一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统和方法；所述的系统包括节能换热器、加热器、催化床、冷却器和氮气干燥器；其中，所述的节能换热器的上游设置有初生氮气输入管路；其下游通过管路依次与加热器、催化床、节能换热器自身、冷却器和氮气干燥器相连，并于氮气干燥器的输出口输出高纯氮气；所述加热器与催化床的之间的管路上还设置有天然气输入通道；用以输入与初生氮气中的含氧当量相同当量比例的公共能源燃气。该系统除公共能源燃气外，没有引入其它的诸如氢气、氨等危险品，安全性高；并且环保、运行成本低、使用方便；具有很好的工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统和方法
本专利技术涉及为制氮机初生氮气脱氧
，具体涉及使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的方法。
技术介绍
目前国际上普遍使用的制氮技术主要有深冷空分制氮、分子筛变压吸附空分制氮、膜空分制氮等三大技术，其中深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得很不经济，而分子筛变压吸附空分制氮及膜空分制氮有着较为广阔的市场，尤其是分子筛变压吸附空分制氮技术使用更为广泛。但是，分子筛变压吸附空分制氮及膜空分制氮技术都有一个共同的特点，就是初生氮气的纯度不高，其含氧量一般在500ppm～10000ppm，较高的氮气纯度就要消耗较多的压缩动气，能源消耗也会较大。若需要更高纯度的氮气还需要进一步的化学除氧。目前普遍使用的化学除氧主要有加氢除氧方式及碳脱氧方式。加氢除氧方式所使用的氢气主要来源于外购氢气钢瓶、氨分解氢气及醇分解氢气，无论那种方式都是使用的易燃易爆有毒的危险品，运输、贮存、使用中都有不安全因素，给工厂的安全生产管理带来了不便。碳脱氧方式则需要定期的更换其被氧气逐渐消耗掉碳载体催化剂中的碳，其操作成本较高，也存在操作不便。我国目前对生产安全、节能、环保等各个环节都提出了较高的要求，并出台了诸多相应的法律法规及管理办法严格控制；而大多数工厂都在使用天然气作为能源，对天然气具有完善的管理机制，不存在额外的危险品的运输、贮存、管理等问题，且天然气易于连续稳定的控制；针对上述相关
发展现状及现有国策，本专利技术提出了一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的装置和其使用方法。
技术实现思路
本专利技术用于分子筛变压吸附空气制氮装置及膜空分制氮装置的初生氮气的除氧，特别是使用天然气或其它公共能源燃气(如煤气、液化气、石油气等)工厂的制氮装置；初生氮气含氧浓度最高10000ppm，纯化后精氮含氧＜5ppm。本专利技术所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，该系统包括节能换热器、加热器、催化床、冷却器和氮气干燥器；其中，所述的节能换热器的上游设置有初生氮气输入管路；其下游通过管路依次与加热器、催化床、节能换热器自身、冷却器和氮气干燥器相连，并于氮气干燥器的输出口输出高纯氮气；所述加热器与催化床的之间的管路上还设置有天然气输入通道；用以输入与初生氮气中的含氧当量相同当量比例的公共能源燃气。本专利技术实施例中具体选用的公共能源燃气为天然气。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的分别设置于节能换热器上游和下游的管路，还通过控温旁路管路连通。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述控温旁路管路上还设置有气体流量控制器。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述节能换热器和冷却器之间的管路上，还设置有流经氮气干燥器的再生旁路通道回路。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的再生旁路通道回路包括：由节能换热器输出的热源气体的通道；以及流经氮气干燥器后降低温度的气体回收通道。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的催化床为固定式催化床，其所采用的有效成分为含金属铂或铂、钯混合物的颗粒状催化剂。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的催化床为双封头筒体式结构，气体上进下出；筒体中间有支撑筛板，颗粒状的催化剂平铺于支撑筛板上，一般情况下所述催化剂的使用量一般为初生氮气流量(Nm3/h)的5000-1～10000-1倍。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的氮气干燥器为两个上下端开口的中空筒状，干燥器内设有分子筛颗粒；两个干燥器的工作方式为一个做吸附除湿，另一个做脱附再生，定期相互切换。优选的情况下，对于上文所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，所述的氮气干燥器中填充的分子筛为具有除水及除二氧化碳功能的5A型分子筛或者13X型分子筛以及其它符合要求的分子筛。本专利技术的另一方面，在于公开一种利用上文所述的系统，使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的方法，其包括以下步骤：从分子筛变压吸附制氮装置来的40℃的初生氮气，其含氧量为500～10000ppm，部分氮气经过节能换热器换热升温至250～350℃，另一部分氮气从控温旁路管路绕过节能换热器后与上一部分气体混合，通过控制设置在控温旁路管路上的气体流量控制器，对该部分氮气的流量控制，使得混合后的温度不超过310℃，然后气体进入加热器加热至310～350℃；经由加热器加热后的氮气按照初生氮气中的含氧当量注入相同当量比例的公共能源燃气，混合气体再进入固定式催化床进行脱氧反应，并放出大量热量；反应后约350～400℃的气体再次进入节能换热器换热降温至180℃以下回收大部分热量后，部分热气经再生旁路通道回路作为氮气干燥器的再生热源进一步利用余热后进入冷却器，另一部分气体由节能换热器直接进入冷却器用冷却水冷却至40℃以下，然后进入氮气干燥器脱除反应产生的水分及二氧化碳，得到含氧量小于5ppm的高纯度氮气。如本专利技术实施例中所示的数据，是当具体选用的公共能源燃气为天然气时的工艺举例，是操作工艺数据的一个参数点，实际操作范围要根据含氧的不同、燃气的不同还要有很多不同。本专利技术技术方案的特点在于：a.采用燃烧热值稳定的天然气、煤气等公共能源燃气作为除氧剂；b.采用固定式催化反应床，用金属铂或铂、钯混合物做催化剂。c.脱氧反应温度在250℃～350℃；d.初生氮气含氧浓度最高10000ppm，纯化后精氮含氧＜5ppm。e.本专利技术用于分子筛变压吸附空分制氮装置及膜空分制氮装置的初生氮气的除氧。有益效果：a.安全；该装置除公共能源燃气外，没有引入其它的诸如氢气、氨等危险品；而公共能源燃气作为工厂的主要能源，具有完善的安全措施。b.环保；催化除氧反应生成物是水和二氧化碳，从氮气中脱除后可就直接排放至大气，不会造成大气的污染；催化剂寿命较长，基本不需要更换，不存在固态废弃物。c.运行成本低；本专利技术使用“公共能源燃气”，尤其是使用“天然气”，与氢气、碳载体催化剂及制氢用的液氨等相比，除去单位体积氧气的消耗费用是最低的，其生产管理费用也是最低的。d.使用方便；与传统除氧装置相比，整个工艺流程不存在更换氢气瓶、氨瓶或碳载催化剂等过程，公共能源燃气，尤其是天然气，可以用管道直接连接装置，通过自动阀门进行连续稳定的控制。附图说明图1使用天然气为制氮机初生氮气脱氧的流程图；1.节能换热器、2.加热器、3.催化床、4.冷却器、5.氮气干燥器；这些结构单元均为通用结构。具体实施方式下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例中所述的节能换热器1、加热器2、催化床3、冷却器4、氮气干燥器5；这些结构单元均为通用结构。实施例1根据图1的流程图，详述使用天然气为制氮机初生氮气脱氧的装置和系统；所述使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其包括节能换热器1、加热器2、催化床3、冷却器4和氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：该系统包括节能换热器、加热器、催化床、冷却器和氮气干燥器；其中，所述的节能换热器的上游设置有初生氮气输入管路；其下游通过管路依次与加热器、催化床、节能换热器自身、冷却器和氮气干燥器相连，并于氮气干燥器的输出口输出高纯氮气；所述加热器与催化床的之间的管路上还设置有天然气输入通道；用以输入与初生氮气中的含氧当量相同当量比例的公共能源燃气。

【技术特征摘要】
1.一种使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：该系统包括节能换热器、加热器、催化床、冷却器和氮气干燥器；其中，所述的节能换热器的上游设置有初生氮气输入管路；其下游通过管路依次与加热器、催化床、节能换热器自身、冷却器和氮气干燥器相连，并于氮气干燥器的输出口输出高纯氮气；所述加热器与催化床的之间的管路上还设置有天然气输入通道；用以输入与初生氮气中的含氧当量相同当量比例的公共能源燃气。2.根据权利要求1所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：分别设置于所述节能换热器上游和下游的管路，通过控温旁路管路连通。3.根据权利要求2所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：所述控温旁路管路上还设置有气体流量控制器。4.根据权利要求1所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：所述节能换热器和冷却器之间的管路上，还设置有流经氮气干燥器的再生旁路通道回路。5.根据权利要求1所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：所述的再生旁路通道回路包括：由节能换热器输出的热源气体的通道；以及流经氮气干燥器后降低温度的气体回收通道。6.根据权利要求1所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：所述的催化床为固定式催化床，其所采用的有效成分为含金属铂或铂、钯混合物的颗粒状催化剂。7.根据权利要求1所述的使用公共能源燃气为制氮机初生氮气脱氧的系统，其特征在于：所述的催化床为双封头筒体式结构，气体上进下出；筒体中间有支撑筛板，颗粒状的催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞劲风，杨春光，卜小军，
申请(专利权)人：大连海新工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21