分液空，经节流阀节流后进入冷凝蒸发器，作为冷源与塔顶的氮气换热；被汽化后的低温空气进入低温增压透平膨胀机的增压端进行增压，增压后的低温空气经过主换热器冷却后再次进入精馏塔底部参与精馏。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述单塔制氮装置还包括过冷器，精馏过程中，从精馏塔底部抽出液空，使其通过过冷器过冷后，经节流阀节流，进入冷凝蒸发器，也作为冷源液化氮气；汽化后的富氧气体依次经过过冷器、主换热器后，进入膨胀装置的膨胀端，低温膨胀后的富氧气体再次进入主换热器后放空。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述分子筛纯化装置包括至少两组分子筛纯化器，所述至少两组分子筛纯化器可交替工作。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述单塔制氮装置还包括电加热器，所述电加热器与所述至少两组分子筛纯化器分别管路连接。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：低温膨胀后的富氧气体再次进入主换热器后分两路，一路对外放空，一路进入电加热器升温后进入所述至少两组分子筛纯化器，对其进行再生活化。

10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于：所述有害杂质包括水分、CO₂、C₂H₂。