專利名稱：一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣體分離設(shè)備，尤其涉及一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧 的裝置。
背景技術(shù)：
隨著浮法玻璃、化工等行業(yè)的快速發(fā)展，對高純氮氣、低純氧需求量急劇增大，通 常浮法玻璃行業(yè)在使用的高純氮氣壓力為0. 2 0. 5MPa，氮氣純度為99. 999% (O2濃度 (3ppm)；由于玻璃原料的融化需要空氣或氧氣助燃，而且隨著國家節(jié)能減排政策的實施 及燃料成本的上升，氧氣助燃有著更為廣闊的應(yīng)用前景。采用氧氣助燃可以大大減少氧化 亞氮、二氧化碳的排放，并可以節(jié)約燃料、提高玻璃產(chǎn)品等級，其中氧氣助燃需要的氧氣純 度大于80%，最好能夠大于90%，同時壓力應(yīng)大于0. IMPa0傳統(tǒng)空分流程中，生產(chǎn)帶壓力的高純氮氣(氮氣壓力為0. 2MPa 0. 45MPa)，采用 單塔正流制氮流程(其制備的氮氣壓力達0.2 0. 3MPa)、單塔返流制氮流程(其制備的氮 氣壓力達0. 4MPa以上)、雙塔返流制氮流程(其制備的氮氣壓力達0. 2 0. 3MPa)及雙塔 正流制氮流程(其制備的氮氣壓力達0. 2 0. 3MPa)。這種設(shè)備只能制取氮氣。而低純氧的生產(chǎn)采用全低壓雙塔精餾制取低壓氮氣及氧氣，其電耗一般為 0. 38-0. 5KWh/NM3，其副產(chǎn)品低壓氮氣不能直接輸送，需增加氮氣壓縮機，氮氣純度不能滿 足高端浮法玻璃的需求，氧氣壓力< 0. IMPa，如需0. 15MPa以上的壓縮機需采用內(nèi)壓縮流 程或加氧氣壓縮機，因此能耗較高。如專利US006230519B1公開了一種生產(chǎn)氣態(tài)氮和氣態(tài)氧的低溫空氣分離方法，將 空氣低溫精餾并在低壓塔內(nèi)分離成富氧流體和副氮流體，然后根據(jù)密度不同分別從低壓塔 上下部回收氮氣和氧氣，該方法制冷降溫過程復(fù)雜。專利CN1038514A公開了一種生產(chǎn)高壓 氧和高壓氮的空氣分離流程，將空氣壓縮、吸附除雜后通過雙級精餾塔進行精餾，由于氮氣 和氧氣均在同一塔內(nèi)進行精餾，生產(chǎn)效率低。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，采用三塔制氮、制氧 流程，從空分裝置中直接生產(chǎn)帶壓力的高純氮、低純氧。該裝置提高產(chǎn)品附加值，產(chǎn)品的純 度較高、而且實現(xiàn)壓力氮氣和低純氧回收，節(jié)省了設(shè)備投資、降低能耗，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟效應(yīng)。本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)目 的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，包括換熱器、冷凝系統(tǒng)和三座低 壓精餾塔即氮塔、氧塔和下塔；所述換熱器與所述下塔的空氣進口通過管道連接；所述冷 凝系統(tǒng)與所述下塔通過管道連接；所述下塔設(shè)有液氮抽取口，所述液氮抽取口通過管道連 接所述氮塔的頂端進口 ；所述下塔還設(shè)有液空抽取口，所述液空抽取口通過管道連接所述 氮塔的液空進口 ；所述氮塔底部設(shè)有富氧液抽取口，所述富氧液抽取口通過富氧液管道連接所述氧塔上段的富氧液進口 ；所述氮塔頂部設(shè)有高純氮提取口 ；所述氧塔下端設(shè)有低純 液氧提取口。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述冷凝系統(tǒng)包括兩個冷凝 蒸發(fā)器，所述兩個冷凝蒸發(fā)器分別安裝在所述氮塔和氧塔中；所述兩個冷凝蒸發(fā)器的進口 分別與所述下塔的氮氣抽取口連接，所述兩個冷凝蒸發(fā)器的出口連接所述下塔的頂端進上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，在所述氧塔中設(shè)有冷凝蒸發(fā) 器，所述下塔中部設(shè)有污氮氣出口與污氮氣進口，所述污氮氣出口、進口分別與所述氧塔的 冷凝蒸發(fā)器的進口、出口通過管道連接。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述液氮抽取口通過管道連 接過冷器，再通過所述過冷器連接所述氮塔和氧塔的頂端進口。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述高純氮提取口通過管道 依次連接過冷器與換熱器。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述液氮抽取口通過管道連 接所述氧塔的頂端進口。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述氧塔內(nèi)設(shè)置有20 90塊 塔板，下塔內(nèi)設(shè)置有50 130塊塔板，氮塔內(nèi)設(shè)置有45 120塊塔板。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，在所述氧塔內(nèi)，所述富氧液進 口上方至少設(shè)有一塊精餾塔板。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述氮塔液空進口設(shè)于所述 氮塔的塔釜上方1 10塊塔板之間，或設(shè)于所述氮塔的塔釜處。上述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其中，所述氧塔上端設(shè)有廢氣排口， 所述廢氣排口通過管道依次連接所述換熱器與透平膨脹機。采用本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置的優(yōu)點在于1.本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置在制取低純氧時，以制取 帶壓力的高純氮的氮塔釜中抽取的富氧液作為原料，這樣在制取低純氧的同時保證了氮氣 的提取率，也保證了高純氮及低純氧的品質(zhì)。2.本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置可將壓力氮氣和低純氧 的同時從空氣中分離，產(chǎn)品氮氣壓力可達0. 15 0.4510^，純度達99.999% (氧氣含量 小于5ppm)，氮氣提取率為63 72 % ；同時生產(chǎn)的氧氣純度可達到80 % 95 %，壓力達 0. 02 0. 25MPa，氧氣提取率為70 95% ；綜合電耗低，為0. 19 0. 23Kffh/NM3 (N2+02)。3.本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置相對于傳統(tǒng)的生產(chǎn)帶壓 力的高純氮及低純氧的設(shè)備，其大大減小了能量的輸出，有利于環(huán)保。

圖1為本實用新型生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置的第一種實施方式結(jié)構(gòu) 示意圖；圖2為本實用新型生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置的第二種實施方式結(jié)構(gòu) 示意圖；[0024]圖3為本實用新型生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置的第三種實施方式結(jié)構(gòu) 示意圖。圖中1為下塔、2為氧塔、3為氮塔、4為主換熱器上段、5為主換熱器下段、6為過 冷器、7為節(jié)流閥、8為透平膨脹機、9為氮塔冷凝蒸發(fā)器、10為氧塔冷凝蒸發(fā)器、11為純化后 的壓縮空氣、12為下塔氮氣、13液態(tài)空氣、14為進入氧塔冷凝蒸發(fā)器的氮氣、15為氧塔冷凝 后的液態(tài)氮氣、16為進入氮塔冷凝蒸發(fā)器的氮氣、17為氮塔冷凝后的液氮，18為下塔送出 的液氮，19為高純氮氣、20為污氮、21為富氧液、22為低純氧、30為高純液氮、40為低純液 氧、181為進入氮塔的液氮，182為進入氧塔的液氮、201為膨脹后的污氮。
具體實施方式
實施例1如圖1所示一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮、低純氧的裝置，包括換熱器其分為上段4、 和下段5，以及三座低壓精餾塔氮塔3、氧塔2和下塔1。所述下塔1內(nèi)設(shè)置有50 130塊 塔板，其操作壓力為0. 6MPa 1. IMPa ；所述氧塔2內(nèi)設(shè)置有20 90塊塔板，其操作壓力 在0. 08MPa以上；氮塔3內(nèi)設(shè)置有45 120塊塔板，其操作壓力為0. 15MPa 0. 5MPa。所 述換熱器包括上段4和下段5。所述氮塔3中裝有冷凝蒸發(fā)器10，氧塔2中裝有冷凝蒸發(fā)
9 ο在所述氧塔2內(nèi)，所述富氧液進口上方至少設(shè)有一塊精餾塔板。所述氮塔3設(shè)有 液空進口，所述液空進口設(shè)于所述氮塔3的塔釜上方1 10塊塔板之間或是設(shè)于所述氮塔 3的塔釜處。所述氧塔2上端設(shè)有廢氣排口，所述廢氣排口依次連接所述換熱器的上段4與 透平8膨脹機。所述氮塔3的富氧液抽取口與所述氧塔1的富氧液進口之間、所述下塔1 的液空抽取口與所述氮塔3之間、所述下塔1的液氮抽取口與所述氧塔2的頂端進口之間、 所述氮塔3的富氧液抽取口與所述氧塔2的富氧液進口之間均設(shè)有節(jié)流閥7，用于控制流體 流量。純化后的空氣經(jīng)壓縮，純化后的壓縮空氣在空氣預(yù)冷系統(tǒng)中冷卻，進入分子篩純 化系統(tǒng)去除二氧化碳和水分之后，純化后的壓縮空氣11進入分餾塔冷箱中在主換熱器上 段4、下段5換熱降溫至飽和狀態(tài)，經(jīng)過節(jié)流閥通過所述下塔1的空氣進口進入下塔1中，空 氣在下塔1中被分離成液空13和氮氣12，下塔1的操作壓力控制在0. 6MPa以上。在所述 下塔1的塔頂設(shè)有氮氣抽取口，所述氮氣提取口通過管道連接所述氮塔3和氧塔2的冷凝 蒸發(fā)器9、10的進口，所述，氮氣12分二股14及16分別進入氧塔冷凝蒸發(fā)器5被液化成液 氮15，進入氮塔3冷凝蒸發(fā)器9被液化成液氮17。所述兩個冷凝蒸發(fā)器9、10的出口與所 述下塔1頂端進口連接，冷凝后液氮由所述下塔1的頂端進口進入下塔1中。所述下塔1 還有設(shè)有液氮抽取口，其通過管道與所述氮塔3和氧塔2的頂端進口相連，部分液氮18由 所述液氮抽取口抽出進入所述氮塔3和氧塔2中，進行精餾。這樣液氮18經(jīng)過冷器6過冷分二股一股液氮181在節(jié)流閥中降壓后進入氮塔3 頂部，另一股液氮182在節(jié)流閥中降壓后進入氧塔2頂部；所述下塔1還設(shè)有液空抽取口， 所述液空抽取口通過管道連接所述氮塔2下段的液空進口。富氧液空13由所述下塔1的 液空抽取口抽取并在節(jié)流閥中降壓后進入氮塔3下段，氮塔3的操作壓力控制在0. 15MPa 以上。[0031]液空、液氮在氮塔3中分離成帶壓力的高純氮氣19和富氧液21，在氮塔3的塔底 設(shè)置富氧液抽取口，抽取富氧液21，經(jīng)節(jié)流閥降壓后由所述氧塔2的富氧液進口進入氧塔 2 ；氮塔3頂部的高純氮提取口抽出高純氮氣19，并經(jīng)過冷器6、主換熱器4，5復(fù)熱送用戶使用。富氧液21進入到氧塔2中精溜，低純氧22從塔釜的低純液氧提取口抽出，并經(jīng)主 換熱器4、5復(fù)熱出冷箱。從氧塔2的塔頂?shù)奈鄣獨獬隹诔槌鑫鄣獨?0，在過冷器6、換熱器5中復(fù)熱進入透 平膨脹機8中膨脹至接近大氣壓制冷，補充裝置的冷量，膨脹后的廢氮氣201經(jīng)主換熱器4、 5復(fù)熱出冷箱。實施例2如圖2所示，所述下塔1液氮抽取口單單連接所述氮塔的頂端進口，用于補充液氮 作為回流液，而氧塔頂部不再連接所述下塔1的液氮抽取口，補充液氮作為回流液，這樣適 當降低氧氣的提取率來提高壓力高純氮的提取率。與實施例1的區(qū)別是氮塔產(chǎn)生的液氮 181直接進入所述氮塔3頂部，作為回流液，而所述氧塔3頂部不需要補充液氮作為回流液。 這樣適當降低氧氣的提取率來提高壓力高純氮的提取率。實施例3如圖3所示，所述下塔1的中部設(shè)有污氮氣出口與污氮氣進口。所述下塔1頂端 的氮氣抽取口不再連接所述氧塔2的冷凝蒸發(fā)器10，而是所述污氮氣出口與進口分別與所 述氧塔2冷凝蒸發(fā)器10的進口、出口通過管道連接，所述污氮氣通過冷凝后回到下塔中，參 與回流。與實施例1的區(qū)別是所述污氮氣出口與進口分別與所述氧塔2冷凝蒸發(fā)器10的 進口、出口通過管道連接，所述污氮氣通過冷凝后回到下塔中，參與回流。經(jīng)測試，經(jīng)過本實用新型一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮、低純氧的裝置，生產(chǎn)的氮氣純 度大于99. 999%、壓力為0. 4MPa的氮氣，而獲得的氧氣純度達95%。以上對本實用新型的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本實用新 型并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本實用新型進行 的等同修改和替代也都在本實用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和范 圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，包括換熱器、冷凝系統(tǒng)和三 座低壓精餾塔即氮塔、氧塔和下塔；所述換熱器與所述下塔的空氣進口通過管道連接；所 述冷凝系統(tǒng)與所述下塔通過管道連接；所述下塔設(shè)有液氮抽取口，所述液氮抽取口通過管 道連接所述氮塔的頂端進口 ；所述下塔還設(shè)有液空抽取口，所述液空抽取口通過管道連接 所述氮塔的液空進口 ；所述氮塔底部設(shè)有富氧液抽取口，所述富氧液抽取口通過富氧液管 道連接所述氧塔上段的富氧液進口 ；所述氮塔頂部設(shè)有高純氮提取口 ；所述氧塔下端設(shè)有 低純液氧提取口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述冷 凝系統(tǒng)包括兩個冷凝蒸發(fā)器，所述兩個冷凝蒸發(fā)器分別安裝在所述氮塔和氧塔中；所述兩 個冷凝蒸發(fā)器的進口分別與所述下塔的氮氣抽取口連接，所述兩個冷凝蒸發(fā)器的出口連接 所述下塔的頂端進口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，在所述 氧塔中設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，所述下塔中部設(shè)有污氮氣出口與污氮氣進口，所述污氮氣出口、進 口分別與所述氧塔的冷凝蒸發(fā)器的進口、出口通過管道連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述液 氮抽取口通過管道連接過冷器，再通過所述過冷器分別連接所述氮塔和氧塔的頂端進口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述高 純氮提取口通過管道依次連接過冷器與換熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述液 氮抽取口通過管道連接所述氧塔的頂端進口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述氧 塔內(nèi)設(shè)置有20 90塊塔板，下塔內(nèi)設(shè)置有50 130塊塔板，氮塔內(nèi)設(shè)置有45 120塊塔 板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，在所述 氧塔內(nèi)，所述富氧液進口上方至少設(shè)有一塊精餾塔板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述液 空進口設(shè)于所述氮塔的塔釜上方1 10塊塔板之間，或設(shè)于所述氮塔的塔釜處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，其特征在于，所述氧 塔上端設(shè)有廢氣排口，所述廢氣排口通過管道依次連接所述換熱器與透平膨脹機。
專利摘要本實用新型提供了一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及低純氧的裝置，包括下塔、氮塔及氧塔，所述換熱器與所述下塔的空氣進口通過管道連接；所述冷凝系統(tǒng)與所述下塔通過管道連接；所述下塔設(shè)有液氮抽取口，所述液氮抽取口通過管道連接所述氮塔的頂端進口；所述下塔還設(shè)有液空抽取口，所述液空抽取口通過管道連接所述氮塔的液空進口，所述氮塔底部設(shè)有富氧液抽取口，所述富氧液抽取口通過富氧液管道連接所述氧塔上段的富氧液進口；所述氮塔頂部設(shè)有高純氮提取口；所述氧塔下端設(shè)有低純液氧提取口。本實用新型可實現(xiàn)壓力氮氣和低純氧的同時制取，且能耗低；在得到低成本的、浮法玻璃等行業(yè)保護氣體壓力氮的同時，可為窯爐提供低成本的低純氧助燃。
文檔編號F25J3/04GK201867019SQ201020597499
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者俞建, 周大榮, 陳熙靜 申請人:上海啟元科技發(fā)展有限公司, 上海啟元空分技術(shù)發(fā)展有限公司