新型高纯氮设备的技术研发和应用.pdf

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1、开封黄河空分集团有限公司(河南475004)彭辉张西成王好民叶楠【摘要】简单介绍了制氮设备的传统工艺流程形式以及最新开发的节能流程，主要系统配套设备新技术的应用。【关键词】高纯氮制氮流程流程组织一、前言1978年，我国第一台低温精馏法制氮空分设备在开封诞生，经过30多年的发展，高纯氮制取技术已经比较成熟。随着社会经济的发展，近年来高纯氮设备的应用领域不断扩展，而且对节能降耗提出更高的要求。如何提高产品的提取率，降低装置的运行能耗，成为空分厂家孜孜不倦的追求。根据用户不同的产品需求和不同的地理环境条件，采取不同的工艺流程组织形式，进行针对性的设计制造，努力挖掘了设备运行的节能潜

2、力。下面介绍低温精馏法制氮设备的特点及在传统低温精馏法制取高纯氮工艺的基础上自主研发的最新一代制氮工艺流程。二、传统制氮工艺流程形式传统的低温精馏法制氮的流程形式，可分为单级精馏废气膨胀流程和单级精馏空气膨胀流程两种。1．废气返流膨胀循环制氮流程这种单塔的废气膨胀循环是美国联合碳化物工业气体公司50年以前开发的，广泛用于生产能力低于6000Nm3／h氮气生产，流程如图l所示。42；G。。M．。B喇i。11．。i。ilmll2叭4年第4期图1单级精馏废气返流膨胀循环制氮流程注：图中AF为空气过滤器，AC为空气压缩机，SL为消声器，EH为加热器，E1为主换热器，E2为过冷器，cl

3、为精馏塔，ET为透平膨胀机。原料空气经空气过滤器除去空气中的灰尘和杂质，然后被压缩机压缩至所需要的压力后，再经预冷系统降低空气温度后，分离掉游离水后进入纯化系统，去除H：O、CO：、C2H：及其他碳氢化合物。净化后的空气进入分馏塔，经主换热器与返流之废气及氮气进行换热而冷却到饱和温度，进入精馏塔下部参加精馏。在分馏塔顶部得到高纯氮气，底部得到富氧液空。塔底的富氧经过冷后节流进入冷凝蒸发器与氮气相变换热，氮气被冷凝成液氮，大部分返回精馏塔作为塔的回流液参与精馏，小部分作为液氮产品送出。液空被蒸发作为废气，废气由冷凝蒸发器顶部引出经过冷器、主换热器复热后去透平膨胀机膨胀，给装置补

4、增冷量，膨胀废气经主换热器复热至常温后出分馏塔，部分作为纯化系统再生耱胁规加用“通一．洲工“纪虿魏础石丽熙SL气，其余放散。产品氮气从精馏塔顶引出，经主换热复热至常温送出。废气返流膨胀循环氮气压力在0．45～0．9MPa，产品氮气出冷箱后直接送给用户使用。氮气产品提取率一般为45％～58％；当氮产品压力低于0．45MPa时，由于空气供给的压力不可能使装置产生多余的冷量，因而没有液氮产品。当氮产品压力升高时，空气供给的压力足以使装置产生多余的冷量，因而可使5％～10％的产品氮气液化。2．空气正流膨胀循环制氮流程当用户要求氮气产品压力低于0．35MPa时，一般选用空气正流膨胀流程

5、。该流程所需要的冷量由正流空气到膨胀获得，并将膨胀空气送入精馏塔底部参加精馏。流程如图2所示。EH纯化系统冀ACAF鹜n笆F吖H!=E1C1图2单级精馏空气膨胀循环制氮流程空气正流膨胀循环氮的提取率为58％～64％，提取率比废气膨胀循环高，因为其精馏塔压力明显低，这使得与原料空气相平衡的富氧液空由于相对挥发度的提高而具有较高的含氧量。氮产品的压力为0．175～0．35MPa。提高空气压缩机的排气压力可以提高透平膨胀机的压比，从而提供更多的冷量。多余的冷量可以使3％～6％的氮气产品液化。三、黄河空分开发的新工艺循环市场的需求和技术的进步促使制氮空分迅速发展，黄河空分集团不断研发

6、的低温工艺循环以参与激烈的市场竞争。1．三塔精馏废气膨胀循环带部分氧产品的制氮流程当用户要求氮气产品压力低于0．35MPa，并有部分氧产品需求时，采用三塔精馏废气膨胀循环，这种以抽取冷凝蒸发器液空作纯氧塔原料进而制取氧产品的流程，使得冷凝蒸发器液空氧含量降低，传热温差减小，同比空气正流膨胀流程空压机组排气压力低，能耗低。流程如图3所示。图3三塔精馏废气膨胀循环带部分样产品的制氮流程三塔精馏废气膨胀循环氮的提取率为58％～64％，氮产品的压力为0．2～O．35MPa。生产部分氧产品，纯度t>99．6％0：，也可以生产低纯度氧产品。2．双塔精馏的超低压制氮流程这种流程是双塔制氮工

7、艺的改进，目的是使氮产品提取率最大化，空气压缩机组排气压力降低，最大限度地节能降耗。流程如图4所示。这种装置将氧组分作为废气排出，降低了冷凝蒸发器的蒸发温度，降低空压机组排气压力，使装置在超低压下运行，有效的改善能耗指标。双塔循环氮气压力在10～40kPa，氮气产品提取率一般为90％～95％；可提取1％～2％的液氮产品。配置氮气压缩机组以获得不同压力等级的氮气，这种流程适用于大干5000Nm3／h氮气产量的制氮装置。黄河空分用这种工艺循环生产25000Nm3／h、35000Nm3／h、65000Nm3／