本發(fā)明涉及空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著電子、瓷業(yè)、浮法玻璃等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對氮氣的需求也不斷增加。很多用戶在制氮設(shè)備使用過程中，白天主要是以氮氣為主，而夜間氮氣使用量會減半，而往往白天電費又較高，一般的做法是夜間裝置半負(fù)荷運行，在保證夜間氮氣用量的前提下將部分氮氣轉(zhuǎn)化為液氮儲存起來。為此，如何增加夜間液氮的產(chǎn)出量，提高純氮設(shè)備的利用率，成為減少能耗的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取裝置，包括過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、電加熱器、主換熱器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、透平膨脹機、增液膨脹機、冷箱，過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、電加熱器設(shè)于冷箱外，主換熱器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、透平膨脹機、增液膨脹機設(shè)于冷箱內(nèi)，冷凝蒸發(fā)器設(shè)于精餾塔頂部；

過濾器、透平空氣壓縮機、空氣預(yù)冷機組、交替使用的分子篩吸附器、主換熱器依次連接；

主換熱器的原料空氣部分冷卻出口和增液膨脹機連接，增液膨脹機和主換熱器連接，主換熱器和透平空氣壓縮機連接；滿負(fù)荷工況時，該連接管路斷開，半負(fù)荷工況時，該連接管路接通；

主換熱器的原料空氣冷卻出口和精餾塔底部的原料空氣進口連接，精餾塔底部的液空出口和過冷器連接，過冷器和精餾塔頂部連接，其中，過冷器和精餾塔頂部連接管路上設(shè)有節(jié)流閥；精餾塔頂部的帶壓氮氣出口分別和主換熱器、冷凝蒸發(fā)器連接，主換熱器連接外部管道以提供氮氣產(chǎn)品，冷凝蒸發(fā)器的液氮出口分別和精餾塔、冷箱外液氮產(chǎn)品存儲罐連接；精餾塔頂部的污氮氣出口和過冷器連接，過冷器和主換熱器連接，主換熱器的污氮氣部分復(fù)熱出口和透平膨脹機連接，透平膨脹機再和過冷器連接，過冷器和主換熱器連接，主換熱器分別和電加熱器、外部放空管道連接，電加熱器和交替使用的分子篩吸附器連接。

一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取方法，分為滿負(fù)荷工況和半負(fù)荷工況，

滿負(fù)荷工況制取包括如下步驟：

步驟一、將原料空氣經(jīng)過濾器過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機將空氣壓縮到設(shè)定壓力；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組預(yù)冷后進入交替使用的分子篩吸附器中純化；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣，其余部分進入主換熱器冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔底部精餾分離為液空和帶壓氮氣；

步驟三、液空經(jīng)過冷器過冷、節(jié)流閥節(jié)流后進入精餾塔頂部，作為冷凝蒸發(fā)器冷源；帶壓氮氣部分抽出經(jīng)主換熱器復(fù)熱后出冷箱作為氮氣產(chǎn)品，其余引入冷凝蒸發(fā)器作為熱源；

步驟四、液空和帶壓氮氣換熱，帶壓氮氣被液空液化為液氮，部分液氮引出冷箱作為液氮產(chǎn)品，其余引入精餾塔作為回流液；液空被帶壓氮氣蒸發(fā)為污氮氣，經(jīng)過冷器復(fù)熱及主換熱器部分復(fù)熱后抽出進入透平膨脹機膨脹制冷，膨脹后污氮氣再經(jīng)過過冷器、主換熱器復(fù)熱后，一部分由電加熱器加熱后引入交替使用的分子篩吸附器作為再生氣，其余部分放空；

半負(fù)荷工況制取包括如下步驟：

步驟一、將原料空氣經(jīng)過濾器過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機將空氣壓縮到設(shè)定壓力；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組預(yù)冷后進入交替使用的分子篩吸附器中純化；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣，其余部分進入主換熱器；進入主換熱器的原料空氣一部分進行部分冷卻，再進入增液膨脹機進行膨脹制冷，膨脹后由主換熱器復(fù)熱后作為循環(huán)空氣進入到透平空氣壓縮機；進入主換熱器的原料空氣其余部分冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔底部精餾分離為液空和帶壓氮氣；

步驟三、液空經(jīng)過冷器過冷、節(jié)流閥節(jié)流后進入精餾塔頂部，作為冷凝蒸發(fā)器冷源；帶壓氮氣部分抽出經(jīng)主換熱器復(fù)熱后出冷箱作為氮氣產(chǎn)品，其余引入冷凝蒸發(fā)器作為熱源；

步驟四、液空和帶壓氮氣換熱，帶壓氮氣被液空液化為液氮，部分液氮引出冷箱作為液氮產(chǎn)品，其余引入精餾塔作為回流液；液空被帶壓氮氣蒸發(fā)為污氮氣，經(jīng)過冷器復(fù)熱及主換熱器部分復(fù)熱后抽出進入透平膨脹機膨脹制冷，膨脹后污氮氣再經(jīng)過過冷器、主換熱器復(fù)熱后，一部分由電加熱器加熱后引入交替使用的分子篩吸附器作為再生氣，其余部分放空。

本發(fā)明的有益效果：

1、根據(jù)用戶實際需要，在產(chǎn)品氮氣用量為正常量一半或減量時，通過引出一股空氣進入增液膨脹機膨脹，來增加液氮產(chǎn)量，與常規(guī)方法相比可增加25％-35％的液氮產(chǎn)量。

2、因通常情況下，夜間溫度低，電價也低，通過該工藝可以以更低的成本產(chǎn)出最大的液氮產(chǎn)品，大大降低了裝置能耗及用戶的生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做更進一步地解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定本發(fā)明的實施范圍。

一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取裝置，如圖1所示，包括過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、電加熱器12、主換熱器5、精餾塔6、冷凝蒸發(fā)器9、過冷器7、透平膨脹機10、增液膨脹機11、冷箱13，過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、電加熱器12設(shè)于冷箱13外，主換熱器5、精餾塔6、冷凝蒸發(fā)器9、過冷器7、透平膨脹機10、增液膨脹機11設(shè)于冷箱13內(nèi)，冷凝蒸發(fā)器9設(shè)于精餾塔6頂部；

過濾器1、透平空氣壓縮機2、空氣預(yù)冷機組3、交替使用的分子篩吸附器4、主換熱器5依次連接；

主換熱器5的原料空氣部分冷卻出口和增液膨脹機11連接，增液膨脹機11和主換熱器5連接，主換熱器5和透平空氣壓縮機2連接；滿負(fù)荷工況時，該連接管路斷開，半負(fù)荷工況時，該連接管路接通；

主換熱器5的原料空氣冷卻出口和精餾塔6底部的原料空氣進口連接，精餾塔6底部的液空出口和過冷器7連接，過冷器7和精餾塔6頂部連接，其中，過冷器7和精餾塔6頂部連接管路上設(shè)有節(jié)流閥8；精餾塔6頂部的帶壓氮氣出口分別和主換熱器5、冷凝蒸發(fā)器9連接，主換熱器5連接外部管道以提供氮氣產(chǎn)品，冷凝蒸發(fā)器9的液氮出口分別和精餾塔6、冷箱13外液氮產(chǎn)品存儲罐連接；精餾塔6頂部的污氮氣出口和過冷器7連接，過冷器7和主換熱器5連接，主換熱器5的污氮氣部分復(fù)熱出口和透平膨脹機10連接，透平膨脹機10再和過冷器7連接，過冷器7和主換熱器5連接，主換熱器5分別和電加熱器12、外部放空管道連接，電加熱器12和交替使用的分子篩吸附器4連接。

上述各部件的功能如下：

過濾器1，用于過濾原料空氣中的灰塵和機械雜質(zhì)；

透平空氣壓縮機2，用于將過濾后的原料空氣壓縮到設(shè)定壓力；

空氣預(yù)冷機組3，用于將過濾、壓縮后的原料空氣預(yù)冷；

交替使用的分子篩吸附器4，用于將過濾、壓縮、預(yù)冷后的原料空氣純化，水分、co2、c2h2等物質(zhì)被分子篩吸附而去除；

電加熱器12，用于加熱污氮氣以再生分子篩吸附器；

主換熱器5，用于將過濾、壓縮、預(yù)冷、純化后的原料空氣部分冷卻和冷卻；用于將帶壓氮氣復(fù)熱；用于將污氮氣部分復(fù)熱和復(fù)熱；用于將增液膨脹機11膨脹后的原料空氣復(fù)熱；

精餾塔6，用于將經(jīng)過濾、壓縮、預(yù)冷、純化、冷卻后的原料空氣精餾分離為液空和帶壓氮氣；

冷凝蒸發(fā)器9，用于液空和帶壓氮氣換熱，帶壓氮氣被液空液化為液氮，液空被帶壓氮氣蒸發(fā)為污氮氣；

過冷器7，用于液空過冷，污氮氣復(fù)熱；

透平膨脹機10，用于將污氮氣膨脹制取冷箱13必需冷量

增液膨脹機11，用于將部分冷卻的原料空氣膨脹制取冷箱13冷量，以提高液氮產(chǎn)量。

一種單塔制氮半負(fù)荷工況增產(chǎn)液氮制取方法，分為滿負(fù)荷工況和半負(fù)荷工況，

滿負(fù)荷工況制取包括如下步驟：

步驟一、將原料空氣經(jīng)過濾器1過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機2將空氣壓縮到約0.5-1.0mpaa；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組3預(yù)冷至5-8℃后進入交替使用的分子篩吸附器4中純化，將水分、co2、c2h2等物質(zhì)去除；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣(圖中未表示出)，其余部分進入主換熱器5冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔6底部精餾分離為液空和帶壓氮氣；

步驟三、液空經(jīng)過冷器7過冷、節(jié)流閥8節(jié)流后進入精餾塔6頂部，作為冷凝蒸發(fā)器9冷源；帶壓氮氣部分抽出經(jīng)主換熱器5復(fù)熱后出冷箱13作為氮氣產(chǎn)品，其余引入冷凝蒸發(fā)器9作為熱源；

步驟四、液空和帶壓氮氣換熱，帶壓氮氣被液空液化為液氮，部分液氮引出冷箱13作為液氮產(chǎn)品，其余引入精餾塔6作為回流液；液空被帶壓氮氣蒸發(fā)為污氮氣，經(jīng)過冷器7復(fù)熱及主換熱器5部分復(fù)熱后抽出進入透平膨脹機10膨脹制冷，膨脹后污氮氣再經(jīng)過過冷器7、主換熱器5復(fù)熱后，一部分由電加熱器12加熱后引入交替使用的分子篩吸附器4作為再生氣，其余部分放空；

半負(fù)荷工況制取包括如下步驟：

步驟一、將原料空氣經(jīng)過濾器1過濾掉灰塵和機械雜質(zhì)后，進入透平空氣壓縮機2將空氣壓縮到約0.5-1.0mpaa；之后經(jīng)空氣預(yù)冷機組3預(yù)冷至5-8℃后進入交替使用的分子篩吸附器4中純化，將水分、co2、c2h2等物質(zhì)去除；

步驟二、將純化后的原料空氣部分用于儀表空氣(圖中未表示出)，其余部分進入主換熱器5；進入主換熱器5的原料空氣一部分進行部分冷卻，再進入增液膨脹機11進行膨脹制冷，膨脹后由主換熱器5復(fù)熱后作為循環(huán)空氣進入到透平空氣壓縮機2；進入主換熱器5的原料空氣其余部分冷卻至飽和并帶有一定含濕后進入精餾塔6底部精餾分離為液空和帶壓氮氣；

步驟三、液空經(jīng)過冷器7過冷、節(jié)流閥8節(jié)流后進入精餾塔6頂部，作為冷凝蒸發(fā)器9冷源；帶壓氮氣部分抽出經(jīng)主換熱器5復(fù)熱后出冷箱13作為氮氣產(chǎn)品，其余引入冷凝蒸發(fā)器9作為熱源；

步驟四、液空和帶壓氮氣換熱，帶壓氮氣被液空液化為液氮，部分液氮引出冷箱13作為液氮產(chǎn)品，其余引入精餾塔6作為回流液；液空被帶壓氮氣蒸發(fā)為污氮氣，經(jīng)過冷器7復(fù)熱及主換熱5器部分復(fù)熱后抽出進入透平膨脹機10膨脹制冷，膨脹后污氮氣再經(jīng)過過冷器7、主換熱器5復(fù)熱后，一部分由電加熱器12加熱后引入交替使用的分子篩吸附器4作為再生氣，其余部分放空。