一种氮气分离液化系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种氮气分离液化系统，结构简单，产气较快，且运行成本较低，能够随时随地制备液氮。本发明专利技术提供的一种氮气分离液化系统，包括：膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；膜分离设备包括压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气输出装置，所述压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气装置依次连接；所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体制备领域，特别涉及一种氮气分离液化系统。技术背景为了提高产量，在石油、天然气、煤层气、页岩气等开采技术中液氮的使用越来越频繁，随着液氮用量的增加及油井的分散性，液氮的使用成本也开始大幅增加。现有技术中液氮的制备方法主要是先液化再分离的方法其代表性工艺就是深冷空分，这是一种传统的液氮制备方法，以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液态空气。液态空气主要是液氧和液氮的混合物，然后利用液氧和液氮的沸点不同（在1个大气压下，液氧的沸点为-183℃，液氮的沸点为-196℃），通过液态空气的精馏，使它们分离来获得液氮。深冷空分设备由于其需要对液体空气进行加热且对温度控制要求较高，所以其设备复杂、占地面积大，基建费用较高，不适应现场制备液氮，设备一次性投资较大，运行成本较高，安装要求高，且产气慢周期较长。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮气分离液化系统，结构简单，产气较快，且运行成本较低，不受工作地点及环境限制能够随时随地制备液氮。本专利技术实施例提供的一种氮气分离液化系统，包括：膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路；所述冷源循环回路包括至少两个压缩机、至少两个一级换热器、膨胀机及两个二级换热器，所述两个二级换热器串联连接，所述至少两个压缩机与所述至少两个一级换热器顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，所述压缩换热机组出口经过一个二级换热器连接至膨胀机入口，所述膨胀机出口经过所述两个二级换热器连接至压缩换热机组入口；所述加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器，所述一级换热器经过所述冷源循环回路的两个二级换热器连接至液氮存储罐。其中，所述压缩装置包括：压缩机及散热器。其中，所述过滤装置包括：依次连接的缓冲罐、低精度过滤器、碳床过滤器、高精度过滤器。其中，所述产气装置包括：依次连接的流量计、纯度调节阀及单向阀。其中，所述过滤装置进一步包括：加热器，所述加热器与所述高精度过滤器连接。其中，所述产气装置进一步包括：氧电池，连接所述单向阀，用于检定氮气纯度。其中，所述至少一个膨胀机为两个或两个以上时，所述膨胀机串联连接。其中，其特征在于，所述冷源循环回路中二级换热器与所述至少一个膨胀机之间设置有节流阀。其中，其特征在于，所述加压液化回路中二级换热器与所述液氮存储罐之间设置有节流阀。本专利技术实施例提供的一种氮气分离液化系统，利用中空纤维膜组分离氮气，无需对空气进行加热升温来分离，并采用膨胀循环制冷工艺来提供冷源液化氮气，结构简单，产气较快，且体积小运行成本较低，能够不受工作地点及环境限制随时随地制备液氮。附图说明图1所示为本专利技术实施例提供的氮气液化系统结构示意图。图2所示为本专利技术实施例提供的氮气膨胀液化设备具体连接结构示意图。图3所示为本专利技术一实施例提供的膜分离设备具体连接结构示意图。图4所示为本专利技术一实施例提供的膨胀液化设备具体连接结构示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例的实施方式进行清楚、完整地描述。图1所示为本专利技术实施例提供的氮气分离液化系统结构示意图。如图1所示，该系统包括：膜分离设备100及氮气膨胀液化设备200，膜分离设备100与氮气膨胀液化设备200通过气体管路连接。其中，膜分离设备100包括压缩装置101、过滤装置102、中空纤维膜组103及产气输出装置104，该压缩装置101、过滤装置102、中空纤维膜组103及产气输出装置104依次连接。图2所示为氮气膨胀液化设备的具体连接结构示意图。如图2所示，氮气膨胀液化设备200包括冷源循环回路及加压液化回路，该冷源循环回路包括至少两个压缩机（图中示出两个B1和B2）、至少两个一级换热器（图中示出两个W1和W2）、至少一个膨胀机（图中示出两个ET1和ET2）及两个二级换热器E1和E2，压缩机B1、B2与一级换热器W1、W2顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，即压缩机B1与一级换热器W1连接后连接至压缩机B2入口，压缩机B2出口与一级换热器W2入口连接，一级换热器W2出口经二级换热器E1连接至膨胀机ET1，膨胀机ET1与膨胀机ET2串联连接并经过二级换热器E2与E1连接至压缩机B1入口；加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器（图中示出一个压缩机B3及与B3连接的一级换热器W3），一级换热器W3经二级换热器E1与E2连接至液氮存储罐。空气经膜分离设备进行压缩、过滤、分离后输出纯净的氮气，该氮气分两部分进入氮气膨胀液化设备，一部分进入冷源循环回路，为膨胀循环提供冷量，一部分进入加压液化回路，与冷源氮气换热并液化，输出至液氮存储罐。本专利技术一实施例中，压缩装置包括压缩机及散热器，过滤装置包括依次连接的缓冲罐、低精度过滤器、碳床过滤器、高精度过滤器，产气输出装置包括依次连接的流量计、纯度调节阀及单向阀。本专利技术一实施例中，在压缩机之前连接有过滤器，在空气进入压缩装置进行压缩之前对空气进行初步过滤；在过滤装置与中空纤维膜组之间设置加热器，对经过滤的氮气加温至合适温度后进入中空纤维膜组，提高膜分离效率；在产气输出装置单向阀后连接氧气池，用于检测氮气纯度，经单向阀流过的氮气经氧气池检定氮气达到相应纯度后，进入氮气膨胀液化设备。图3所示为本专利技术一实施例提供的膜分离设备具体连接结构示意图。如图3所示，空气先经过滤器1粗滤，然后进入压缩机2，空气被压缩至一定压力后，进入后置散热器3冷却，进而进入过滤装置，经散热器3冷却后的压缩空气依次进过缓冲罐4、低精度过滤器5、碳床过滤器6和高精度过滤器7滤去空气中的水、油等杂质，并将过滤后纯净的空气经加热器8加热到适合的温度后进入中空纤维膜组103，利用空气成分在中空纤维膜中的渗透速率不同将氮气分离出来，空气中的富氧被分离、排放，分离得到的氮气再经过流量计10、纯度调节阀11、单向阀12，并经氧气池13检定氮气达到相应纯度后，进入氮气膨胀液化设备。经膜分离设备分离出的氮气分两部分进入氮气膨胀液化设备，一部分做冷源，为膨胀循环提供冷量；另一部分则加压，与冷源氮气换热、液化，未液化的氮气返流与原料氮气汇合，循环。图4所示为本专利技术一实施例提供的膨胀液化设备具体连接结构示意图。如图4所示，在二级换热器E1与膨胀机ET1之间及二级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮气分离液化系统，其特征在于，包括：膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；膜分离设备包括压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气输出装置，所述压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气装置依次连接；所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路；所述冷源循环回路包括至少两个压缩机、至少两个一级换热器、膨胀机及两个二级换热器，所述两个二级换热器串联连接，所述至少两个压缩机与所述至少两个一级换热器顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，所述压缩换热机组出口经过一个二级换热器连接至膨胀机入口，所述膨胀机出口经过所述两个二级换热器连接至压缩换热机组入口；所述加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器，所述一级换热器经过所述冷源循环回路的两个二级换热器连接至液氮存储罐。

【技术特征摘要】
1.一种氮气分离液化系统，其特征在于，包括：膜分离设备及氮气膨
胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；
膜分离设备包括压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气输出装置，
所述压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气装置依次连接；
所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路；
所述冷源循环回路包括至少两个压缩机、至少两个一级换热器、膨胀机
及两个二级换热器，所述两个二级换热器串联连接，所述至少两个压缩机与
所述至少两个一级换热器顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，所述压缩换
热机组出口经过一个二级换热器连接至膨胀机入口，所述膨胀机出口经过所
述两个二级换热器连接至压缩换热机组入口；
所述加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器，所述
一级换热器经过所述冷源循环回路的两个二级换热器连接至液氮存储罐。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩装置包括：压
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠家，赵宇坤，
申请(专利权)人：天津凯德实业有限公司，
类型：发明
国别省市：