返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法及裝置，所述的方法是：a.將原料氣冷卻至飽和或近飽和狀態(tài)進(jìn)入壓力塔進(jìn)行精餾，返流增壓冷卻后的污氮?dú)庖策M(jìn)入壓力塔參與精餾；b.在壓力塔頂部獲得的壓力氮?dú)夂驮趬毫λ撞揩@得液態(tài)流體；壓力塔頂部的部分壓力氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品氮?dú)獬槌觯?fù)熱出冷箱，其余氮?dú)膺M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器冷凝成液氮；c.部分液氮作為液氮產(chǎn)品抽出，其余液氮回流至壓力塔頂部作為精餾的回流液；底部的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，一部分作為安全排放液體，其余部分蒸發(fā)成氣體，作為返流污氮?dú)獬鼍s塔系統(tǒng)；d.一部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)膨脹端膨脹制冷后復(fù)熱出冷箱。
【專(zhuān)利說(shuō)明】返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn) 帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓 氮?dú)猱a(chǎn)品的方法和裝置，屬于低溫【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著冶金、石化、煤化工、電子等工業(yè)的快速發(fā)展，在空分的應(yīng)用領(lǐng)域中，帶壓氮?dú)?的多用途性使得有時(shí)上述工業(yè)領(lǐng)域?qū)旱獨(dú)獾男枨罅窟h(yuǎn)比氧氣要多。有時(shí)為了節(jié)約投資 和能耗，在項(xiàng)目改造時(shí)需要從出空分裝置的廢氮?dú)庵性俅翁崛旱獨(dú)?，變廢為寶。上述兩 種情況都需要能夠找到一種設(shè)備投資便宜，運(yùn)行能耗低的方法和裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種以純凈空氣、特別是廢 氮?dú)鉃樵仙a(chǎn)以帶壓氮?dú)庾鳛槲ㄒ划a(chǎn)品或主要產(chǎn)品的返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠?增壓進(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法及裝置，該方法和裝置提高了氮?dú)猱a(chǎn)品的提 取率，降低了能耗，節(jié)約了設(shè)備投資。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓 力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法，它具有一個(gè)精餾塔系統(tǒng)，一個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹 機(jī)制冷系統(tǒng)，其中所述精餾塔系統(tǒng)由至少一個(gè)壓力塔和一個(gè)冷凝蒸發(fā)器組成，所述的方法 包括如下步驟：
[0005] a將純化、干燥和帶壓的原料氣冷卻至飽和或近飽和狀態(tài)進(jìn)入壓力塔進(jìn)行精餾，返 流增壓冷卻后的污氮?dú)庖策M(jìn)入壓力塔參與精餾；
[0006] b在壓力塔頂部獲得的壓力氮?dú)夂驮趬毫λ撞揩@得液態(tài)流體；壓力塔頂部的部 分壓力氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品氮?dú)獬槌觯?fù)熱出冷箱，其余氮?dú)膺M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器冷凝成液氮；
[0007] C部分液氮作為液氮產(chǎn)品抽出，其余液氮回流至壓力塔頂部作為精餾的回流液； 底部的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，一部分作為安全排放液體，其余部分蒸發(fā)成氣體， 作為返流污氮?dú)獬鼍s塔系統(tǒng)；
[0008] d -部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)膨脹端膨脹制 冷后復(fù)熱出冷箱；另一部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)增壓 端增壓冷卻后進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾或這部分返流污氮?dú)庵苯尤ヅ蛎洐C(jī)增壓端增壓冷 卻后進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾。
[0009] 本發(fā)明所述的精餾塔系統(tǒng)組成中還包括一低壓塔，其中的步驟c是：部分液氮作 為液氮產(chǎn)品抽出，部分液氮回流至壓力塔頂部作為壓力塔精餾的回流液，其余液氮經(jīng)節(jié)流 后進(jìn)入低壓塔頂部作為低壓塔上段精餾的回流液；塔底的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入低壓塔中部 作為低壓塔下段提餾的回流液；從低壓塔頂部抽出的次壓氮?dú)饨?jīng)復(fù)熱出冷箱可作為次壓氮 氣產(chǎn)品；返流污氮?dú)鈴牡蛪核胁炕蛳虏砍鼍s塔系統(tǒng)。
[0010] 所述膨脹機(jī)的增壓端和所述膨脹端直接機(jī)械耦合，所述膨脹端的輸出功為所述增 壓端提供動(dòng)力；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)膨脹端膨脹制冷后復(fù)熱出冷箱至大氣壓后離 開(kāi)；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)增壓端增壓冷卻后進(jìn)入壓力塔參與精餾。
[0011] 所述原料氣是空氣或氮含量占主要成分的氣體；所述壓力塔的操作壓力不小于 0·4MPaA。
[0012] 一種用于上述返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮 氣產(chǎn)品的方法的裝置，該裝置主要由一個(gè)精餾塔系統(tǒng)、一個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹機(jī)制冷系 統(tǒng)緊密耦合組成，三者通過(guò)管道和閥門(mén)相連通，并實(shí)現(xiàn)將部分返流污氮?dú)庠鰤核腿刖s塔 的功能；其中所述的精餾塔系統(tǒng)至少由一個(gè)壓力塔和一個(gè)冷凝蒸發(fā)器組成，或由一個(gè)壓力 塔、一個(gè)冷凝蒸發(fā)器和一個(gè)低壓塔組成。
[0013] 所述膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)由一個(gè)帶膨脹葉輪的膨脹端、一個(gè)帶增壓葉輪的增壓端以及 其他輔助性部件組成；所述膨脹端和所述增壓端通過(guò)單軸直接連接或通過(guò)齒輪箱間接連 接。
[0014] 所述膨脹端和增壓端的返流污氮?dú)獾谋壤伤鰞啥巳肟谥Ч苌系拈y門(mén)或其他 調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)流量匹配。
[0015] 所述的換熱系統(tǒng)至少包括一主換熱器，所述主換熱器冷端設(shè)置有一供從所述精餾 系統(tǒng)中出來(lái)的返流污氮?dú)獠糠只蛉繌?fù)熱的第一通道，該所述第一通道出口通過(guò)管道連通 所述膨脹機(jī)的膨脹端；所述主換熱器冷端設(shè)置有一供膨脹后返流污氮?dú)饨?jīng)所述膨脹端ET 出口通過(guò)管道連通進(jìn)入所述主換熱器的第二通道，所述返流污氮?dú)饨?jīng)所述第二通道復(fù)熱離 開(kāi)；所述主換熱器中部設(shè)置有一供返流增壓冷卻后的污氮?dú)饨?jīng)所述膨脹機(jī)增壓端出口通過(guò) 管道連通進(jìn)入所述主換熱器的第三通道，所述第三通道出口由管道連通經(jīng)所述主換熱器E1 冷卻后的原料氣匯合流道后進(jìn)入或直接進(jìn)入所述壓力塔。
[0016] 傳統(tǒng)的返流污氮膨脹流程，返流污氮從精餾塔抽出后不再通過(guò)任何方式再回到壓 力塔進(jìn)行精餾，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用從精餾塔抽出的返流污氮?dú)庖环矫嫱ㄟ^(guò)膨脹制冷，另 一方面利用增壓讓部分返流污氮?dú)猥@得再次進(jìn)入壓力塔參與精餾的能力。
[0017] 本發(fā)明生產(chǎn)的壓力氮?dú)鈮毫Σ恍∮?· 35MPaA，純度可達(dá)99. 999%以上，產(chǎn)品提取 率大大提高，特別是壓力氮?dú)猱a(chǎn)品提取率可比上述傳統(tǒng)方法提高10 %到40 %，大大降低了 產(chǎn)品的單位能耗，同時(shí)節(jié)省氮?dú)鈮嚎s機(jī)等的設(shè)備投資。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明所述單塔系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明所述單塔系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明所述雙塔系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理不意圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明所述雙塔系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0022] 圖5是本發(fā)明所述雙塔系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0023] 圖6是本發(fā)明所述雙塔系統(tǒng)的再一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹：附圖所示，本發(fā)明所述返流污氮?dú)獠糠?膨脹制冷和部分增壓進(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法，它具有一個(gè)精餾塔系統(tǒng)， 一個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)，其中所述精餾塔系統(tǒng)由至少一個(gè)壓力塔和一個(gè)冷凝 蒸發(fā)器組成，所述的方法包括如下步驟：
[0025] a將純化、干燥和帶壓的原料氣冷卻至飽和或近飽和狀態(tài)進(jìn)入壓力塔進(jìn)行精餾，返 流增壓冷卻后的污氮?dú)庖策M(jìn)入壓力塔參與精餾；
[0026] b在壓力塔頂部獲得的壓力氮?dú)夂驮趬毫λ撞揩@得液態(tài)流體；壓力塔頂部的部 分壓力氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品氮?dú)獬槌?，并?fù)熱出冷箱，其余氮?dú)膺M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器冷凝成液氮；
[0027] c部分液氮作為液氮產(chǎn)品抽出，其余液氮回流至壓力塔頂部作為精餾的回流液； 底部的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，一部分作為安全排放液體，其余部分蒸發(fā)成氣體， 作為返流污氮?dú)獬鼍s塔系統(tǒng)；
[0028] d -部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)膨脹端膨脹制 冷后復(fù)熱出冷箱；另一部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)增壓 端增壓冷卻后進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾或這部分返流污氮?dú)庵苯尤ヅ蛎洐C(jī)增壓端增壓冷 卻后進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾。
[0029] 本發(fā)明所述的精餾塔系統(tǒng)組成中還包括一低壓塔，其中的步驟c是：部分液氮作 為液氮產(chǎn)品抽出，部分液氮回流至壓力塔頂部作為壓力塔精餾的回流液，其余液氮經(jīng)節(jié)流 后進(jìn)入低壓塔頂部作為低壓塔上段精餾的回流液；塔底的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入低壓塔中部 作為低壓塔下段提餾的回流液；從低壓塔頂部抽出的次壓氮?dú)饨?jīng)復(fù)熱出冷箱可作為次壓氮 氣產(chǎn)品；返流污氮?dú)鈴牡蛪核胁炕蛳虏砍鼍s塔系統(tǒng)。
[0030] 所述膨脹機(jī)的增壓端和所述膨脹端直接機(jī)械耦合，所述膨脹端的輸出功為所述增 壓端提供動(dòng)力；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)膨脹端膨脹制冷后復(fù)熱出冷箱至大氣壓后離 開(kāi)；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)增壓端增壓冷卻后進(jìn)入壓力塔參與精餾。
[0031] 所述原料氣是空氣或氮含量占主要成分的氣體；所述壓力塔的操作壓力不小于 0·4MPaA。
[0032] -種用于如上所述返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶 壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法的裝置，該裝置主要由一個(gè)精餾塔系統(tǒng)、一個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹機(jī)制 冷系統(tǒng)緊密耦合組成，三者通過(guò)管道和閥門(mén)相連通，并實(shí)現(xiàn)將部分返流污氮?dú)庠鰤核腿刖?餾塔的功能；其中所述的精餾塔系統(tǒng)至少由一個(gè)壓力塔C1和一個(gè)冷凝蒸發(fā)器K1組成，或由 一個(gè)壓力塔C1、一個(gè)冷凝蒸發(fā)器K1和一個(gè)低壓塔C2組成。
[0033] 所述膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)由一個(gè)帶膨脹葉輪的膨脹端ET、一個(gè)帶增壓葉輪的增壓端 BT以及其他輔助性部件組成；所述膨脹端ET和所述增壓端BT通過(guò)單軸直接連接或通過(guò)齒 輪箱間接連接。
[0034] 所述膨脹端ET和增壓端BT的返流污氮?dú)?0、11的比例由所述兩端入口支管上的 閥門(mén)或其他調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)流量匹配。
[0035] 所述的換熱系統(tǒng)至少包括一主換熱器E1，所述主換熱器E1冷端設(shè)置有一供從所 述精餾系統(tǒng)中出來(lái)的返流污氮?dú)?9部分或全部復(fù)熱的第一通道，該所述第一通道出口通 過(guò)管道連通所述膨脹機(jī)的膨脹端ET ;所述主換熱器E1冷端設(shè)置有一供膨脹后返流污氮?dú)?12經(jīng)所述膨脹端ET出口通過(guò)管道連通進(jìn)入所述主換熱器E1的第二通道，所述返流污氮?dú)?12經(jīng)所述第二通道復(fù)熱離開(kāi)；所述主換熱器E1中部設(shè)置有一供返流增壓冷卻后的污氮?dú)?13經(jīng)所述膨脹機(jī)增壓端BT出口通過(guò)管道連通進(jìn)入所述主換熱器El的第三通道，所述第三 通道出口由管道連通經(jīng)所述主換熱器E1冷卻后的原料氣01匯合流道后進(jìn)入或直接進(jìn)入所 述壓力塔C1。
[0036] 實(shí)施例：
[0037] 在圖1的實(shí)施例中，氮含量占主要成分的氣體00(如氮體積含量為97%、氧體積 含量為2. 9%、氬體積含量為0. 1% )通過(guò)壓縮機(jī)TC壓縮到0. 76MPaA，冷卻后純化干燥的 原料氣01進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1冷卻，得到溫度為101. 3K的氣體02后進(jìn)入壓力塔C1，該壓 力塔C1可以是篩板或填料塔，優(yōu)選為填料塔，操作壓力約為0· 745MPaA。氣體02和帶液量 5%的流體03經(jīng)壓力塔C1精餾后，在塔頂?shù)玫降獨(dú)?4和塔底的液態(tài)流體08,氮?dú)?4從塔 頂抽出后至少分成兩路：分支05進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1，復(fù)熱后得到純度為99. 999%、壓力約 為0. 72MPaA的產(chǎn)品壓力氮?dú)猓环种?6進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器K1被冷凝成液體后的一部分經(jīng)過(guò)冷 器E2過(guò)冷后作為產(chǎn)品液氮，其余部分07進(jìn)入壓力塔C1塔頂作為回流液。液體08從塔底 抽出經(jīng)過(guò)冷器E2過(guò)冷和節(jié)流閥VI節(jié)流后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器K1蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氣體09進(jìn)入 換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱，一部分氣體10在換熱器系統(tǒng)E1的中部位置如溫度為110K處抽出后 經(jīng)膨脹機(jī)的膨脹端ET膨脹至約0. 127MPaA后又進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的冷端去復(fù)熱后出冷箱 離開(kāi)。一部分氣體11在換熱器系統(tǒng)E1的中部位置如溫度為110K處抽出后經(jīng)膨脹機(jī)的增 壓端BT增壓至約0. 76MaA后進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的相應(yīng)中部位置如溫度130K處，又經(jīng)換熱 器系統(tǒng)E1冷卻后成為帶液量5%的流體03進(jìn)入壓力塔C1參與精餾。膨脹端ET與增壓端 BT通過(guò)單軸直接機(jī)械耦合，膨脹端膨脹做功產(chǎn)生的輸出功被增壓端BT利用，用于進(jìn)一步壓 縮氣體11。
[0038] 在圖2的實(shí)施例中，蒸發(fā)后的氣體09只有部分氣體進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱，并在 換熱器系統(tǒng)E1的中部位置如溫度為111K處抽出，氣體10經(jīng)膨脹機(jī)的膨脹端ET膨脹至約 0. 127MPaA，流體12又進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的冷端去復(fù)熱后出冷箱離開(kāi)。氣體09的一部分 氣體11經(jīng)膨脹機(jī)的增壓端BT增壓至約0. 76MaA后進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的相應(yīng)中部位置如 溫度125K處，又經(jīng)換熱器系統(tǒng)E1冷卻后成為帶液量5 %的流體03進(jìn)入壓力塔C1參與精 饋。
[0039] 在圖3的實(shí)施例中，氮含量占主要成分的氣體00(如氮體積含量為97%、氧體積 含量為2. 9%、氬體積含量為0. 1% )通過(guò)壓縮機(jī)TC壓縮到如0. 76MPaA，冷卻后的純化干 燥的原料氣01進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1冷卻，得到溫度為102K的氣體02進(jìn)入壓力塔C1，該壓 力塔C1可以是篩板或填料塔，優(yōu)選為填料塔，操作壓力約為0· 745MPaA。氣體02和帶液量 10%的流體03經(jīng)壓力塔C1精餾后，在塔頂?shù)玫降獨(dú)?4和塔底的液態(tài)流體08,氮?dú)?4從塔 頂抽出后至少分成兩路：分支05進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱后得到純度為99. 999%、壓力約 為0. 72MPaA的產(chǎn)品壓力氮?dú)?；分?6進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器K1被冷凝成液體后的一部分07進(jìn) 入壓力塔C1塔頂作為回流液，其余部分經(jīng)過(guò)冷器E2過(guò)冷后部分經(jīng)節(jié)流閥V4節(jié)流后作為產(chǎn) 品液氮，部分經(jīng)節(jié)流閥V2節(jié)流后進(jìn)入低壓塔C2的塔頂參與精餾。液體08從塔底抽出經(jīng)過(guò) 冷器E2過(guò)冷和節(jié)流閥VI節(jié)流后進(jìn)入低壓塔C2中下部參與精餾，該壓力塔C2可以是篩板 或填料塔，優(yōu)選為填料塔，操作壓力約為0. 43MPaA。在低壓塔C2的頂部抽出的氮?dú)?4經(jīng)過(guò) 冷器E2和換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱后得到純度為99. 999%、壓力約為0. 4MPaA的次壓氮?dú)猱a(chǎn)品。 在低壓塔C2的底部抽出的氣體09進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱，一部分氣體10在換熱器系統(tǒng) El的中部位置如溫度為109K處抽出，進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹端ET膨脹至約0. 126MPaA后又進(jìn) 入換熱器系統(tǒng)E1的冷端去復(fù)熱后出冷箱離開(kāi)。一部分氣體11在換熱器系統(tǒng)E1的中部位 置如溫度為109K處抽出，進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端BT增壓至約0. 76MaA后進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1 的相應(yīng)中部位置如溫度130K處，又經(jīng)換熱器系統(tǒng)E1冷卻后成為帶液量10 %的流體03進(jìn)入 壓力塔C1參與精餾。膨脹端ET與增壓端BT通過(guò)單軸直接機(jī)械耦合，膨脹端膨脹做功產(chǎn)生 輸出功被增壓端BT利用，進(jìn)一步壓縮氣體11。
[0040] 在圖4的實(shí)施例中，蒸發(fā)后的氣體09只有部分氣體進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1復(fù)熱，并在 換熱器系統(tǒng)E1的中部位置如溫度為110K處抽出，氣體10經(jīng)膨脹機(jī)的膨脹端ET膨脹至約 0. 126MPaA，流體12又進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的冷端去復(fù)熱，后出冷箱離開(kāi)。氣體09的一部分 氣體11經(jīng)膨脹機(jī)的增壓端BT增壓至約0. 76MaA后進(jìn)入換熱器系統(tǒng)E1的相應(yīng)中部位置如 溫度126K處，又經(jīng)換熱器系統(tǒng)E1冷卻后成為帶液量10 %的流體03進(jìn)入壓力塔C1參與精 饋。
[0041] 上述兩個(gè)實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具 體實(shí)施例。如上述圖3和圖4對(duì)應(yīng)的雙塔系統(tǒng)的例子，低壓塔C2可以生產(chǎn)帶壓的氮?dú)猱a(chǎn)品， 也可以如圖5所述的例子，塔底的液體08進(jìn)入低壓塔C2頂部，并在低壓塔C2的底部獲得液 氧和氣體14,氣體14經(jīng)過(guò)冷器和換熱器復(fù)熱后作為帶壓氧氣產(chǎn)品，該氧氣純度可達(dá)99. 6% 以上。低壓塔C2也可以如圖6所述的例子，分別在低壓塔C2的塔頂和塔底抽出氣體14和 氣體16,氣體14和氣體16分別經(jīng)過(guò)冷器和換熱器復(fù)熱后作為次壓氮?dú)猱a(chǎn)品和帶壓氧氣產(chǎn) 品。上述帶壓氧氣產(chǎn)品的純度可以根據(jù)需要獲得，一般可達(dá)80%-99.99%。因此，在本發(fā) 明的范疇下所作的各種變型或優(yōu)化，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方 法，它具有一個(gè)精餾塔系統(tǒng)，一個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)，其中所述精餾塔系統(tǒng)由 至少一個(gè)壓力塔和一個(gè)冷凝蒸發(fā)器組成，其特征在于所述的方法包括如下步驟： a將純化、干燥和帶壓的原料氣冷卻至飽和或近飽和狀態(tài)進(jìn)入壓力塔進(jìn)行精餾，返流增 壓冷卻后的污氮?dú)庖策M(jìn)入壓力塔參與精餾； b在壓力塔頂部獲得的壓力氮?dú)夂驮趬毫λ撞揩@得液態(tài)流體；壓力塔頂部的部分壓 力氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品氮?dú)獬槌觯?fù)熱出冷箱，其余氮?dú)膺M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器冷凝成液氮； c部分液氮作為液氮產(chǎn)品抽出，其余液氮回流至壓力塔頂部作為精餾的回流液；底部 的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，一部分作為安全排放液體，其余部分蒸發(fā)成氣體，作為 返流污氮?dú)獬鼍s塔系統(tǒng)； d-部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)膨脹端膨脹制冷后 復(fù)熱出冷箱；另一部分返流污氮?dú)膺M(jìn)入換熱器系統(tǒng)復(fù)熱并在中部抽出后去膨脹機(jī)增壓端增 壓冷卻后進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾或這部分返流污氮?dú)庵苯尤ヅ蛎洐C(jī)增壓端增壓冷卻后 進(jìn)入壓力塔繼續(xù)參與精餾。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生產(chǎn) 帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法，其特征在于所述的精餾塔系統(tǒng)組成中還包括一低壓塔，其中的步驟c 是：部分液氮作為液氮產(chǎn)品抽出，部分液氮回流至壓力塔頂部作為壓力塔精餾的回流液，其 余液氮經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入低壓塔頂部作為低壓塔上段精餾的回流液；塔底的液態(tài)流體經(jīng)節(jié)流進(jìn) 入低壓塔中部作為低壓塔下段提餾的回流液；從低壓塔頂部抽出的次壓氮?dú)饨?jīng)復(fù)熱出冷箱 可作為次壓氮?dú)猱a(chǎn)品；返流污氮?dú)鈴牡蛪核胁炕蛳虏砍鼍s塔系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生 產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法，其特征在于所述膨脹機(jī)的增壓端和所述膨脹端直接機(jī)械耦合，所 述膨脹端的輸出功為所述增壓端提供動(dòng)力；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)膨脹端膨脹制冷 后復(fù)熱出冷箱至大氣壓后離開(kāi)；所述污氮?dú)獾囊徊糠纸?jīng)膨脹機(jī)增壓端增壓冷卻后進(jìn)入壓力 塔參與精餾。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力塔相耦合生 產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法，其特征在于所述原料氣是空氣或氮含量占主要成分的氣體；所述 壓力塔的操作壓力不小于〇· 4MPaA。
5. -種用于權(quán)利要求1或2或3或4所述返流污氮?dú)獠糠峙蛎浿评浜筒糠衷鰤哼M(jìn)壓力 塔相耦合生產(chǎn)帶壓氮?dú)猱a(chǎn)品的方法的裝置，其特征在于該裝置主要由一個(gè)精餾塔系統(tǒng)、一 個(gè)換熱系統(tǒng)和一個(gè)膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)緊密耦合組成，三者通過(guò)管道和閥門(mén)相連通，并實(shí)現(xiàn)將 部分返流污氮?dú)庠鰤核腿刖s塔的功能；其中所述的精餾塔系統(tǒng)至少由一個(gè)壓力塔（C1) 和一個(gè)冷凝蒸發(fā)器（K1)組成，或由一個(gè)壓力塔（C1)、一個(gè)冷凝蒸發(fā)器（K1)和一個(gè)低壓塔 (C2)組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述膨脹機(jī)制冷系統(tǒng)由一個(gè)帶膨脹葉輪的 膨脹端（ET)、一個(gè)帶增壓葉輪的增壓端（BT)以及其他輔助性部件組成；所述膨脹端（ET) 和所述增壓端（BT)通過(guò)單軸直接連接或通過(guò)齒輪箱間接連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述膨脹端（ET)和增壓端（BT)的返流污 氮?dú)猓?〇、11)的比例由所述兩端入口支管上的閥門(mén)或其他調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)流量 匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的換熱系統(tǒng)至少包括一主換熱器 (E1)，所述主換熱器（E1)冷端設(shè)置有一供從所述精餾系統(tǒng)中出來(lái)的返流污氮?dú)猓?9)部分 或全部復(fù)熱的第一通道，該所述第一通道出口通過(guò)管道連通所述膨脹機(jī)的膨脹端（ET);所 述主換熱器（E1)冷端設(shè)置有一供膨脹后返流污氮?dú)猓?2)經(jīng)所述膨脹端（ET)出口通過(guò)管 道連通進(jìn)入所述主換熱器（E1)的第二通道，所述返流污氮?dú)猓?2)經(jīng)所述第二通道復(fù)熱離 開(kāi)；所述主換熱器（E1)中部設(shè)置有一供返流增壓冷卻后的污氮?dú)猓?3)經(jīng)所述膨脹機(jī)增壓 端（BT)出口通過(guò)管道連通進(jìn)入所述主換熱器（E1)的第三通道，所述第三通道出口由管道 連通經(jīng)所述主換熱器（E1)冷卻后的原料氣（01)匯合流道后進(jìn)入或直接進(jìn)入所述壓力塔 (C1)。
【文檔編號(hào)】F25J3/04GK104061756SQ201410252557
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】韓一松, 譚芳, 翟暉, 艾紹華, 張猛 申請(qǐng)人:杭州杭氧股份有限公司