一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置，包括空压机组、预冷纯化系统、液氮制备低温冷箱和液氮储用气化器，所述空压机组的空气进口与空气源连通，空压机组的压缩空气出口与预冷纯化系统的压缩空气进口连通，预冷纯化系统的原料空气出口与液氮制备低温冷箱的原料空气进口连通，液氮制备低温冷箱的污氮再生气出口与预冷纯化系统的污氮再生气进口连通，液氮制备低温冷箱的第一液氮产品出口和第二液氮产品出口均分别与液氮储用气化器的液氮产品进口连通。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术所述装置引入了二级精馏，弥补了原有系统精馏能力的损失，节能高效，在提高产品提取率和产品纯度的同时，提高了系统抵抗海上平台和船用环境下倾斜与摇摆工况的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置及方法
本专利技术涉及低温精馏
，具体涉及一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置及方法。
技术介绍
大吨位的新型船舶需要高纯度、低露点、高压力的氮气，最高需求纯度达到99.999％，故需设计氮气系统，并且在船上实现生产、高压存储、转注输送和减压使用的功能。海水平台和船舶上空间狭小，而海上航行带来的振动与冲击、高空气湿度，以及存在油雾、盐雾和霉菌等一系列特定的环境条件，使得气体系统的总体设计存在较大难度。实现海上平台和船用液氮产品制备是解决船上氮气产品储用困难、占地面积大等问题的必由之路。低温精馏技术不仅可以生产99.999％纯度以上的氮气，还可以实现液氮产品的制备。低温精馏技术的原理是氮组分的沸点低，更容易挥发进入气相中，而氧组分的沸点高，大多留在液相中，故而经过多次精馏，重复进行气、液相分离和气相的部分冷凝，实现空气的氧氮分离。海上平台和船用条件下设备高度的严格要求限制了低温精馏装置的应用，同时海上平台和船用条件所带来的倾斜与摇摆工况也对传统的精馏装置造成了很大不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、高效节能的海上平台或船用低温精馏液氮制备装置及方法。本专利技术采用的技术方案为：一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置，包括空压机组、预冷纯化系统、液氮制备低温冷箱和液氮储用气化器，其中，所述空压机组设置有空气进口与压缩空气出口，所述预冷纯化系统设置有压缩空气进口、原料空气出口和污氮再生气进口，所述液氮制备低温冷箱设置有原料空气进口、第一液氮产品出口、第二液氮产品出口与污氮再生气出口，所述液氮储用气化器设置有液氮产品进口与氮气产品出口；所述空压机组的空气进口与空气源连通，空压机组的压缩空气出口与预冷纯化系统的压缩空气进口连通，预冷纯化系统的原料空气出口与液氮制备低温冷箱的原料空气进口连通，液氮制备低温冷箱的污氮再生气出口与预冷纯化系统的污氮再生气进口连通，液氮制备低温冷箱的第一液氮产品出口和第二液氮产品出口均分别与液氮储用气化器的液氮产品进口连通，液氮储用气化器的氮气产品出口与后续供氮管路连通。按上述方案，所述液氮制备低温冷箱包括第一制氮精馏塔和第二制氮精馏塔；在第一制氮精馏塔塔底设置有第一原料进口和第一液空出口，塔顶设置有第一冷凝器、第一液空进口、第一污氮出口、第一氮气出口以及第一返流液氮进口；第二制氮精馏塔塔底设置有第二原料进口与第二液空出口，塔顶设置有第二冷凝器、第二液空进口、第二污氮出口、第二氮气出口以及第二返流液氮进口；第一制氮精馏塔的第一原料进口与原料空气出口连通；第一氮气出口经侧部管道与第一冷凝器的内部连通，第一氮气出口与第二原料气进口连通；第一液空出口分别与第一液空进口和第二液空进口连通；第一污氮出口与污氮再生气进口连通，第一冷凝器内部经第一截止阀与第一液氮产品出口连通，第一冷凝器内部与第一返流液氮进口连通；第二制氮精馏塔的第二原料进口经第二截止阀与第一氮气出口连通，第二液空出口与第二冷凝器外侧的第二液空进口连通，第二污氮出口与污氮再生气出口连通；第二氮气出口经侧部管道与第二冷凝器的内部连通，第二冷凝器的内部与第二液氮产品出口连通；第二冷凝器内部与第二返流液氮进口连通。按上述方案，所述装置还配置有主换热器、过冷器和透平膨胀机，所述原料空气进口与主换热器的热源入口连通，主换热器的热源出口与第一原料进口连通；所述主换热器的冷源出口与污氮再生气出口连通，所述主换热器的冷源入口与透平膨胀机的出口连通，透平膨胀机的入口分别与第一原料进口和过冷器的冷源出口连通，过冷器的冷源入口分别与第一污氮出口和第二污氮出口连通；过冷器的热源入口与第一液空出口连通；过冷器的热源出口分别通过管道与第一液空进口、第二液空进口和第二液空出口连通。本专利技术还提供了一种如上所述液氮制备装置制备液氮的方法，该方法为：正常工况下，第一截止阀部分打开而第二截止阀全闭，原料空气进入第一制氮精馏塔进行精馏；海上平台或船舶摇摆与倾斜工况下，第一截止阀全闭而第二截止阀部分打开，第二制氮精馏塔参与精馏，第一液氮产品出口的液氮作为回流液返回第一制氮精馏塔塔体，第一氮气出口引出的氮气部分进入第一冷凝器，其余部分进入第二制氮精馏塔，在第二制氮精馏塔塔体内上升的同时氮组分纯度上升，升至塔顶成为高纯氮气，随后进入第二冷凝器内侧；同时，自第一液空出口引出的液空回热降温，部分节流后进入第一液空进口，其余部分节流后进入第二冷凝器外侧，与高纯氮气在第二冷凝器内进行热交换，液空气化为液空后汇入第一污氮出口，高纯氮气在第二冷凝器内冷凝为高纯液氮，部分自第二液氮产品出口引出作为高纯产品，其余部分作为回流液返回第二制氮精馏塔。正常工况下，第一截止阀部分打开而第二截止阀全闭，原料空气进入液氮制备精馏冷箱；海上平台或船舶摇摆与倾斜工况下，第一截止阀全闭而第二截止阀3部分打开，第二制氮精馏塔参与精馏，第一液氮产品出口的液氮作为回流液返回第一制氮精馏塔塔体，第一氮气出口引出的氮气部分进入第一冷凝器，其余部分进入第二制氮精馏塔，在第二制氮精馏塔塔体内上升的同时氮组分纯度上升，升至塔顶成为高纯氮气，随后进入第二冷凝器内侧；同时，自第一液空出口引出的液空回热降温，部分节流后进入第一液空进口，其余部分节流后进入第二冷凝器外侧，与高纯氮气在第二冷凝器内进行热交换，液空气化为液空后汇入第一污氮出口，高纯氮气在第二冷凝器内冷凝为高纯液氮，部分自第二液氮产品出口引出作为高纯产品，其余部分作为回流液返回第二制氮精馏塔。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述装置在海上平台和船用摇摆与倾斜工况下，引入了二级精馏，弥补了原有系统精馏能力的损失，第一制氮精馏塔采用筛板塔结构在严格的高度限制下实现了更高的有效塔板数，第二制氮精馏塔采用填料塔结构实现了变工况条件下更好的适应性，节能高效，在提高产品提取率和产品纯度的同时，提高了系统抵抗海上平台和船用环境下倾斜与摇摆工况的能力，保证了系统的正常运行；本专利技术与传统的海上平台和船用氮气供给装置相比，实现了液态氮产品的制备与储用，结构紧凑，省去了氮气系统所需的繁琐检验工序与高昂的运维成本，具有较高的社会经济效益。附图说明图1为本专利技术一个具体实施例的整体流程示意图。图2为本实施例中液氮制备低温冷箱的结构示意图。其中：1-空压机组；1-1-空气进口；1-2-压缩空气出口；2-预冷纯化系统；2-1-压缩空气出口；2-2-原料空气出口；2-3-污氮再生气进口；3-液氮制备低温冷箱；3-1-原料空气进口；3-2-第一液氮产品出口；3-3-第二液氮产品出口；3-4-污氮再生气出口；3-5-主换热器；3-6-过冷器；3-7-第一制氮精馏塔；3-7-1-第一原料进口；3-7-2-第一液空出口；3-7-3-第一冷凝器；3-7-4-第一液空进口；3-7-5-第一污氮出口；3-7-6-第一氮气进口；3-7-7-第一返流液氮进口；3-8-第二制氮精馏塔；3-8-1-第二原料进口；3-8-2-第二液空出口；3-8-3-第二冷凝器；3-8-4-第二液空进口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置，其特征在于，包括空压机组、预冷纯化系统、液氮制备低温冷箱和液氮储用气化器，其中，所述空压机组设置有空气进口与压缩空气出口，所述预冷纯化系统设置有压缩空气进口、原料空气出口和污氮再生气进口，所述液氮制备低温冷箱设置有原料空气进口、第一液氮产品出口、第二液氮产品出口与污氮再生气出口，所述液氮储用气化器设置有液氮产品进口与氮气产品出口；所述空压机组的空气进口与空气源连通，空压机组的压缩空气出口与预冷纯化系统的压缩空气进口连通，预冷纯化系统的原料空气出口与液氮制备低温冷箱的原料空气进口连通，液氮制备低温冷箱的污氮再生气出口与预冷纯化系统的污氮再生气进口连通，液氮制备低温冷箱的第一液氮产品出口和第二液氮产品出口均分别与液氮储用气化器的液氮产品进口连通，液氮储用气化器的氮气产品出口与后续供氮管路连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种海上平台或船用低温精馏液氮制备装置，其特征在于，包括空压机组、预冷纯化系统、液氮制备低温冷箱和液氮储用气化器，其中，所述空压机组设置有空气进口与压缩空气出口，所述预冷纯化系统设置有压缩空气进口、原料空气出口和污氮再生气进口，所述液氮制备低温冷箱设置有原料空气进口、第一液氮产品出口、第二液氮产品出口与污氮再生气出口，所述液氮储用气化器设置有液氮产品进口与氮气产品出口；所述空压机组的空气进口与空气源连通，空压机组的压缩空气出口与预冷纯化系统的压缩空气进口连通，预冷纯化系统的原料空气出口与液氮制备低温冷箱的原料空气进口连通，液氮制备低温冷箱的污氮再生气出口与预冷纯化系统的污氮再生气进口连通，液氮制备低温冷箱的第一液氮产品出口和第二液氮产品出口均分别与液氮储用气化器的液氮产品进口连通，液氮储用气化器的氮气产品出口与后续供氮管路连通。


2.如权利要求1所述的海上平台或船用低温精馏液氮制备装置，其特征在于，所述液氮制备低温冷箱包括第一制氮精馏塔和第二制氮精馏塔；在第一制氮精馏塔塔底设置有第一原料进口和第一液空出口，塔顶设置有第一冷凝器、第一液空进口、第一污氮出口、第一氮气出口以及第一返流液氮进口；第二制氮精馏塔塔底设置有第二原料进口与第二液空出口，塔顶设置有第二冷凝器、第二液空进口、第二污氮出口、第二氮气出口以及第二返流液氮进口；第一制氮精馏塔的第一原料进口与原料空气出口连通；第一氮气出口经侧部管道与第一冷凝器的内部连通，第一氮气出口与第二原料气进口连通；第一液空出口分别与第一液空进口和第二液空进口连通；第一污氮出口与污氮再生气进口连通，第一冷凝器内部经第一截止阀与第一液氮产品出口连通，第一冷凝器内部与第一返流液氮进口连通；第二制氮精馏塔的第二原料进口经第二截止阀与第一氮气出口连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益诚，王俊新，杨海燕，童雪梅，余楠，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42