1.本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种水泥窑炉烟气循环用低能耗三塔氮氧制取装置。


背景技术：

2.目前，水泥行业一般利用空压机制取的压缩空气作为水泥窑炉收尘器的除尘风，一方面压缩功被浪费掉，另一方面利用压缩空气给收尘器除尘，压缩空气所含的水分、杂质等也会给收尘器带来不利的影响。
3.水泥行业是二氧化碳排放大户，其排放主要来自碳酸盐的分解、燃料的燃烧和电力消耗。在中国2020年9月确立的新的碳达峰与碳中和愿景下，为加快实现生产工艺碳减排、生产能耗碳减排、新技术碳减排及新能源技术的研发和推广，我公司在水泥窑炉富氧燃烧技术快速推广的基础上，积极探索研发水泥窑炉烟气循环工艺实现二氧化碳富集、捕集、利用技术，结合富氧燃烧技术，将二氧化碳和氧气混配成可供水泥窑炉燃烧用碳基富氧气体，争取为实现水泥行业绿色转型发展，为国家达到碳中和目标作出积极贡献。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种水泥窑炉烟气循环用低能耗三塔氮氧制取装置，以解决现有技术的不足。
5.本实用新型采用以下技术方案：
6.一种水泥窑炉烟气循环用低能耗三塔氮氧制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、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、精馏塔ii、主冷凝蒸发器ii、精馏塔iii、主冷凝蒸发器iii、过冷器、膨胀机和液氮泵；
7.过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器设于冷箱外，主换热器、精馏塔i、主冷凝蒸发器i、精馏塔ii、主冷凝蒸发器ii、精馏塔iii、主冷凝蒸发器iii、过冷器、膨胀机、液氮泵设于冷箱内，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，主冷凝蒸发器iii设于精馏塔iii底部；
8.过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、主换热器依次连接，主换热器和精馏塔i底部的原料空气进口连接；
9.精馏塔i底部的液空出口和过冷器连接，过冷器和主冷凝蒸发器i连接，过冷器和主冷凝蒸发器i的连接管路上设有节流阀，主冷凝蒸发器i的富氧空气出口和精馏塔ii底部连接，主冷凝蒸发器i的液空出口和主冷凝蒸发器ii连接；
10.精馏塔i顶部的压力氮气出口分别和主冷凝蒸发器i、主冷凝蒸发器iii、主换热器连接，主冷凝蒸发器i的液氮出口和精馏塔i顶部连接，主换热器和氮气产品供应管道连接；
11.精馏塔ii底部的富氧液空出口分别和主冷凝蒸发器ii、精馏塔iii顶部连接，精馏塔ii底部的富氧液空出口和主冷凝蒸发器ii、精馏塔iii顶部连接的连接管路上均设有节流阀；主冷凝蒸发器ii的污氮气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器的污氮气进口连接，
主换热器的污氮气出口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；
12.精馏塔ii顶部的低压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、液氮泵进口连接，液氮泵出口和精馏塔i顶部连接；
13.主冷凝蒸发器iii位于精馏塔iii底部，精馏塔iii的氧气出口和主换热器连接，主换热器和氧气产品供应管道连接，主冷凝蒸发器iii的液氮出口和精馏塔i顶部连接，精馏塔iii的液氧出口和液氧产品供应管道连接；
14.精馏塔iii顶部的带压污氮气和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器的部分复热出口和膨胀机连接，膨胀机再连至主换热器的污氮气进口。
15.进一步地，所述装置制取的氮气产品纯度为小于3ppmo2，压力为0.68-0.95mpag。
16.进一步地，所述装置制取的氧气产品纯度为90-99.6％，压力为0.1-0.3mpag。
17.本实用新型的有益效果：
18.1、本实用新型利用原有水泥窑炉配套的空压机系统提供原料压缩空气采用三塔精馏，同时制取带压的氮气产品(小于3ppmo2，0.68-0.95mpag)和带一定压力的氧气产品(90-99.6％，0.1-0.3mpag)，带一定压力的氧气产品用于和富含二氧化碳的水泥窑炉循环烟气混配，可作为水泥窑炉的送煤风、轴流风、旋流风等，带压的氮气产品返回给用户用于收尘器除尘。
19.2、本实用新型带压的氮气产品提取率高，用制取的带压的氮气产品给收尘器除尘，避免了现有利用压缩空气除尘时压缩空气带有水分、杂质等给收尘器带来的不利影响。
20.3、本实用新型从精馏塔ii底部引出部分富氧液空进入精馏塔iii精馏，因精馏塔ii底部富氧液空含氧量较高，可降低精馏塔iii分离功，可以减少精馏塔板数，提高精馏塔iii提取效率，增加氧气产量。
21.4、本实用新型采用带压污氮气返流膨胀，充分利用低压系统压力能，在满足装置冷损的情况下，可以产部分液氧。
22.5、本实用新型在满足精馏塔ii和主冷凝蒸发器ii最低换热温度的情况下，因进主冷凝蒸发器i中液空的含氧量较精馏塔ii富氧液空的含氧量低，可以降低进精馏塔i空气的压力，进而降低空压机的排气压力，降低装置的整体能耗。
附图说明
23.图1为本实用新型装置结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本实用新型，但并不用来限定本实用新型的实施范围。
25.一种水泥窑炉烟气循环用低能耗三塔氮氧制取装置，如图1所示，包括过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、主换热器6、精馏塔i9、主冷凝蒸发器i10、精馏塔ii12、主冷凝蒸发器ii13、精馏塔iii14、主冷凝蒸发器iii15、过冷器11、膨胀机8和液氮泵7；
26.过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热
器5设于冷箱外，主换热器6、精馏塔i9、主冷凝蒸发器i10、精馏塔ii12、主冷凝蒸发器ii13、精馏塔iii14、主冷凝蒸发器iii15、过冷器11、膨胀机8、液氮泵7设于冷箱内，主冷凝蒸发器i10设于精馏塔i9之上，主冷凝蒸发器ii13设于精馏塔ii12之上，主冷凝蒸发器iii15设于精馏塔iii14底部；
27.过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、主换热器6依次连接，主换热器6和精馏塔i9底部的原料空气进口连接；
28.精馏塔i9底部的液空出口和过冷器11连接，过冷器11和主冷凝蒸发器i10连接，过冷器11和主冷凝蒸发器i10的连接管路上设有节流阀，主冷凝蒸发器i10的富氧空气出口和精馏塔ii12底部连接，主冷凝蒸发器i10的液空出口和主冷凝蒸发器ii13连接；
29.精馏塔i9顶部的压力氮气出口分别和主冷凝蒸发器i10、主冷凝蒸发器iii15、主换热器6连接，主冷凝蒸发器i10的液氮出口和精馏塔i9顶部连接；主换热器6和氮气产品供应管道连接；
30.精馏塔ii12底部的富氧液空出口分别和主冷凝蒸发器ii13、精馏塔iii14顶部连接，精馏塔ii12底部的富氧液空出口和主冷凝蒸发器ii13、精馏塔iii14顶部连接的连接管路上均设有节流阀；主冷凝蒸发器ii13的污氮气出口和过冷器11连接，过冷器11和主换热器6的污氮气进口连接，主换热器6的污氮气出口分别和外部放空管道、电加热器5连接，电加热器5和交替使用的分子筛吸附器4连接；
31.精馏塔ii12顶部的低压氮气出口和主冷凝蒸发器ii13连接，主冷凝蒸发器ii13的液氮出口分别和精馏塔ii12顶部、液氮泵7进口连接，液氮泵7出口和精馏塔i9顶部连接；
32.主冷凝蒸发器iii15位于精馏塔iii14底部，精馏塔iii14的氧气出口和主换热器6连接，主换热器6和氧气产品供应管道连接，主冷凝蒸发器iii15的液氮出口和精馏塔i9顶部连接，精馏塔iii14的液氧出口和液氧产品供应管道连接；
33.精馏塔iii14顶部的带压污氮气和过冷器11连接，过冷器11和主换热器6连接，主换热器6的部分复热出口和膨胀机8连接，膨胀机8再连至主换热器6的污氮气进口。
34.上述各部件的功能如下：
35.过滤器1，用于过滤原料空气中的灰尘和机械杂质；
36.透平空气压缩机2，用于将过滤后的原料空气压缩到设定压力；
37.空气预冷机组3，用于将过滤、压缩后的原料空气预冷；
38.交替使用的分子筛吸附器4，用于将过滤、压缩、预冷后的原料空气纯化，去除水分、co2、c2h2等物质；
39.电加热器5，用于加热污氮气以再生交替使用的分子筛吸附器4；
40.主换热器6，用于将纯化后的原料空气冷却，用于将带压污氮气部分复热，用于将污氮气、压力氮气、氧气、带压污氮气经膨胀后的污氮气复热；
41.精馏塔i9，用于将原料空气精馏而分离为液空和压力氮气；
42.主冷凝蒸发器i10，用于液空和压力氮气换热，液空被汽化为富氧空气，压力氮气被液化为液氮；
43.精馏塔ii12，用于将液氮和富氧空气精馏而分离为低压氮气和富氧液空；
44.主冷凝蒸发器ii13，用于富氧液空和低压氮气换热，富氧液空被汽化为污氮气，低压氮气被液化为液氮；
45.精馏塔iii14，用于将富氧液空精馏而分离为液氧和带压污氮气；
46.主冷凝蒸发器iii15，用于液氧和压力氮气换热，液氧被汽化为氧气，压力氮气被液化为液氮；
47.过冷器11，用于将液空过冷，用于将污氮气、带压污氮气过热；
48.膨胀机8，用于将经主换热器6部分复热后的带压污氮气膨胀，制取冷量；
49.液氮泵7，用于将主冷凝蒸发器ii13的液氮增压。
50.利用上述装置制取氮氧时，包括如下步骤：
51.步骤一、将原料空气经过滤器1过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机2将空气压缩到设定压力0.75-1.0mpa；之后经空气预冷机组3预冷至5-8℃后进入交替使用的分子筛吸附器4中纯化，去除水分、co2、c2h2等物质；
52.步骤二、纯化后的原料空气部分用于仪表空气(图中未示意出)，其余部分进入主换热器6冷却至饱和温度并带有一定的含湿后进入精馏塔i9底部参与精馏；
53.步骤三、空气经精馏塔i9精馏后分离为液空和压力氮气(压力为0.68-0.95mpag)，液空经过冷器11过冷、节流阀节流后进入主冷凝蒸发器i10作为冷源和压力氮气换热，液空被汽化为富氧空气，富氧空气引入精馏塔ii12底部参与精馏，同时从主冷凝蒸发器i10引出部分液空进入主冷凝蒸发器ii13作为冷源；压力氮气部分引入主冷凝蒸发器i10作为热源和液空换热，压力氮气被液化为液氮，液氮引入精馏塔i9顶部作为回流液；部分压力氮气引入主冷凝蒸发器iii15作为热源，其余压力氮气经主换热器6复热后出冷箱作为氮气产品(纯度为小于3ppmo2，压力为0.68-0.95mpag)；
54.步骤四、液氮和富氧空气经精馏塔ii12精馏后从精馏塔ii12底部获得富氧液空，精馏塔ii12顶部获得低压氮气(压力为0.3-0.5mpag)；引出部分富氧液空经节流阀节流后进入主冷凝蒸发器ii13作为冷源和低压氮气换热，富氧液空被汽化为污氮气，污氮气经过冷器11、主换热器6复热后出冷箱，部分污氮气作为交替使用的分子筛吸附器4再生气，其余放空，其余富氧液空经节流阀节流后引入精馏塔iii14顶部参与精馏；低压氮气引入主冷凝蒸发器ii13作为热源和富氧液空换热，低压氮气被液化为液氮，部分液氮引入精馏塔ii12顶部参与精馏，其余液氮经液氮泵7增压后引入精馏塔i9顶部作为回流液；
55.步骤五、富氧液空经精馏塔iii14精馏后分离为液氧和带压污氮气，液氧作为主冷凝蒸发器iii15的冷源，和从精馏塔i9引入的压力氮气换热，液氧被汽化为氧气，引出部分氧气经主换热器6复热后出冷箱作为氧气产品(纯度为90-99.6％，压力为0.1-0.3mpag)，其余氧气作为精馏塔iii14的上升气体；压力氮气被液化为液氮，液氮被引入精馏塔i9顶部作为回流液，同时可从精馏塔iii14的底部引出部分液氧作为液氧产品；带压污氮气经过冷器11复热、主换热器6部分复热后进入膨胀机8膨胀，之后经主换热器6复热后出冷箱，部分作为交替使用的分子筛吸附器4再生气，其余放空。