本發(fā)明涉及氣體制備領(lǐng)域，進一步地涉及一種空氣分離制氮系統(tǒng)及空氣分離方法。
背景技術(shù)：
1、空氣分離制氮系統(tǒng)是指以空氣為原料，利用物理方法將空氣中的氧和氮分離而獲得氮氣的設(shè)備。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的不斷進步，空氣分離制氮系統(tǒng)在玻璃、鋼鐵、有色冶煉及光伏等行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，系統(tǒng)規(guī)模也逐漸擴大。
2、在節(jié)能減排的推動下，用戶對副產(chǎn)品氧氣的需求不斷增加，對空氣分離制氮系統(tǒng)的要求也將持續(xù)增長。
3、空氣分離制氮系統(tǒng)最初是單塔制氮工藝，隨后發(fā)展為具有較高氮提取率的雙塔帶泵制氮工藝，到后來被雙塔雙冷凝制氮工藝所取代，再到現(xiàn)在，制氮系統(tǒng)中增設(shè)氧塔形成三塔工藝以生產(chǎn)富氧或氧氣。
4、目前空氣分離制氮系統(tǒng)所采用的三塔工藝中，進入一定單位的空氣，氧產(chǎn)品或氮產(chǎn)品的產(chǎn)出量較低，如何進一步提高氧產(chǎn)品或氮產(chǎn)品的產(chǎn)出率是本領(lǐng)域所亟須解決的問題。另一方面，目前空氣分離制氮系統(tǒng)所采用的三塔工藝中冷損和能耗較大，是限制空氣分離制氮系統(tǒng)進一步發(fā)展的主要因素。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種空氣分離制氮系統(tǒng)及空氣分離方法，所述空氣分離制氮系統(tǒng)能夠同時制備氮氣、液氮、氧氣以及液氧，能夠滿足多種使用需求，并能夠提高氧產(chǎn)品或氮產(chǎn)品的產(chǎn)出量。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的在于提供一種空氣分離制氮系統(tǒng)，包括：
3、精餾下塔，所述精餾下塔的底部具有一進口，外界空氣能夠通過所述進口進入所述精餾下塔內(nèi)，所述精餾下塔還具有由下至上有序設(shè)置的一第一出口、一第二出口以及一第三出口；
4、氮塔，所述氮塔的底部空間內(nèi)設(shè)有一第一冷凝蒸發(fā)器；所述第一出口排出的液空能夠自所述氮塔的底部導(dǎo)入所述氮塔；所述第三出口排出的氮氣進入所述第一冷凝蒸發(fā)器排出后第一部分自所述精餾下塔的頂部回流至所述精餾下塔，第二部分自所述氮塔的頂部導(dǎo)入所述氮塔和/或經(jīng)過液氮排出口排出；所述氮塔的頂部具有氮氣排出口；
5、氧塔，所述氧塔的底部空間內(nèi)設(shè)有一第二冷凝蒸發(fā)器；所述第二出口排出的空氣經(jīng)過所述第二冷凝蒸發(fā)器處理后自所述氮塔的中部導(dǎo)入所述氮塔；所述氮塔底部的液空能夠自所述氧塔的頂部導(dǎo)入所述氧塔，所述氧塔的中部具有氧氣排出口，所述氧塔的底部具有液氧排出口。
6、在一些實施例中，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括第一換熱器和第二換熱器；
7、所述氮塔頂部所排出的氮氣能夠作為冷源依次通過所述第一換熱器和所述第二換熱器；
8、所述氧塔所排出的氧氣作為冷源通過所述第一換熱器；
9、所述外界空氣通過所述第一換熱器降溫后進入所述精餾下塔；
10、經(jīng)過所述第一冷凝蒸發(fā)器后的所述第二部分液氮作為熱源通過所述第二換熱器后自所述氮塔的頂部導(dǎo)入所述氮塔和/或經(jīng)過液氮排出口排出；
11、經(jīng)過所述第二冷凝蒸發(fā)器后的液空作為熱源流經(jīng)所述第二換熱器后進入所述氮塔；
12、經(jīng)過所述氧塔底部的所述液氧排出口排出的液氧作為熱源經(jīng)過所述第二換熱器后排出。
13、在一些實施例中，所述氮塔設(shè)置于所述精餾下塔的上方，所述氧塔設(shè)置于所述氮塔的一側(cè)，并且所述氧塔的頂部與所述氮塔的中間位置對應(yīng)，以使得所述氧塔和所述氮塔所排出的廢氣的壓差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，所述氮塔和所述氧塔所排出的廢氣匯聚后引導(dǎo)經(jīng)過所述第一換熱器。
14、在一些實施例中，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括膨脹機和冷卻器；
15、所述氮塔和所述氧塔所排出的廢氣經(jīng)過所述第一換熱器升溫后進入所述膨脹機的增壓端壓縮，而后流經(jīng)所述冷卻器冷卻，再經(jīng)過所述第一換熱器冷卻后進入所述膨脹機膨脹，膨脹后的氣體再經(jīng)過所述第一換熱器復(fù)熱后放空或作為再生氣。
16、在一些實施例中，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括一純化模塊，所述純化模塊包括一再生加熱器和一第一吸附器；
17、經(jīng)過所述第一換熱器復(fù)熱后的再生氣經(jīng)過所述再生加熱器加熱后能夠進入所述第一吸附器吸附。
18、在一些實施例中，所述純化模塊還包括一第二吸附器，外界空氣經(jīng)過所述第二吸附器純化后進入所述精餾下塔。
19、在一些實施例中，所述第一吸附器和所述第二吸附器并列設(shè)置，所述再生加熱器還與所述第二吸附器連通；輸送外界空氣至所述精餾下塔的管道還與所述第一吸附器連通；所述第一吸附器和所述第二吸附器中的一個處理再生氣時另一個處理外界空氣。
20、在一些實施例中，所述第一吸附器包括一第一進氣管道和一第一出氣管道，所述第二吸附器包括一第二進氣管道和一第二出氣管道；
21、所述純化模塊還包括與所述第一出氣管道和所述第二出氣管道連通的均壓管道，所述均壓管道上設(shè)有閥門；
22、所述純化模塊還包括與所述第一出氣管道和所述第二出氣管道連通的第一放空管、與所述第一放空管連通的第二放空管。
23、在一些實施例中，所述空氣分離制氮系統(tǒng)還包括過濾器、空氣壓縮機及預(yù)冷機，外界空氣依次經(jīng)過所述過濾器、所述空氣壓縮機、所述預(yù)冷機以及所述純化模塊處理后進入所述精餾下塔。
24、根據(jù)本申請的另一方面，進一步提供一種使用上述任一項所述的空氣分離制氮系統(tǒng)的空氣分離方法，包括：
25、引導(dǎo)外界空氣通過所述精餾下塔的所述進口進入所述精餾下塔；
26、將所述精餾下塔底部的液空經(jīng)過所述第一出口排出后自所述氮塔的底部導(dǎo)入所述氮塔；
27、將所述精餾下塔頂部的氮氣經(jīng)過所述第三出口引導(dǎo)進入所述氮塔底部的所述第一冷凝蒸發(fā)器，經(jīng)所述第一冷凝蒸發(fā)器排出后第一部分自所述精餾下塔的頂部回流至所述精餾下塔，第二部分自所述氮塔的頂部導(dǎo)入所述氮塔和/或經(jīng)過液氮排出口排出；將所述氮塔頂部的氮氣通過頂部的氮氣排出口排出；
28、將所述精餾下塔底部上方預(yù)設(shè)空間內(nèi)的空氣經(jīng)過所述第二出口引導(dǎo)至所述氧塔底部的所述第二冷凝蒸發(fā)器，處理后自所述氮塔的中部導(dǎo)入所述氮塔；引導(dǎo)所述氮塔底部的液空能夠自所述氧塔的頂部導(dǎo)入所述氧塔，通過所述氧塔的中部的氧氣排出口排出氧氣，通過所述氧塔底部的液氧排出口排出液氧；
29、將壓力差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的所述氮塔所排出的廢氣和所述氧塔所排出廢氣匯聚后引導(dǎo)經(jīng)過所述第一換熱器。
30、有益效果：
31、1.本申請所提供的空氣分離制氮系統(tǒng)，能夠同時制備氮氣、液氮、氧氣以及液氧，能夠滿足多種使用需求；
32、2.本申請所提供的空氣分離制氮系統(tǒng)，氮塔所排出的廢氣和氧塔所排出的廢氣具有預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的壓力差，能夠在匯聚后被作為熱源引導(dǎo)流經(jīng)第一換熱器，能夠增加系統(tǒng)所產(chǎn)生的冷量，滿足產(chǎn)出更多液體產(chǎn)品的需求；
33、3.本申請所提供的空氣分離制氮系統(tǒng)，外界空氣進入精餾下塔后底部的液空被引導(dǎo)至氮塔，底部上方預(yù)設(shè)空間的空氣被引導(dǎo)至氧塔，外界空氣在精餾下塔內(nèi)部完成分流，從而能夠增加進入所述蒸餾下塔的空氣量，增加氮產(chǎn)品和氧產(chǎn)品的產(chǎn)出量，提高空氣的利用效率。
1.一種空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括第一換熱器和第二換熱器；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述氮塔設(shè)置于所述精餾下塔的上方，所述氧塔設(shè)置于所述氮塔的一側(cè)，并且所述氧塔的頂部與所述氮塔的中間位置對應(yīng)，以使得所述氧塔和所述氮塔所排出的廢氣的壓差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，所述氮塔和所述氧塔所排出的廢氣匯聚后引導(dǎo)經(jīng)過所述第一換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括膨脹機和冷卻器；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣分離制氮系統(tǒng)進一步包括一純化模塊，所述純化模塊包括一再生加熱器和一第一吸附器；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述純化模塊還包括一第二吸附器，外界空氣經(jīng)過所述第二吸附器純化后進入所述精餾下塔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述第一吸附器和所述第二吸附器并列設(shè)置，所述再生加熱器還與所述第二吸附器連通；輸送外界空氣至所述精餾下塔的管道還與所述第一吸附器連通；所述第一吸附器和所述第二吸附器中的一個處理再生氣時另一個處理外界空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述第一吸附器包括一第一進氣管道和一第一出氣管道，所述第二吸附器包括一第二進氣管道和一第二出氣管道；
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣分離制氮系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣分離制氮系統(tǒng)還包括過濾器、空氣壓縮機及預(yù)冷機，外界空氣依次經(jīng)過所述過濾器、所述空氣壓縮機、所述預(yù)冷機以及所述純化模塊處理后進入所述精餾下塔。
10.一種使用權(quán)利要求1-9中任一項所述的空氣分離制氮系統(tǒng)的空氣分離方法，包括：