一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统及方法，涉及气体制备技术领域。一方面，一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，包括液氮罐、液氮泵和加热床，上述液氮泵的输入端与液氮罐连通，输出端与加热床连通，上述加热床的出气口连通有收集罐；还包括气液混合装置，上述气液混合装置用于混合高温高压气体以及液氮；另一方面，还包括了一种高温高压气体的生产方法，本发明专利技术具有节省高温高压气体的制备时间以及降低高温高压气体的制备成本的效果。体的制备成本的效果。体的制备成本的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统及方法


[0001]本专利技术涉及气体制备
，具体而言，涉及一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统及方法。

技术介绍

[0002]高温高压气体广泛应用于化工、冶金、材料检测等领域，有效保证了工艺过程的正常执行。例如，在炼铁过程中，其为高炉进行预热鼓风，以降低高炉焦比和提高产量；在炼钢过程中，其为转炉和电炉供氧，对熔池的供氧和搅拌起着重要的作用；在材料检测领域，其可以形成高温高速的射流，模拟某些特殊环境并对该环境下使用的材料进行检测。另外对于一些特殊的实验，例如激波实验，通常使用高温高压的氮气作为实验气体。故高温高压气体的制备是工业生产和科研实验中至关重要的一环。
[0003]工业中制备高温高压气体比较常用的方式有两种：一是使用热风炉，在燃烧室中燃烧燃料，并经高净化处理成热风，以满足特定领域的需求；二是采用气体压缩机和加热装置，将气体压缩至高压状态，通过加热装置对增压后的气体进行补热，以生产温度和压力满足条件的高温高压气体。
[0004]但是，上述相关技术中存在以下缺陷：一是热风炉生产出的高温高压气体的压力(0.1～1MPa)非常有限，很难满足各个领域的需求；二是当利用气体压缩机和加热装置生产的高温高压气体量较大时，则需要较长的压缩以及加热时间(按小时计算)，对于某些对时间要求很高的
(如大型的激波实验)来说，这样的时间成本无疑是很难接受的。此外，制备大量高压气体需要配备非常庞大的压缩机系统，占地空间大幅提升的同时也显著提高了高温高压气体的制备成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，为了降低高温高压气体的制备成本，本专利技术提供一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统及生产方法。
[0006]第一方面，本申请提供的一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，采用如下技术方案：
[0007]一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其包括液氮罐、液氮泵加热床、收集罐和气液混合装置；
[0008]所述液氮罐用于存储液氮；所述液氮泵中存储的液氮通过液氮泵增压后，一路输送至所述加热床中进行加热并将加热后生成的高温氮气输入所述气液混合装置中，另一路直接输送至所述气液混合装置中并与所述高温氮气混合以调节出口气体温度；所述气液混合装置的出口气体通过调压后存储于所述收集罐中。
[0009]通过采用上述技术方案，在高温高压气体的制备过程中，通过液氮罐输出液氮，通过液氮泵对液氮进行快速增压，液氮通过管道流入加热床内进行加热，在此过程中，液氮气化升温，通过加热床的加热之后，液氮即可变为高温高压的氮气，随后通过气液混合装置将
高温高压氮气与液氮进行混合，从而对高温高压氮气进行降温，起到了保护管道以及阀门的作用，通过压力调节阀调节高温高压氮气的压力，待高温高压氮气的温度和压力稳定在预设范围内后，由收集罐收集气体，进而完成高温高压气体的制备，在此过程中，一方面，由于是使用液氮作为液体气源，相较于气体压缩机对气体的增压时间，液氮泵对液氮的增压时间非常短，从而有效地缩短了气体增压的时间。另外，对于气体量需求非常大的场合，由于不需要对气体直接增压并且液氮气化可以产生大量的氮气，故仅需要一台液氮泵即可完成增压工作，相比于成套的大型气体压缩机系统，大大减少了空间成本和经济成本。通过加热床对液氮气化升温，由于加热床内填充有球形金属卵石，换热效率很高，能够使得氮气在短时间内达到要求的温度。整套系统有效地降低了高温高压气体的制备成本。
[0010]可选的，所述液氮泵设置于一端连接所述液氮罐的输液管上，输液管的另一端连接两条分流管，第一分流管连接所述加热床的入口，第二分流管连接所述气液混合装置的液体入口，且第一分流管和第二分流管上均设置有用于启闭并调节流量的阀门；所述加热床的出口连接所述气液混合装置的气体入口；所述气液混合装置的气体出口通过带有第一压力调节阀的管路连接所述收集罐。
[0011]通过采用上述技术方案，在高温高压氮气的制备过程中，打开液氮泵，将液氮罐内的液氮通过输液管输出，进而通过第一分流管以及第二分流管对输液管内的液氮进行分流，将液氮分别输入加热床以及混合床中，通过分别控制第一分流管以及第二分流管的液氮流量，以达到控制混合床出口氮气的温度保持在预设范围内的目的。
[0012]可选的，所述气液混合装置包括混合床，所述混合床上连通有进液管、进气管和出气管，所述混合床通过所述进液管与第二分流管连通，所述混合床通过所述进气管与加热床的出口连通，所述混合床通过所述出气管与收集罐连通，且所述第一压力调节阀设置于所述出气管上。
[0013]通过采用上述技术方案，由于加热床和混合床直接相连，在加热床预热时，混合床内的氮气温度较高，若直接排出，高温氮气会对管道阀门造成损伤，此时使用液氮泵通过进液管朝向混合床内通入一定量的液氮，位于加热床内的高温高压氮气进入混合床内，高温高压氮气与液氮混合之后，氮气温度下降，此时再通过出气管将温度较低的氮气排出，即可对管道阀门起到良好的保护效果。
[0014]可选的，所述液氮罐上连通有输送管，所述液氮罐通过所述输送管与加热床直接连通用于绕过所述第一分流管将液氮直接输入加热床中，所述输送管上设置有用于启闭输送管并调节流量的阀门。
[0015]通过采用上述技术方案，在高温高压气体的制备的过程中，首先打开输送管，液氮罐内的液氮通过输送管流入加热床内，此时加热床内处于常温常压的状态，进入加热床内的液氮自然气化并充满整个加热床，从而在加热床内部形成具有一定温度和压力的氮气环境，此时再通过加热床对氮气进行加热，从而在加热床中形成满足要求的高温高压氮气环境。
[0016]可选的，所述出气管上还连通有用于排放不合格氮气的排气管，所述排气管末端与大气连通，所述排气管上设置有用于启闭排气管的阀门。
[0017]通过采用上述技术方案，在高温高压氮气的制备前期，通过加热床以及混合床的氮气温度和压力并没有稳定在预设范围内，而是在预设范围附近波动，此时打开排气管，将
不符合预设标准的氮气通过排气管排出，待制备的氮气温度以及压力稳定在预设范围内之后，即可关闭排气管，通过收集罐对高温高压氮气进行收集，从而有效保证了收集到的高温高压氮气的质量。
[0018]可选的，所述加热床设置为卵石加热床，所述卵石加热床中内置有若干用于对卵石进行加热的电加热管，还设置有分别用于检测内部温度和压力的第一温度传感器和第一压力传感器。
[0019]通过采用上述技术方案，通过电加热管对卵石加热床进行加热，具备高温环境和高换热效率的卵石加热床能够使液氮在短时间内迅速气化加热，有效缩短了加热氮气所需的时间，提高了高温高压氮气的制备效率。
[0020]通过采用上述技术方案，通过第一温度传感器以及第一压力传感器对卵石加热床内部氮气的温度以及压力进行检测，方便工作人员了解到卵石加热床的内部工况，避免因卵石加热床内部超温或超压带来的安全问题，从而保证了高温高压氮气制备过程的安全。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：包括液氮罐(1)、液氮泵(11)加热床(2)、收集罐(3)和气液混合装置(4)；所述液氮罐(1)用于存储液氮；所述液氮泵(11)中存储的液氮通过液氮泵(11)增压后，一路输送至所述加热床(2)中进行加热并将加热后生成的高温氮气输入所述气液混合装置(4)中，另一路直接输送至所述气液混合装置(4)中并与所述高温氮气混合以调节出口气体温度；所述气液混合装置(4)的出口气体通过调压后存储于所述收集罐(3)中。2.如权利要求1所述的基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：所述液氮泵(11)设置于一端连接所述液氮罐(1)的输液管(6)上，输液管(6)的另一端连接两条分流管，第一分流管(61)连接所述加热床(2)的入口，第二分流管(62)连接所述气液混合装置(4)的液体入口，且第一分流管(61)和第二分流管(62)上均设置有用于启闭并调节流量的阀门；所述加热床(2)的出口连接所述气液混合装置(4)的气体入口；所述气液混合装置(4)的气体出口通过带有第一压力调节阀(45)的管路连接所述收集罐(3)。3.根据权利要求2所述的基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：所述气液混合装置(4)包括混合床，所述混合床上连通有进液管(41)、进气管(42)和出气管(43)，所述混合床通过所述进液管(41)与第二分流管(62)连通，所述混合床通过所述进气管(42)与加热床(2)的出口连通，所述混合床通过所述出气管(43)与收集罐(3)连通，且所述第一压力调节阀(45)设置于所述出气管(43)上。4.根据权利要求1所述的基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：所述液氮罐(1)上连通有输送管(7)，所述液氮罐(1)通过所述输送管(7)与加热床(2)直接连通用于绕过所述第一分流管(61)将液氮直接输入加热床(2)中，所述输送管(7)上设置有用于启闭输送管(7)并调节流量的阀门。5.根据权利要求3所述的基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：所述出气管(43)上还连通有用于排放不合格氮气的排气管(5)，所述排气管(5)末端与大气连通，所述排气管(5)上设置有用于启闭排气管(5)的阀门。6.根据权利要求1所述的基于液氮增压的高温高压气体快速生产系统，其特征在于：所述加热床(2)设置为卵石加热床，所述卵石加热床中内置有若干用于对卵石进行加热的电加热管(21)，还设置有分别用于检测内部温度和压力的第一温度传感器(22)和第一压力传感器(23)。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：梁国锋，金滔，魏健健，陈煜尧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：