一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺，所述工艺所需装置包括过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、精馏塔I、主冷凝蒸发器I、过冷器I、精馏塔II、主冷凝蒸发器II、液氮泵、过冷器II、膨胀机。本发明专利技术制备的氮气纯度高(≤3ppmO2)，压力为0.5

A low energy consumption double tower double supercooling positive flow expansion nitrogen production process

【技术实现步骤摘要】
一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺


[0001]本专利技术涉及空分
，具体涉及一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展以及汽车保有量的不断攀升，环境污染问题日益凸显，人们对新型清洁能源的需求也越来越迫切。实现此目标的关键任务是以清洁能源发电和储能，逐步替代传统化石能源；以动力电池助力电动车发展，替代移动式化石能源。为达成目标，我国政府出台多项惠利政策，大力支持新能源行业的发展，上下游行业配套不断完善。中国动力锂电池企业在全球市场中的竞争力不断增强，市场份额快速增长。新能源汽车及锂离子电池需要品质稳定的高端电池级磷酸铁、磷酸铁锂、三元材料等，高端电池级磷酸铁、磷酸铁锂、三元材料等在加工生产过程中需要大量高纯度氮气作为保护气。随着产品升级，规模的大幅增加，低能耗高纯度氮气制取设备及工艺将会极大地节约耗能，降低生产成本，进一步提升企业产品的行业竞争优势。为此本专利技术提出了一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺，以解决现有技术的不足。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺，所述工艺所需装置包括过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、精馏塔I、主冷凝蒸发器I、过冷器I、精馏塔II、主冷凝蒸发器II、液氮泵、过冷器II、膨胀机；
[0006]过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、膨胀机增压端、膨胀机增压后水冷却器设于冷箱外，主换热器、精馏塔I、主冷凝蒸发器I、过冷器I、精馏塔II、主冷凝蒸发器II、液氮泵、过冷器II、膨胀机设于冷箱内，主冷凝蒸发器I设于精馏塔I之上，主冷凝蒸发器II设于精馏塔II 之上；
[0007]过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器依次连接，交替使用的分子筛吸附器分别和主换热器、膨胀机增压端连接，主换热器的完全冷却出口和精馏塔I底部的空气进口连接；膨胀机增压端和膨胀机增压后水冷却器连接，膨胀机增压后水冷却器和主换热器连接，主换热器的部分冷却出口和膨胀机连接，膨胀机和精馏塔II连接；
[0008]精馏塔I底部的液空出口和过冷器I连接，过冷器I和主冷凝蒸发器I连接，过冷器I和主冷凝蒸发器I的连接管路上设有节流阀，主冷凝蒸发器I富氧空气出口和精馏塔II连接；主冷凝蒸发器I液空出口和主冷凝蒸发器II连接，主冷凝蒸发器I液空出口和主冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀；
[0009]精馏塔I下部的污液氮出口和过冷器I连接，过冷器I和精馏塔II连接，过冷器I和精馏塔II的连接管路上设有节流阀；
[0010]精馏塔I顶部的压力氮气出口分别和主换热器、主冷凝蒸发器I连接，主换热器连至外部高纯度压力氮气供用户管网；主冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔 I顶部连接；
[0011]精馏塔II底部的富氧液空出口和过冷器II连接，过冷器II和主冷凝蒸发器 II连接，过冷器II和主冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀；主冷凝蒸发器 II的污氮气出口和过冷器II连接，过冷器II和过冷器I连接，过冷器I和主换热器连接，主换热器分别和外部放空管道、电加热器连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接；
[0012]精馏塔II顶部的氮气出口和主冷凝蒸发器II连接，主冷凝蒸发器II的液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵分别和外部液氮产品储罐、过冷器II连接，过冷器II和精馏塔I顶部连接；
[0013]所述工艺包括如下步骤：
[0014]步骤一、将原料空气经过滤器过滤掉灰尘和机械杂质后，进入空气压缩机将空气压缩到设定压力；之后经空气预冷系统预冷后进入交替使用的分子筛吸附器中纯化；
[0015]步骤二、纯化后的空气一小部分用于仪表空气，其余部分分成两股，一股空气进入主换热器冷却至饱和温度并带有一定的含湿后进入精馏塔I底部参与精馏；另一股空气经膨胀机增压端增压并经膨胀机增压后水冷却器冷却后引入主换热器部分冷却，后引入膨胀机膨胀制取装置所需冷量，膨胀后空气引入精馏塔II 中参与精馏；
[0016]步骤三、空气经精馏塔I精馏后分离为液空、污液氮和压力氮气，液空经过冷器I过冷、节流阀节流后进入主冷凝蒸发器I和压力氮气换热，液空被汽化为富氧空气，富氧空气引入精馏塔II底部参与精馏，引出部分液空经节流阀节流后引入主冷凝蒸发器II；污液氮经过冷器I过冷、节流阀节流后进入精馏塔II 参与精馏；部分压力氮气引入主冷凝蒸发器I和液空换热，压力氮气被冷凝为液氮，液氮引入精馏塔I顶部作为回流液；其余压力氮气经主换热器复热后出冷箱作为高纯度压力氮气产品；
[0017]步骤四、富氧空气、污液氮、膨胀后空气经精馏塔II精馏后分离为富氧液空和氮气，富氧液空经过冷器II过冷、节流阀节流后进入主冷凝蒸发器II和氮气换热，富氧液空被汽化为污氮气，污氮气依次经过冷器II、过冷器I和主换热器复热后出冷箱，部分作为再生气由电加热器加热后引入交替使用的分子筛吸附器，其余放空；氮气引入主冷凝蒸发器II和富氧液空换热，氮气被冷凝为液氮，部分液氮引入精馏塔II顶部作为回流液，其余液氮经液氮泵增压后部分出冷箱作为液氮产品，其余经过冷器II复热后引入精馏塔I顶部作为回流液。
[0018]进一步地，空气压缩机为透平空气压缩机。
[0019]进一步地，膨胀机为增压透平膨胀机。
[0020]进一步地，步骤一空气经空气压缩机压缩到0.6
‑
1.0MPaG。
[0021]进一步地，步骤一空气经空气预冷系统预冷至5
‑
15℃。
[0022]进一步地，步骤三高纯度压力氮气产品纯度为≤3ppmO2，压力为 0.5
‑
1.0MpaG。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、本专利技术采用双塔精馏，增加精馏塔II用于分离来自精馏塔I分离出的富氧空气、污液氮及膨胀后空气中的氮，分离出的氮气经主冷凝蒸发器II冷凝为液氮，部分液氮作为精馏塔II的回流液，部分液氮经液氮泵增压、过冷器II复热后引入精馏塔I作为回流液，从而分离出更多的氮产品。本专利技术制备的氮气纯度高(≤3ppmO2)，压力为0.5
‑
1.0MpaG。
[0025]2、本专利技术设置了双过冷器，增加过冷器II，用于过冷精馏塔II底部的富氧液空，以回收返流污氮气及增压后过冷液氮的部分冷量转移至精馏塔II，减少富氧液空节流后汽化率，增大精馏塔II回流液氮量，提高精馏塔II氮组分的提取率，降低装置能耗。
[0026]3、本专利技术采用双主冷凝蒸发器，设置主冷凝蒸发器II，因主冷凝蒸发器I 中液空中含氧量较精馏塔II富氧液空含氧量低，在精馏塔II精馏压力不变及满足主冷凝蒸发器I换热的情况下，可以降低精馏塔I的压力，从而降低进入精馏塔I的空气压力，进而降低装置能耗。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低能耗双塔双过冷正流膨胀制氮工艺，其特征在于，所述工艺所需装置包括过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、主换热器、精馏塔I、主冷凝蒸发器I、过冷器I、精馏塔II、主冷凝蒸发器II、液氮泵、过冷器II、膨胀机；过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、膨胀机增压端、膨胀机增压后水冷却器设于冷箱外，主换热器、精馏塔I、主冷凝蒸发器I、过冷器I、精馏塔II、主冷凝蒸发器II、液氮泵、过冷器II、膨胀机设于冷箱内，主冷凝蒸发器I设于精馏塔I之上，主冷凝蒸发器II设于精馏塔II之上；过滤器、空气压缩机、空气预冷系统、交替使用的分子筛吸附器依次连接，交替使用的分子筛吸附器分别和主换热器、膨胀机增压端连接，主换热器的完全冷却出口和精馏塔I底部的空气进口连接；膨胀机增压端和膨胀机增压后水冷却器连接，膨胀机增压后水冷却器和主换热器连接，主换热器的部分冷却出口和膨胀机连接，膨胀机和精馏塔II连接；精馏塔I底部的液空出口和过冷器I连接，过冷器I和主冷凝蒸发器I连接，过冷器I和主冷凝蒸发器I的连接管路上设有节流阀，主冷凝蒸发器I富氧空气出口和精馏塔II连接；主冷凝蒸发器I液空出口和主冷凝蒸发器II连接，主冷凝蒸发器I液空出口和主冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀；精馏塔I下部的污液氮出口和过冷器I连接，过冷器I和精馏塔II连接，过冷器I和精馏塔II的连接管路上设有节流阀；精馏塔I顶部的压力氮气出口分别和主换热器、主冷凝蒸发器I连接，主换热器连至外部高纯度压力氮气供用户管网；主冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔I顶部连接；精馏塔II底部的富氧液空出口和过冷器II连接，过冷器II和主冷凝蒸发器II连接，过冷器II和主冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀；主冷凝蒸发器II的污氮气出口和过冷器II连接，过冷器II和过冷器I连接，过冷器I和主换热器连接，主换热器分别和外部放空管道、电加热器连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接；精馏塔II顶部的氮气出口和主冷凝蒸发器II连接，主冷凝蒸发器II的液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵分别和外部液氮产品储罐、过冷器II连接，过冷器II和精馏塔I顶部连接；所述工艺包括如下步骤：步骤一、将原料空气经过滤器过滤掉灰尘和机械杂质后，进入空气压缩机将空气压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正军，何森林，韦霆，
申请(专利权)人：杭州特盈能源技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：