[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

说明书

本发明公开了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，所述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、过冷器。本发明中使用低温增压透平膨胀机，增压气体为低温气体，增压比大大提高；与单塔返流膨胀的制氮设备相比，提取率提高约15%、能耗降低约20%；与双塔带液氮泵制氮设备相比，只需一个精馏塔，无需配置液氮泵，减少了动设备需求，故障率降低，制造成本降低，冷箱占地面积减少；而提取率却能与双塔带液氮泵制氮设备相媲美。

技术领域

本发明涉及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，属于空分装置技术领域。

背景技术

我国高度重视节能降耗工作，陆续出台多项节能降耗政策措施，不断加强节能减排体制、机制、法制和能力建设，切实推进工业、建筑、交通等重点领域节能降耗，通过加快产业调整、淘汰落后产能、优化能源结构和推进节能型社会建设等方式，促使我国能源发展进入新阶段。因此，能耗指标越来越受到重视。

目前，市面上常见的纯氮设备包括单塔制氮和双塔制氮，单塔制氮虽然结构简单，但提取率较低、产品单耗高，不适合大规模的用氮需求；双塔制氮可以制取常压或低压氮气，装置提取率高，能耗较单塔制氮低，但产品压力较低，氮气产品需经氮气压缩机压缩后才能满足用户对氮气压力的要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明提供了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，在减少动设备需求的情况下，获得了能与双塔带液氮泵制氮设备媲美的提取率。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

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。

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。

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。

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。

作为本发明的另一方面，还提供了一种利用上述装置进行制氮的工艺，具体步骤如下：

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，吸附空气中的水分、CO₂、C₂H₂等有害杂质；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。

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，使其通过所述过冷器过冷后，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。