一种双塔低温增压制氮装置论文和设计-董佳

全文摘要

本实用新型公开了一种双塔低温增压制氮装置，包括空气进气系统、与空气进气系统通气连接的空气纯化系统、与所述空气纯化系统通气连接的低温增压制氮系统；所述低温增压制氮系统包括精馏塔和增压透平膨胀机，所述精馏塔为上下分布的双塔式结构，所述增压透平膨胀机具有一膨胀端，以及与所述膨胀端通过轴连接的增压端，所述膨胀端入口通过管道与精馏塔的上塔底部连接；所述增压端入口通过管道与精馏塔的上塔顶部连接，增压端出口连接产品输出管。本实用新型利用增压透平膨胀机输出功增压精馏塔塔顶获得的低温氮气，可以获得更高的压力；另一方面，由于增压端为低温氮气，减少了增压端后冷却器，降低了压降损失，降低了运行能耗，节省了设备投资。

主设计要求

1.一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于，包括：空气进气系统，用于对原料空气进行预处理；空气纯化系统，与所述的空气进气系统通气连接并对原料空气进行纯化；低温增压制氮系统，与所述的空气纯化系统通气连接并对纯化后的空气进行制氮增压；所述的低温增压制氮系统包括与空气纯化系统通气连接的精馏塔和增压透平膨胀机，所述的精馏塔为上下分布的双塔式结构，下部为下塔，上部为上塔，所述下塔和上塔之间还设置有主冷凝蒸发器；所述的增压透平膨胀机具有一膨胀端，以及与所述膨胀端通过轴连接的增压端，所述增压透平膨胀机的膨胀端入口通过管道与精馏塔的上塔底部连接；所述增压透平膨胀机的增压端入口通过管道与精馏塔的上塔顶部连接，增压端出口连接用于输送产品氮气的产品输出管。

设计方案

1.一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于，包括：

空气进气系统，用于对原料空气进行预处理；

空气纯化系统，与所述的空气进气系统通气连接并对原料空气进行纯化；

低温增压制氮系统，与所述的空气纯化系统通气连接并对纯化后的空气进行制氮增压；所述的低温增压制氮系统包括与空气纯化系统通气连接的精馏塔和增压透平膨胀机，所述的精馏塔为上下分布的双塔式结构，下部为下塔，上部为上塔，所述下塔和上塔之间还设置有主冷凝蒸发器；

所述的增压透平膨胀机具有一膨胀端，以及与所述膨胀端通过轴连接的增压端，所述增压透平膨胀机的膨胀端入口通过管道与精馏塔的上塔底部连接；所述增压透平膨胀机的增压端入口通过管道与精馏塔的上塔顶部连接，增压端出口连接用于输送产品氮气的产品输出管。

2.根据权利要求1所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述的低温增压制氮系统还包括冷箱、主换热器和过冷器，所述的主换热器、精馏塔、过冷器和增压透平膨胀机均设置在所述冷箱内；所述的空气进气系统包括空气过滤器、空气压缩机和空气预冷系统，所述空气过滤器、空气压缩机和空气预冷系统依次连接；所述的空气纯化系统的进气端与所述空气预冷系统的出气口连接，原料空气经过所述空气纯化系统的纯化后通过管道先经过所述主换热器换热再从下塔下部的进气口输送至所述精馏塔内进行精馏。

3.根据权利要求2所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述的下塔和主冷凝蒸发器之间通过输送管连通，所述的主冷凝蒸发器与上塔连通，所述上塔的顶部所连接的管道先经过所述过冷器后再与所述增压透平膨胀机的增压端入口连接，所述增压端出口所连接的产品输出管先经过所述主换热器后再出冷箱。

4.根据权利要求2所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述上塔底部所连接的管道先经过所述主换热器后再与所述增压透平膨胀机的膨胀端进口连接，膨胀端出口连接的管道先经过所述主换热器后再出冷箱并与所述空气纯化系统连接。

5.根据权利要求2所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述主冷凝蒸发器的底部所连接的管道通过所述过冷器后与所述上塔的顶部连接，所述主冷凝蒸发器的底部所连接的管道还通过回流管与所述下塔的顶部连通。

6.根据权利要求2所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述下塔的底部所连接的管道通过所述过冷器后与所述上塔的中部连通。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述的空气纯化系统包括至少两个并联设置的纯化器；每个所述纯化器的进口端通过同一管道与所述空气预冷系统的输出端连接，每个所述纯化器的出口端通过同一管道与下塔下部的进气口连接。

8.根据权利要求7所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述的空气纯化系统还包括电加热器，每个所述的纯化器的出口端均通过管道与所述电加热器的出口连接，所述电加热器的进口与所述增压透平膨胀机的膨胀端出口通气连接。

9.根据权利要求8所述的一种双塔低温增压制氮装置，其特征在于：所述的空气纯化系统内的纯化器交替使用，其中一只纯化器进行纯化工作，其余的纯化器由电加热器加热进行再生。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及制氮领域，具体涉及一种双塔低温增压制氮装置。

背景技术

随着冶金、石化、煤化工、电子等工业的快速发展，在空分的应用领域中，氮气的多用途性使得某些工业领域对氮气的需求量远高于氧气。常规双塔低温精馏后上塔顶部获得氮气，氮气复热出冷箱后，利用膨胀机的输出功增压常温氮气。利用膨胀机输出功增压氮气，常温氮气相较于低温氮气，获得的压力低，不能充分利用膨胀机输出功，设备运行能耗高，并且增压常温氮气后需要后冷却器，增加了压降，同时设备投资成本增加。为了解决这一问题，有必要提出一种双塔低温增压制氮装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双塔低温增压制氮装置，其旨在解决目前常规制氮获得的氮气经复热出冷箱，利用膨胀机的输出功增压常温氮气，导致设备运行能耗高，增加了设备投资成本的技术问题。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种双塔低温增压制氮装置，包括：

空气进气系统，用于对原料空气进行预处理；

空气纯化系统，与所述的空气进气系统通气连接并对原料空气进行纯化；

进一步，所述的低温增压制氮系统还包括冷箱、主换热器和过冷器，所述的主换热器、精馏塔、过冷器和增压透平膨胀机均设置在所述冷箱内；所述的空气进气系统包括空气过滤器、空气压缩机和空气预冷系统，所述空气过滤器、空气压缩机和空气预冷系统依次连接；所述的空气纯化系统的进气端与所述空气预冷系统的出气口连接，原料空气经过所述空气纯化系统的纯化后通过管道先经过所述主换热器换热再从下塔下部的进气口输送至所述精馏塔内进行精馏。

进一步，所述的下塔和主冷凝蒸发器之间通过输送管连通，所述的主冷凝蒸发器与上塔连通，所述上塔的顶部所连接的管道先经过所述过冷器后再与所述增压透平膨胀机的增压端入口连接，所述增压端出口所连接的产品输出管先经过所述主换热器后再出冷箱。

进一步，所述上塔底部所连接的管道先经过所述主换热器后再与所述增压透平膨胀机的膨胀端进口连接，膨胀端出口连接的管道先经过所述主换热器后再出冷箱并与所述空气纯化系统连接。

进一步，所述主冷凝蒸发器的底部所连接的管道通过所述过冷器后与所述上塔的顶部连接，所述主冷凝蒸发器的底部所连接的管道还通过回流管与所述下塔的顶部连通。

进一步，所述下塔的底部所连接的管道通过所述过冷器后与所述上塔的中部连通。

进一步，所述的空气纯化系统包括至少两个并联设置的纯化器；每个所述纯化器的进口端通过同一管道与所述空气预冷系统的输出端连接，每个所述纯化器的出口端通过同一管道与下塔下部的进气口连接。

进一步，所述的空气纯化系统还包括电加热器，每个所述的纯化器的出口端均通过管道与所述电加热器的出口连接，所述电加热器的进口与所述增压透平膨胀机的膨胀端出口通气连接。

进一步，所述的空气纯化系统内的纯化器交替使用，其中一只纯化器进行纯化工作，其余的纯化器由电加热器加热进行再生。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型为一种双塔低温增压制氮装置，利用增压透平膨胀机输出功增压精馏塔塔顶获得的低温氮气，低温氮气相较于常温氮气，可以获得更高的压力，降低了设备运行能耗；另一方面，由于增压端为低温氮气，减少了增压端后冷却器，降低了压降损失，降低了运行能耗，节省了设备投资。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型中一种双塔低温增压制氮装置的示意图。

图中：1-空气进气系统：11-空气过滤器、12-空气压缩机、13-空气预冷系统；2-空气纯化系统、21-纯化器、22-电加热器；3-低温增压制氮系统、30-冷箱、31-主换热器、32-精馏塔、321-下塔、322-主冷凝蒸发器、323-上塔、33-过冷器、34-增压透平膨胀机、341-膨胀端、342-增压端。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1所示，一种双塔低温增压制氮装置，包括：

空气进气系统1，用于对原料空气进行预处理；

空气纯化系统2，与所述的空气进气系统1通气连接并对原料空气进行纯化；

低温增压制氮系统3，与所述的空气纯化系统2通气连接并对纯化后的空气进行制氮增压；所述的低温增压制氮系统3包括与空气纯化系统2通气连接的精馏塔32和增压透平膨胀机34，所述的精馏塔为上下分布的双塔式结构，下部为下塔321，上部为上塔323，所述下塔321和上塔323之间还设置有主冷凝蒸发器322；

所述的增压透平膨胀机34具有一膨胀端341，以及与所述膨胀端341通过轴连接的增压端342，所述增压透平膨胀机34的膨胀端341入口通过管道与精馏塔32的上塔323底部连接；所述增压透平膨胀机34的增压端342入口通过管道与精馏塔32的上塔323顶部连接，增压端342出口连接用于输送产品氮气的产品输出管。

具体地，所述的低温增压制氮系统3还包括冷箱30、主换热器31和过冷器33，所述的主换热器31、精馏塔32、过冷器33和增压透平膨胀机34均设置在所述冷箱30内；所述的空气进气系统1包括空气过滤器11、空气压缩机12和空气预冷系统13，所述空气过滤器11、空气压缩机12和空气预冷系统13依次连接；所述的空气纯化系统2的进气端与所述空气预冷系统13的出气口连接，原料空气经过所述空气纯化系统2的纯化后通过管道先经过所述主换热器31换热再从下塔321下部的进气口输送至所述精馏塔32内进行精馏。

进一步地，所述的下塔321和主冷凝蒸发器322之间通过输送管连通，所述的主冷凝蒸发器322与上塔323连通，所述上塔323的顶部所连接的管道先经过所述过冷器33后再与所述增压透平膨胀机34的增压端342入口连接，所述增压端342出口所连接的产品输出管先经过所述主换热器31后再出冷箱30。

更进一步地，所述上塔323底部所连接的管道先经过所述主换热器31后再与所述增压透平膨胀机34的膨胀端341进口连接，膨胀端341出口连接的管道先经过所述主换热器31后再出冷箱30并与所述空气纯化系统2连接；所述主冷凝蒸发器322的底部所连接的管道通过所述过冷器33后与所述上塔323的顶部连接，所述主冷凝蒸发器322的底部所连接的管道还通过回流管与所述下塔321的顶部连通；所述下塔321的底部所连接的管道通过所述过冷器33后与所述上塔323的中部连通。

具体地，所述的空气纯化系统2包括至少两个并联设置的纯化器21；每个所述纯化器21的进口端通过同一管道与所述空气预冷系统13的输出端连接，每个所述纯化器21的出口端通过同一管道与所述下塔321下部的进气口连接。

进一步地，所述的空气纯化系统2还包括电加热器22，每个所述的纯化器21的出口端均通过管道与电加热器22的出口连接，所述电加热器22的进口与所述增压透平膨胀机34的膨胀端341出口通气连接。

更进一步地，所述的空气纯化系统2内的纯化器21交替使用，其中一只纯化器21进行纯化工作，其余的纯化器21由电加热器22加热进行再生。

在本实用新型实施例中，空气纯化系统2采用两个并联设置的纯化器21，其中一只纯化器21对原料空气进行纯化，脱出原料空气中的水分和二氧化碳，另外一只纯化器21由电加热器22加热的污氧气进行再生，两只交替使用，提高效率，纯化器21采用MS1201吸附器。

该双塔低温增压制氮装置的制氮流程，具体如下：

S1、原料空气经过空气过滤器AF1001过滤后进入空气压缩机AC1001压缩，然后进入空气预冷系统RU1101，冷却后的空气进入纯化器MS1201A\/B中的一只脱出水分和二氧化碳，另一只纯化器MS1201由电加热器EH1201加热的污氧气进行再生，两只交替使用；

S2、纯化后的空气进入主换热器E1被冷却到一定温度后进入下塔C1中进行精馏。在下塔C1塔顶得到纯氮气，塔釜获得富氧液空。下塔C1塔顶的纯氮气进入下塔C1顶部的主冷凝蒸发器K被冷凝成液氮，一部分液氮送入下塔C1作为下塔C1的回流液，一部分液氮节流后送入上塔C2参与精馏。在纯氮气冷凝的同时，主冷凝蒸发器K中的污液氧得到气化。

S3、在下塔C1中产生的富氧液空经过冷器E2过冷，节流后进入上塔C2，在上塔C2内，节流的液氮和富氧液空作为上塔C2回流液，主冷凝蒸发器K中蒸发的污液氧作为上塔C2上升的气体，经过再次精馏，得到污液氧和纯氮气。上塔C2顶部得到的纯氮气经过冷器E2之后进入增压透平膨胀机ET401增压端增压，然后进入主换热器E1复热后出冷箱，作为产品氮气。上塔C2底部的污氧气去主换热器E1复热至一定温度后，进入增压透平膨胀机ET401的膨胀端进行膨胀制冷，在主换热器E1中复热后出冷箱，作为再生气去空气纯化系统。

本实用新型一种双塔低温增压制氮装置，采用双塔精馏制氮，充分利用下塔液体的精馏能力，降低了加工空气量，提高了氮提取率；利用增压透平膨胀机增压端增压低温氮气，降低了精馏塔内精馏压力，降低了空压机排压，同时塔内精馏效果提高，进一步提高了氮气提取率，降低了装置能耗；本装置以上塔富氧气体作为膨胀工质，以低温氮气作为增压透平膨胀机增压端工质，充分利用了富氧气体的压力能，最大限度的利用了增压透平膨胀机输出功，降低了设备运行能耗；本装置增压低温氮气，避免由于氮气增压而导致氮气温度高的问题，减少了增压端后冷却器，降低了压降损失，降低了装置能耗。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。

设计图

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