[发明专利]一种超低压单塔深冷空分工艺

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离工艺技术领域，尤其涉及超低压单塔深冷空分工艺技术领域。

背景技术

氧气和氮气在工业生产上有广泛的用途，大气是氮气和氧气取之不尽的来源，因此工业上氧氮气均通过空气分离的办法制取，其中运用最为广泛的是深冷空气分离方法，目前深冷空气分离法工艺普遍的流程多为全低压双塔精馏分离流程。

其工艺过程包含以下步骤：

a.空气的压缩；

b.空气除水、净化、换热；

c.空气膨胀制冷；

d.液氮和液空的制取；

e.全低压双塔精馏制取气氧和气氮。

具体过程如下：空气压缩至0.58～0.6MPa(压力均指绝对压力，以下同)，经冷却、冷冻除水，纯化器净化，经主换热器和返流气体换热后，小部分经膨胀机涡轮增压膨胀后压力降至0.13～0.15MPa，进上塔精馏，大部分进入下塔制取液氮和液空，液氮和液空经返流气氮过冷后节流进入上塔作为精馏回流液，上塔和下塔之间设置主冷凝器，由上塔液氧冷却下塔顶部的气氮制取液氮同时使液氧汽化，部分液氮过冷后减压进入上塔顶部作为回流液，一部分作为下塔回流液，使空气得到初步分离，从而得到含氧38～40％的液空。气氧和气氮分别从上塔底部和顶部引出，经主换热器和压缩空气换热复热后作为产品引出。

以上现有流程的主要缺点有以下几点：

1、该流程全部的原料空气均需压缩至0.58～0.6MPa，功耗大、能耗高。

2、该流程下塔在0.55～0.58MPa压力下运行，目前多采用筛板塔，由于阻力大，所设塔板数不能太多，为了保证液氮的纯度，只能采用高回流比操作，工作回流比大于最小工作回流比30～50％，液空氧含量仅为38～40％。

3、双塔流程气氮、气氧的纯度既受限于下塔的塔板数和液气比，也受限于上塔的液气比和塔板数，在不设辅塔的情况下难以制取高纯氮，增设辅塔的情况下虽能制取高纯氮(气氮纯度仍受下塔液氮纯度的制约)但需引出大量的污氮，一方面降低氧的提取率，同时又降低了高纯氮的产量。

4、流程复杂，制冷和精馏过程间存在关联藕合关系，由于两过程间相互制约，液体产品数量难以大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能、工程造价低、操作调节方便、产品方案灵活、易于大型化的超低压单塔深冷空分工艺。

本发明为达到以上目的所采用的技术方案是：一种超低压单塔深冷空分工艺，其工艺过程包含以下步骤：

a.空气或富氧空气的压缩；

b.空气或富氧空气除水、净化、换热；

c.氮气压缩和换热；

d.氮气或空气膨胀制冷；

e.液氮和液空或富氧液空的制取；

f.超低压单塔精馏制取气氧和气氮。

其工艺过程中的c步骤中设置有氮气压缩机，氮气压缩机将压缩后的氮气冷却，经主换热器换热后，可以是用于膨胀机膨胀制冷，或是通过设置在精馏塔底部冷凝器和液氧换热制取液氮以作为精馏的回流液。

其工艺过程中的a步骤中空气或富氧空气的压缩分为两部分，甲部分空气或富氧空气压缩至绝对压力0.14～0.17MPa，经冷却、冷冻除水，纯化器净化并和返流气在主换热器换热后进入精馏塔分离；乙部分空气或富氧空气压缩至绝对压力0.14～0.55MPa，经冷却、冷冻除水，纯化器净化后，经主换热器和返流气体换热，可以是将乙部分空气通过膨胀机膨胀制冷，膨胀后的乙部分空气或富氧空气和甲部分空气或富氧空气汇合后进入精馏塔精馏；也可以将经压缩、冷却、换热后的空气或富氧空气通过设置在精馏塔底部的冷凝器和液氧换热后制取液空作为精馏塔回流液。

其工艺过程中的f步骤中精馏工步中所用精馏塔是单精馏塔，该单精馏塔绝对压力为0.1～0.15Mpa。

本实用新型的有益效果是：

1.由于空气精馏完全在0.1～0.15MPa的低压力下进行，使精馏过程易于进行，加上可以采用规整填料，阻力小，可以增加塔板数，加上采用氮气压缩制取液氮，液氮纯度完全有保证，(液氮纯度等于气氮纯度，从而使气氮纯度有自提高的趋势)，从而使采用低液气比操作成为可能。

2.由于回流比降低，返流气氮数量的增加，使液空液氮的过冷度更有保证，降低液氮、液空(或富氧液空)的气化率又进一步降低能耗。

3.无论采用氮膨胀还是空气膨胀，精馏过程和制冷过程均不再相互影响，可以灵活的安排液体产品的比例。

4.气氧的纯度可以通过液空制取量来进行调节。气氮的纯度可以通过液氮制取量来进行调节。对于制取高纯氧和高纯氮十分有利。