一种空气分离制取液氮的装置和方法与流程

1.本发明涉及空气分离技术领域，具体涉及一种通过空气分离方式制取液氮的装置和方法。


背景技术：

2.现有的通过空气分离方式制取液氮的方案多为将原料空气直接送入各个精馏塔中分别进行精馏，这种方案的缺陷在于：精馏提取率相对较低，液氮产量较小，难以满足客户需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能够提高精馏提取率、提高液氮产量的空气分离制取液氮的装置和方法。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种空气分离制取液氮的装置，用于分离原料提供装置提供的空气和液空而制取液氮并提供给液氮用户，所述空气分离制取液氮的装置包括：下塔、上塔、设置于所述上塔底部内的下塔顶部冷凝蒸发器、上塔顶部冷凝蒸发器和过冷器；所述下塔具有空气进口、液空进口、氮气出口、液空出口、液氮进口，所述上塔具有液空进口、液氮进口、氮气出口、富氧液空出口，所述下塔顶部冷凝蒸发器具有氮气进口、液氮出口，所述上塔顶部冷凝蒸发器具有氮气进口、富氧液空进口、液氮出口、富氧气体出口；所述原料提供装置分别与所述下塔的空气进口、液空进口相连接，所述下塔的氮气出口与所述下塔顶部冷凝蒸发器的氮气进口相连接，所述下塔的液空出口经所述过冷器与所述上塔的液空进口相连接，所述下塔顶部冷凝蒸发器的液氮出口分为两路并分别与所述下塔的液氮进口、所述上塔的液氮进口相连接，所述上塔的氮气出口与所述上塔顶部冷凝蒸发器的氮气进口相连接，所述上塔的富氧液空出口经所述过冷器与所述上塔顶部冷凝蒸发器的富氧液空进口相连接，所述上塔顶部冷凝蒸发器的液氮出口分为两路并分别与所述上塔的液氮进口、所述液氮用户相连接，所述上塔顶部冷凝蒸发器的富氧气体出口与工艺所需位置相连接。
5.所述下塔顶部冷凝蒸发器的液氮出口经所述过冷器与所述上塔的液氮进口相连接。
6.所述上塔顶部冷凝蒸发器的富氧气体出口经所述过冷器与所述工艺所需位置相连接。
7.所述空气分离制取液氮的装置还包括冷箱，所述下塔、所述上塔、所述下塔顶部冷凝蒸发器、所述上塔顶部冷凝蒸发器和所述过冷器均设置于所述冷箱内。
8.所述空气分离制取液氮的装置还包括设置在所述下塔的液空出口与所述上塔的液空进口之间的第一节流阀。
9.所述空气分离制取液氮的装置还包括设置在所述下塔顶部冷凝蒸发器的液氮出
口与所述上塔的液氮进口之间的第二节流阀。
10.所述空气分离制取液氮的装置还包括设置于所述上塔的富氧液空出口与所述上塔顶部冷凝蒸发器的富氧液空进口之间的第三节流阀。
11.所述空气分离制取液氮的装置还包括设置于所述上塔顶部冷凝蒸发器的液氮出口与所述液氮用户之间的第四节流阀。
12.所述空气分离制取液氮的装置还包括主换热器，所述原料提供装置经所述主换热器分别与所述下塔的空气进口、液空进口相连接，所述上塔顶部冷凝蒸发器的富氧气体出口经所述主换热器与工艺所需位置相连接。
13.一种空气分离制取液氮的方法，采用上述的空气分离制取液氮的装置，用于分离原料提供装置提供的空气和液空而制取液氮并提供给液氮用户，所述空气分离制取液氮的方法包括以下步骤：步骤1：将所述空气和液空分别送入所述下塔中进行精馏，得到富氧液空和氮气；步骤2：将在所述下塔中得到的液空过冷后送入所述上塔中进行精馏而得到富氧液空和氮气，将在所述下塔中得到的氮气送入所述下塔顶部冷凝蒸发器中冷凝得到液氮，再将所述下塔顶部冷凝蒸发器中得到的液氮分别送入所述下塔和所述上塔参与精馏；步骤3：将所述上塔中得到的富氧液空和氮气分别送入所述上塔顶部冷凝蒸发器进行热量交换而分别得到富氧气体和液氮，将所述上塔顶部冷凝蒸发器得到的所述富氧气体送至所述工艺所需位置，将所述上塔顶部冷凝蒸发器得到的所述液氮分别送至所述上塔和所述液氮用户。
14.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够提高精馏提取率，还能够同时提高液氮产品产量，满足用户需求。
附图说明
15.附图1为本发明的空气分离制取液氮的装置的原理图。
16.以上附图中：c1、下塔；c2、上塔；k1、下塔顶部冷凝蒸发器；k2、上塔顶部冷凝蒸发器；e2、过冷器。
具体实施方式
17.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
18.实施例一：如附图1所示，一种用于分离原料提供装置提供的空气和液空而制取液氮并提供给液氮用户的空气分离制取液氮的装置，包括下塔c1、上塔c2、下塔顶部冷凝蒸发器k1、上塔顶部冷凝蒸发器k2和过冷器e2（液空液氮过冷器e2），其中，下塔顶部冷凝蒸发器k1设置于上塔c2底部内。
19.下塔c1具有空气进口、液空进口、氮气出口、液空出口、液氮进口，空气进口位于下塔c1的中下部，用于将空气送入下塔c1中，液空进口位于下塔c1的中部，用于将液空送入下塔c1中，液空出口位于下塔c1底部，用于将下塔c1底部汇集的富氧液空送出下塔c1，氮气出口位于下塔c1的顶部，用于将精馏产生的氮气送出下塔c1，液氮进口位于下塔c1的顶部，用于将液氮送入下塔c1中。上塔c2具有液空进口、液氮进口、氮气出口、富氧液空出口，液空进口位于上塔c2中部，用于将富氧液空送入上塔c2中，液氮进口位于上塔c2的上部，用于将液
氮送入上塔c2中，液氮进口可以设置多个以送入不同来源的液氮，氮气出口位于上塔c2的顶部，用于将精馏产生的氮气送出上塔c2，富氧液空出口位于上塔c2底部，用于将上塔c2底部汇集的富氧液空送出下塔c1。下塔顶部冷凝蒸发器k1具有氮气进口、液氮出口，氮气进口位于下塔顶部冷凝蒸发器k1的顶部，用于将氮气送入下塔顶部冷凝蒸发器k1中进行热量交换，液氮出口位于下塔顶部冷凝蒸发器k1的底部，用于将氮气冷凝成的液氮送出下塔顶部冷凝蒸发器k1。上塔顶部冷凝蒸发器k2具有氮气进口、富氧液空进口、液氮出口、富氧气体出口，氮气进口位于上塔顶部冷凝蒸发器k2的上部，用于将氮气送入上塔顶部冷凝蒸发器k2中进行热量交换，富氧液空进口位于上塔顶部冷凝蒸发器k2的底部，用于将富氧液空送入上塔顶部冷凝蒸发器k2中进行热量交换，液氮出口位于上塔顶部冷凝蒸发器k2的下部，用于将氮气冷凝成的液氮送出上塔顶部冷凝蒸发器k2，富氧气体出口位于上塔顶部冷凝蒸发器k2的顶部，用于将富氧液空加热形成的富氧气体送出上塔顶部冷凝蒸发器k2。过冷器e2中具有多条换热管路。
20.原料提供装置分别与下塔c1的空气进口、液空进口相连接，下塔c1的氮气出口与下塔顶部冷凝蒸发器k1的氮气进口相连接，下塔c1的液空出口经过冷器e2与上塔c2的液空进口相连接，下塔顶部冷凝蒸发器k1的液氮出口分为两路并分别与下塔c1的液氮进口、上塔c2的液氮进口相连接，上塔c2的氮气出口与上塔顶部冷凝蒸发器k2的氮气进口相连接，上塔c2的富氧液空出口经过冷器e2与上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧液空进口相连接，上塔顶部冷凝蒸发器k2的液氮出口分为两路并分别与上塔c2的液氮进口、液氮用户相连接，上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧气体出口与工艺所需位置相连接。其中，下塔顶部冷凝蒸发器k1的液氮出口经过冷器e2与上塔c2的液氮进口相连接，上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧气体出口经过冷器e2与工艺所需位置相连接。
21.上述空气分离制取液氮的装置还包括冷箱、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、主换热器。
22.下塔c1、上塔c2、下塔顶部冷凝蒸发器k1、上塔顶部冷凝蒸发器k2和过冷器e2均设置于冷箱内。主换热器一般设置在冷箱外。原料提供装置经主换热器分别与下塔c1的空气进口、液空进口相连接，上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧气体出口经主换热器与工艺所需位置相连接。
23.第一节流阀设置在下塔c1的液空出口与上塔c2的液空进口之间，具体为过冷器e2与上塔c2的液空进口之间。第二节流阀设置在下塔顶部冷凝蒸发器k1的液氮出口与上塔c2的液氮进口之间，具体为过冷器e2与上塔c2的液氮进口之间。第三节流阀设置于上塔c2的富氧液空出口与上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧液空进口之间，具体为过冷器e2与上塔顶部冷凝蒸发器k2的富氧液空进口之间。第四节流阀设置于上塔顶部冷凝蒸发器k2的液氮出口与液氮用户之间。以上第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀中的第一、第二、第三、第四仅用于区分不同的节流阀，并不用于表明节流阀之间的先后次序。
24.基于上述空气分离制取液氮的装置，一种空气分离制取液氮的方法包括以下步骤：步骤1：将空气和液空分别送入下塔c1中进行精馏，得到富氧液空和氮气；步骤2：将在下塔c1中得到的液空过冷后送入上塔c2中进行精馏而得到富氧液空和氮气，将在下塔c1中得到的氮气送入下塔顶部冷凝蒸发器k1中冷凝得到液氮，再将下塔
顶部冷凝蒸发器k1中得到的液氮分别送入下塔c1和上塔c2参与精馏；步骤3：将上塔c2中得到的富氧液空和氮气分别送入上塔顶部冷凝蒸发器k2进行热量交换而分别得到富氧气体和液氮，将上塔顶部冷凝蒸发器k2得到的富氧气体送至工艺所需位置，将上塔顶部冷凝蒸发器k2得到的液氮分别送至上塔c2和液氮用户。
25.上述空气分离制取液氮的方法具体流程如下：原料提供装置提供的压缩空气在主换热器中冷却至一定温度，由下塔c1底部送入下塔c1，在下塔c1内其作为上升气体参与精馏。下塔c1底部另一股进料为在主换热器底部得到的液空，此时主换热器也作为原料提供装置的一部分而向下塔c1提供液空。经下塔c1精馏后，在下塔c1底部得到一定浓度的富氧液空，在下塔c1顶部得到氮气。下塔c1底部得到的富氧液空经过冷节流后送入上塔c2顶部，作为上塔c2顶部的回流液参与精馏，并在上塔c2底部得到一定浓度的富氧液空、在上塔c2顶部得到氮气。下塔c1顶部得到的氮气进入下塔顶部冷凝蒸发器k1中，被上塔c2底部得到的富氧液空冷凝为液氮，部分液氮返流到下塔c1顶部，作为回流液参与下塔c1的精馏，另外抽取部分液氮经过冷节流后送入上塔c2顶部，作为上塔c2顶部的回流液参与精馏。上塔c2底部的富氧液空经过冷节流后送入上塔顶部冷凝蒸发器k2，上塔c2顶部的氮气也被送入上塔顶部冷凝蒸发器k2。在上塔顶部冷凝蒸发器k2内，富氧液空与氮气进行热量交换，富氧液空被加热成为富氧气体后送出并至工艺所需位置，而氮气被冷凝成液氮后送出。少量液氮返流到上塔c2顶部作为回流液参与精馏，大部分液氮作为产品送出冷箱并提供给液氮用户（例如送至液氮用户的低温储槽）。
26.上述双塔分离空气制取液氮流程的特点在于：1.液空多次参与精馏；2.提取效率高、液氮产量大；3.采用双冷凝蒸发器工艺。
27.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。