專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體生產(chǎn)方法及裝置，尤其是涉及一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高 純氧的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)及芯片業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高純氧需求量急劇增大，通常光伏行業(yè)在 使用高純氮的同時(shí)也需要高純氧，而傳統(tǒng)空分流程中，生產(chǎn)高純氧的原料來(lái)源是工業(yè)級(jí)液 氧或者氧氣(99. 5%以上)，需設(shè)置一個(gè)脫除高沸點(diǎn)組分的塔器，或者從氬塔中部抽取不含 高沸點(diǎn)組分的富氧餾分，然后再送入高純氧精餾塔內(nèi)進(jìn)行精餾。對(duì)于僅生產(chǎn)高純氮的單塔、 雙塔的用戶，通常不帶氬塔，制備高純氧較為困難。采用化學(xué)法清楚氧氣中甲烷等組分，然 后設(shè)置氧精餾塔脫出，投資大，鈀觸媒等催化劑價(jià)格昂貴，工藝路線長(zhǎng)。浮法玻璃、化工行業(yè)需要大量的帶壓力的高純氮?dú)?，氮?dú)鈮毫σ?gt; 0. 15MPa，從 空分裝置中直接生產(chǎn)高提取率、帶壓力的高純氮是節(jié)能減排的需求，因此采用三塔制氮、制 氧流程同時(shí)生產(chǎn)帶壓力的高純氮、高純氧，不僅節(jié)省了設(shè)備投資、降低能耗，同時(shí)利用中壓 精餾塔富氧的富氧液(不含高沸點(diǎn)組分的富氧液)進(jìn)入氧精餾塔精餾進(jìn)行提取高純氧，實(shí) 現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，能耗大大降低，產(chǎn)品附加值提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種純度較高、實(shí)現(xiàn) 壓力氮?dú)夂透呒冄趸厥盏纳a(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法和裝置。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)純化后的空氣經(jīng)換熱器冷卻至液化后進(jìn)入高壓精餾塔，經(jīng)高壓精餾塔分離成 液氮和富氧液空；(2)液氮和富氧液空進(jìn)入中壓精餾塔，在中壓精餾塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻海?在中壓精餾塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口，該抽口連接富氧液管道，中壓精餾塔底部 排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧，中壓氮?dú)鈴闹袎壕s塔的塔頂中抽出；(3)富氧液經(jīng)富氧液管道進(jìn)入到氧精餾塔中精餾，該氧精餾塔的底部設(shè)置再沸器， 高純氧從氧精餾塔的塔釜或塔釜上部抽出。所述步驟(3)中的富氧液從中壓精餾塔塔釜上部4 15塊理論塔板抽出，富氧液 中的甲烷含量為0.01 2ppm。所述步驟(3)中的富氧液進(jìn)入氧精餾塔頂部以下至少一塊塔板精餾，該氧精餾塔 頂部補(bǔ)充液氮作為回流液。所述步驟(3)中氧精餾塔底部的再沸器采用進(jìn)入高壓精餾塔前的壓縮空氣或高 壓精餾塔分離出的部分液氮作為冷卻介質(zhì)。所述步驟(3)中的高純氧從氧精餾塔塔釜上部4 15塊理論塔板抽出。
一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，其特征在于，該裝置包括高壓精餾塔、 中壓精餾塔及氧精餾塔，所述的高壓精餾塔設(shè)在中壓精餾塔的下部，該高壓精餾塔的底部 與換熱器連接，所述的中壓精餾塔的塔釜設(shè)置冷凝蒸發(fā)器，該中壓精餾塔的上部經(jīng)富氧液 管道與氧精餾塔的上部連接，所述的氧精餾塔下部設(shè)置氧精餾塔再沸器。 所述的高壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板50 90塊，該高壓精餾塔的操作壓力0.6 1. IMPa。所述的中壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板45 80塊，該中壓精餾塔的操作壓力0. 15 0.5MPa。所述的氧精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板40 90塊，該氧精餾塔的操作壓力0. 03 0. 5MPa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)傳統(tǒng)高純氧主要是從工業(yè)氧(99.5%)中進(jìn)行提純，一般需要2 3只精餾 塔，分別去除工業(yè)氧中的高沸點(diǎn)組分(甲烷、氪、氙、氧化亞氮等)，而后去除氧中的氬組分， 本發(fā)明在制取帶壓力的高純氮的中壓精餾塔釜上方至少一個(gè)平衡級(jí)抽取基本不含甲烷的 富氧液作為原料，其中所含的甲烷、氪、氙等高沸點(diǎn)組分含量均為PPb級(jí)，同時(shí)氮?dú)獾奶崛?率沒(méi)有降低；(2)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)壓力氮?dú)夂透呒冄醯耐瑫r(shí)回收，壓力氮?dú)獾奶崛÷蔬_(dá)到 65-72%，氮?dú)鈮毫_(dá)到0. 15-0. 4MPa，高純氧的提取率占空氣中氧含量的達(dá)到10-20% ；(3)高純氧產(chǎn)品氣形式多樣，生產(chǎn)的氣體產(chǎn)品可以是氣體，也可生產(chǎn)液體產(chǎn)品進(jìn)入 液體儲(chǔ)槽貯存；(4)在中壓精餾塔底部排出部分低純液氧(約含70-95%氧，甲烷約100-500ppm， 及氪、氙、氧化亞氮等)使中壓精餾塔中碳?xì)浠衔锝档吞岣吡嗽O(shè)備的安全性。


圖1為實(shí)施例1中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例2中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例3中本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為純化后的壓縮空氣、2為進(jìn)入高壓精餾塔的液空、3為富氧液空、4為液氮、 5為中壓氮?dú)狻?為富氧液、7為中壓精餾塔釜抽出的低純氧、8為液氮、9為外部提供的液氮、 10為高純氧、IOa為高純氧、IOb為高純氧、11為污氮、12為富氧氣、13為膨脹后的富氧氣、 14為進(jìn)入氧精餾塔再沸器的熱源、15為氧精餾塔再沸器冷凝液、El為主換熱器上段、E2為 主換熱器下段、E3為過(guò)冷器、Kl為冷凝蒸發(fā)器、K2為氧精餾塔再沸器、Cl為高壓精餾塔、C2 為中壓精餾塔、C3為氧精餾塔、TP為透平膨脹機(jī)、Vl為節(jié)流閥、V2為節(jié)流閥、V3為過(guò)冷節(jié) 流閥、V4為節(jié)流閥。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮、高純氧的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，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(jìn)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1進(jìn)入分餾塔冷箱中在主換熱器上段E1、下段E2換熱降溫至飽和 狀態(tài)，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥Vl進(jìn)入高壓精餾塔Cl中，抽取出主換熱器下段E2的部分壓縮空氣為進(jìn) 入氧精餾塔再沸器的熱源14進(jìn)入氧精餾塔再沸器K2，壓縮空氣被液化成氧精餾塔再沸器 冷凝液15，該氧精餾塔再沸器冷凝液15為液空，進(jìn)入高壓精餾塔Cl中；空氣在高壓精餾塔 Cl中被分離成富氧液空3和液氮4，高壓精餾塔的操作壓力0. 6MPa以上。液氮4經(jīng)過(guò)冷器E3過(guò)冷在節(jié)流閥V3中降壓后進(jìn)入中壓精餾塔C2頂部，富氧液空 3)在節(jié)流閥V2中降壓后進(jìn)入中壓精餾塔C2下部，中壓精餾塔的操作壓力在0. 15MPa以上。從中壓精餾塔C2的塔釜抽出富氧氣12在換熱器E2中復(fù)熱進(jìn)入透平膨脹機(jī)TP中 膨脹至接近大氣壓制冷，補(bǔ)充裝置的冷量，膨脹后的富氧氣13經(jīng)主換熱器E1、E2復(fù)熱出冷 箱。液空、液氮在中壓精餾塔C2中分離成中壓氮?dú)?和富氧液6，在中壓精餾塔C2的 塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口抽取富氧液6，經(jīng)節(jié)流閥降壓后進(jìn)入氧精餾塔；中壓精 餾塔頂部生產(chǎn)出純度大于99. 99%的高純氮?dú)猓瑝毫?. 15-0. 4MPa,經(jīng)過(guò)冷器E3、主換熱 器El，E2復(fù)熱送用戶使用。從中壓精餾塔C2底部排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧7。富氧液6進(jìn)入到氧精餾塔C3中精餾，高純氧10、高純液氧10a、高純氣氧IOb從塔 釜抽出，塔頂?shù)玫轿鄣獨(dú)鈴?fù)熱出冷箱。高純液氮9由裝置外補(bǔ)充、高純液氮8向裝置外提供液氮，高純液氮9和高純液氮 8接口不是必須的；制取大量高純液氧時(shí)，透平膨脹機(jī)TP產(chǎn)生的冷量滿足不了裝置的冷量 平衡時(shí)，必須向裝置內(nèi)補(bǔ)充液氮來(lái)使裝置冷量平衡。制取高純氣氧時(shí)，透平膨脹機(jī)TP產(chǎn)生 的冷量富裕時(shí)，可以生產(chǎn)液氮來(lái)使裝置冷量平衡。實(shí)施例2一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮、高純氧的方法及裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，與實(shí)施例1 的區(qū)別是進(jìn)入氧精餾塔再沸器K2的熱源是高壓精餾塔Cl分離得到的氮?dú)猓獨(dú)獗灰夯?氧精餾塔再沸器冷凝液15，該冷凝液為液氮，液氮回流到高壓精餾塔Cl塔頂作為高壓精餾 塔回流液，氧精餾塔再沸器K2的位置應(yīng)比液氮的進(jìn)料口位置高來(lái)克服氮?dú)夤艿赖淖枇Α?shí)施例3一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮、高純氧的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，與實(shí)施例2的區(qū)別 是高壓精餾塔的液氮4在進(jìn)入節(jié)流閥V3前分成二股，一股經(jīng)節(jié)流閥V3中降壓后進(jìn)入中壓 精餾塔C2頂部作為中壓精餾塔C2的回流液，另一股經(jīng)節(jié)流閥V4中降壓后進(jìn)入氧精餾塔C3 頂部作為氧精餾塔C3回流液，在中壓精餾塔側(cè)富氧液抽口抽取富氧液6經(jīng)節(jié)流閥降壓后進(jìn) 入氧精餾塔C3液氮進(jìn)料口以下。這樣適當(dāng)降低壓力高純氮的提取率來(lái)提高高純氧的提取 率。實(shí)施例4一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，該裝置包括高壓精餾塔、中壓精餾塔 及氧精餾塔，高壓精餾塔設(shè)在中壓精餾塔的下部，該高壓精餾塔的底部與換熱器連接，中 壓精餾塔的塔釜設(shè)置冷凝蒸發(fā)器，該中壓精餾塔的上部經(jīng)富氧液管道與氧精餾塔的上部 連接，氧精餾塔下部設(shè)置氧精餾塔再沸器。其中，高壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板50塊，操作壓力 0. 6MPa,中壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板45塊，操作壓力0. 15MPa，氧精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板40塊，該氧
5精餾塔的操作壓力O. 03MPa。利用該裝置生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧，包括以下步驟(1)純化后的空氣經(jīng)換熱器冷卻至液化后進(jìn)入高壓精餾塔，經(jīng)高壓精餾塔分離成 液氮和富氧液空；(2)液氮和富 氧液空進(jìn)入中壓精餾塔，在中壓精餾塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻海?在中壓精餾塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口，該抽口連接富氧液管道，中壓精餾塔底部 排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧，中壓氮?dú)鈴闹袎壕s塔的塔頂中抽出；(3)富氧液從中壓精餾塔塔釜上部4塊理論塔板高度抽出，經(jīng)富氧液管道進(jìn)入到 氧精餾塔頂部以下一塊塔板精餾，該氧精餾塔頂部補(bǔ)充液氮作為回流液，富氧液中的甲烷 含量為0. Olppm，該氧精餾塔的底部設(shè)置再沸器，再沸器采用進(jìn)入高壓精餾塔前的壓縮空氣 或高壓精餾塔分離出的部分液氮作為冷卻介質(zhì)，高純氧從氧精餾塔的塔釜抽出。實(shí)施例5—種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，該裝置包括高壓精餾塔、中壓精餾塔 及氧精餾塔，高壓精餾塔設(shè)在中壓精餾塔的下部，該高壓精餾塔的底部與換熱器連接，中 壓精餾塔的塔釜設(shè)置冷凝蒸發(fā)器，該中壓精餾塔的上部經(jīng)富氧液管道與氧精餾塔的上部 連接，氧精餾塔下部設(shè)置氧精餾塔再沸器。其中，高壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板90塊，操作壓力 1. IMPa，中壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板80塊，操作壓力0. 5MPa，氧精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板90塊，操作壓 力 0. 5MPa。利用該裝置生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧，包括以下步驟(1)純化后的空氣經(jīng)換熱器冷卻至液化后進(jìn)入高壓精餾塔，經(jīng)高壓精餾塔分離成 液氮和富氧液空；(2)液氮和富氧液空進(jìn)入中壓精餾塔，在中壓精餾塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻海?在中壓精餾塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口，該抽口連接富氧液管道，中壓精餾塔底部 排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧，中壓氮?dú)鈴闹袎壕s塔的塔頂中抽出；(3)富氧液從中壓精餾塔塔釜上部15塊理論塔板抽出，經(jīng)富氧液管道進(jìn)入到氧精 餾塔頂部以下2塊塔板精餾，該氧精餾塔頂部補(bǔ)充液氮作為回流液精餾，富氧液中的甲烷 含量為2ppm該氧精餾塔的底部設(shè)置再沸器，再沸器采用進(jìn)入高壓精餾塔前的壓縮空氣或 高壓精餾塔分離出的部分液氮作為冷卻介質(zhì)，高純氧從氧精餾塔的塔釜上部4塊理論塔板 抽出。實(shí)施例6一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，該裝置包括高壓精餾塔、中壓精餾塔 及氧精餾塔，高壓精餾塔設(shè)在中壓精餾塔的下部，該高壓精餾塔的底部與換熱器連接，中 壓精餾塔的塔釜設(shè)置冷凝蒸發(fā)器，該中壓精餾塔的上部經(jīng)富氧液管道與氧精餾塔的上部 連接，氧精餾塔下部設(shè)置氧精餾塔再沸器。其中，高壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板60塊，操作壓力 1. OMPa,中壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板70塊，操作壓力0. 3MPa,氧精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板80塊，操作壓 力 0. 3MPa。利用該裝置生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧，包括以下步驟(1)純化后的空氣經(jīng)換熱器冷卻至液化后進(jìn)入高壓精餾塔，經(jīng)高壓精餾塔分離成 液氮和富氧液空；
(2)液氮和富氧液空進(jìn)入中壓精餾塔，在中壓精餾塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻海?在中壓精餾塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口，該抽口連接富氧液管道，中壓精餾塔底部 排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧，中壓氮?dú)鈴闹袎壕s塔的塔頂中抽出；(3)富氧液從中壓精餾塔塔釜上部15塊理論塔板抽出，經(jīng)富氧液管道進(jìn)入到氧精 餾塔頂部以下2塊塔板精餾，該氧精餾塔頂部補(bǔ)充液氮作為回流液精餾，富氧液中的甲烷 含量為2ppm該氧精餾塔的底部設(shè)置再沸器，再沸器采用進(jìn)入高壓精餾塔前的壓縮空氣或 高壓精餾塔分離出的部分液氮作為冷卻介質(zhì)，高純氧從氧精餾塔的塔釜上部15塊理論塔 板抽出。
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)純化后的空氣經(jīng)換熱器冷卻至液化后進(jìn)入高壓精餾塔，經(jīng)高壓精餾塔分離成液氮和富氧液空；(2)液氮和富氧液空進(jìn)入中壓精餾塔，在中壓精餾塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻?，在中壓精餾塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口，該抽口連接富氧液管道，中壓精餾塔底部排出部分富含甲烷等高沸點(diǎn)組份的低純氧，中壓氮?dú)鈴闹袎壕s塔的塔頂中抽出；(3)富氧液經(jīng)富氧液管道進(jìn)入到氧精餾塔中精餾，該氧精餾塔的底部設(shè)置再沸器，高純氧從氧精餾塔的塔釜或塔釜上部抽出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，所 述步驟(3)中的富氧液從中壓精餾塔塔釜上部4 15塊理論塔板抽出，富氧液中的甲烷含 量為0. 01 2ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，所 述步驟(3)中的富氧液進(jìn)入氧精餾塔頂部以下至少一塊塔板精餾，該氧精餾塔頂部補(bǔ)充液 氮作為回流液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，所 述步驟(3)中氧精餾塔底部的再沸器采用進(jìn)入高壓精餾塔前的壓縮空氣或高壓精餾塔分 離出的部分液氮作為冷卻介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法，其特征在于，所 述步驟(3)中的高純氧從氧精餾塔塔釜上部4 15塊理論塔板抽出。
6.一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，其特征在于，該裝置包括高壓精餾塔、中 壓精餾塔及氧精餾塔，所述的高壓精餾塔設(shè)在中壓精餾塔的下部，該高壓精餾塔的底部與 換熱器連接，所述的中壓精餾塔的塔釜設(shè)置冷凝蒸發(fā)器，該中壓精餾塔的上部經(jīng)富氧液管 道與氧精餾塔的上部連接，所述的氧精餾塔下部設(shè)置氧精餾塔再沸器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，其特征在于，所 述的高壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板50 90塊，該高壓精餾塔的操作壓力0. 6 1. IMPa0
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，其特征在于，所 述的中壓精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板45 80塊，該中壓精餾塔的操作壓力0. 15 0. 5MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的裝置，其特征在于，所 述的氧精餾塔內(nèi)設(shè)置塔板40 90塊，該氧精餾塔的操作壓力0. 03 0. 5MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)帶壓力的高純氮及高純氧的方法和裝置，該裝置包括高壓塔、中壓塔及氧塔，氧塔底部設(shè)置再沸器，空氣在高壓塔內(nèi)分離出的液氮和富氧液空進(jìn)入中壓塔，在中壓塔中分離成中壓氮?dú)夂透谎跻海瑥闹袎核撞颗懦霾糠指缓淄榈雀叻悬c(diǎn)組份的低純氧，在中壓塔側(cè)設(shè)置低甲烷含量的富氧液抽口；富氧液進(jìn)入氧塔中精餾，高純氧從塔釜或塔釜上部數(shù)塊塔板抽出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)壓力氮?dú)夂透呒冄醯耐瑫r(shí)制取，壓力氮?dú)獾奶崛÷蔬_(dá)65-72％，氮?dú)鈮毫_(dá)0.15-0.4MPa，高純氧的提取率占空氣中氧含量10-20％；在使用壓力氮的浮法玻璃等行業(yè)在得到低成本的保護(hù)氣體壓力氮的同時(shí)可生產(chǎn)高附加值的高純氧產(chǎn)品。
文檔編號(hào)F25J3/04GK101886870SQ20101020932
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者俞建, 周大榮 申請(qǐng)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