一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置及方法制造方法及图纸

一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置及方法，所述装置包括三塔系统、氮压缩系统、双氮膨胀机制冷系统及换热系统，相互之间通过管道和阀门相连接；所述三塔系统由顶部带第一冷凝蒸发器的第一压力氮塔、顶部带第二冷凝蒸发器的第二压力氮塔和底部带第三冷凝蒸发器的纯氧塔组成；所述氮压缩系统由循环氮气压缩机组成；本发明专利技术方法为从第一压力氮塔的顶部获得第一压力的高纯氮气，从第二压力氮塔的顶部获得第二压力的高纯氮气和高纯液氮，从纯氧塔的底部获得超纯液氧，本装置及方法适用于制取大量带压高纯氮气和大量高纯液氮。于制取大量带压高纯氮气和大量高纯液氮。于制取大量带压高纯氮气和大量高纯液氮。

【技术实现步骤摘要】
一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置及方法，低投入低能耗高效地生产满足国标要求的高纯氮和超纯液氧产品，属于低温


技术介绍

[0002]工业气体是整个工业的基础，在国民经济中有着重要的地位和作用，广泛用于冶金、石油、石化、化工、机械、电子、航空航天等诸多领域，在国防建设和医疗卫生领域也发挥着重要作用。尤其是随着信息技术的蓬勃发展，电子工业对高纯气体的需求越来越大。
[0003]在高精尖电子工业领域，精度越高对气体的纯度要求越高，超纯液氧气体是制造半导体集成电路的氧化气体，是该行业不可缺少的高纯气体之一；而高纯氮气则在集成电路、半导体和电真空器件制造中用作保护气和运载气，化学气相淀积时的载气，液体扩散源的携带气，在高温扩散炉中用做器件的保护气。高纯氮在外延、光刻、清洗和蒸发等工序中，作为置换、干燥、贮存和输送用气体。大宗气站中氮气量需求大，因此现场通常会配置仅产氮气产品的制氮机装置，而超纯液氧气则由于需求量小而采用低温氧贮槽超纯液氧气化方式使用，这种方式对市场上超纯液氧的依赖度高，能耗高、使用成本高。
[0004]而常用的空分设备虽然既能生产氧又能生产氮，但氮氧产量比一般不超过3。而常用的纯氮装置仅生产氮产品。因此，提供一种装置及方法低成本低能耗高效地制取高纯氮和超纯液氧，且高纯氮和超纯液氧产量比远远大于10，具有广阔的应用市场需求。

技术实现思路

[0005]针对上述技术背景，本专利技术的目的在于提供一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置及方法，通过低温精馏方法低成本、低能耗地制备超纯液氧和高纯氮产品，具有很好的实用价值和经济效益，获得的超纯液氧和高纯氮产品纯度可满足国标要求，甚至更高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术： 一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，该装置包括三塔系统、氮压缩系统、双氮膨胀机制冷系统及换热系统；相互之间通过管道和阀门连接，所述三塔系统由顶部带第一冷凝蒸发器的第一压力氮塔、顶部带第二冷凝蒸发器的第二压力氮塔和底部带第三冷凝蒸发器的纯氧塔组成；所述氮压缩系统由循环氮气压缩机组成；所述双氮膨胀机制冷系统由第一压力氮气增压膨胀机和第二压力氮气增压膨胀机以及其他辅助性部件组成，第一压力氮气增压膨胀机由第一压力氮气增压膨胀机增压端、第一压力氮气增压膨胀机后冷却器和第一压力氮气增压膨胀机膨胀端组成，第二压力氮气增压膨胀机由第二压力氮气增压膨胀机增压端、第二压力氮气增压膨胀机后冷却器和第二压力氮气增压膨胀机膨胀端组成；换热系统由主换热器、第一过冷器、第二过冷器和气液分离器组成。
[0006]作为优选：所述三塔系统的第一压力氮塔的底部第一入口通过第二阀门连接于主换热器的第一出口，所述第一压力氮塔的顶部第一出口连接于所述第一冷凝蒸发器的冷凝侧入口，所述第一压力氮塔的顶部第一出口连接于所述主换热器的第二入口，所述第一冷
凝蒸发器的冷凝侧出口连接于所述第一压力氮塔的顶部第一入口，所述第一压力氮塔的底部第一出口连接于所述第二过冷器的第十入口，所述第二过冷器的第十出口通过第九阀门连接于所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧的第一入口，所述第二过冷器的第十一出口通过第十阀门连接于第一冷凝蒸发器的蒸发侧的第二入口，所述第一冷凝蒸发器的蒸发侧的液相出口连接于第二压力氮塔的底部第一入口，其第一冷凝蒸发器的蒸发侧的气相出口连接于第二压力氮塔的底部第二入口，所述第二压力氮塔的顶部出口连接于所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧入口，所述第二压力氮塔的顶部出口连接于所述主换热器的第三入口，所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧出口连接于所述第二压力氮塔的顶部入口，所述第二冷凝蒸发器的冷凝侧出口通过第二十八阀门连接于高纯液氮产品管道。
[0007]作为优选：所述第二压力氮塔的中下部出口通过第十五阀门连接于所述纯氧塔的顶部入口，所述第二压力氮塔的底部出口连接于所述第一过冷器的第一入口，所述第一过冷器的第一出口通过第十四阀门连接于所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧的入口，所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧的气相出口连接于所述第一过冷器的第二入口，所述第二冷凝蒸发器的蒸发侧的液相出口通过第二十九阀门连接于安全排放通道。所述纯氧塔的顶部出口通过第十六阀门连接于所述第一过冷器的第二入口，所述第一过冷器的第二出口连接于所述第二过冷器的第十二入口，所述第二过冷器的第十二出口连接于所述主换热器的第四入口。所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧入口通过第三阀门连接于所述主换热器的所述第一出口，所述第三冷凝蒸发器的冷凝侧出口连接于所述第二过冷器的第十一入口，所述纯氧塔的底部出口通过第十七阀门连接于超纯液氧产品管道。
[0008]作为优选：所述主换热器的第三出口、第五出口和第六出口还连接到循环氮气压缩机的入口，主换热器的第三出口连接于第二压力的高纯氮气出口管道，所述循环氮气压缩机的出口连接于所述主换热器的第七入口。
[0009]作为优选：所述循环氮气压缩机的出口连接于第一压力氮气增压膨胀机增压端的入口，第一压力氮气增压膨胀机增压端的出口连接于所述第一压力氮气增压膨胀机后冷却器的入口，所述第一压力氮气增压膨胀机后冷却器的出口连接于所述第二压力氮气增压膨胀机增压端的入口，所述第二压力氮气增压膨胀机增压端的出口连接于所述第二压力氮气增压膨胀机后冷却器的入口，所述第二压力氮气增压膨胀机后冷却器的出口连接于所述主换热器的第八入口，所述第一压力氮气增压膨胀机膨胀端的入口连接于所述主换热器的第七出口，其出口连接于所述主换热器的第六入口，所述第二压力氮气增压膨胀机膨胀端的入口连接于所述主换热器的第九出口，其出口连接于所述气液分离器的第一入口，所述第一压力氮气增压膨胀机增压端和所述第一压力氮气增压膨胀机膨胀端通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接；所述第二压力氮气增压膨胀机增压端和所述第二压力氮气增压膨胀机膨胀端通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接。
[0010]作为优选：所述主换热器的第一入口、第二入口、第三入口、第四入口、第五入口、第六入口、第七入口分别与所述主换热器的第一出口、第二出口、第三出口、第四出口、第五出口、第六出口、第七出口连通，所述主换热器的第八入口与所述主换热器的所述第八出口和第九出口连通，所述主换热器的所述第八出口通过第二十三阀门连接于气液分离器的第二入口，所述气液分离器的第一出口连接于所述主换热器的第五入口，所述气液分离器的第二出口通过第二十五阀门连接于高纯液氮产品管道，所述第一过冷器的第一入口、第二
入口分别与所述第一过冷器的第一出口、第二出口连通，所述第一过冷器的第一入口、第二入口、第三入口分别与所述第一过冷器的第一出口、第二出口、第三出口连通。
[0011]作为优选：所述第一压力氮塔、所述第二压力氮塔和所述纯氧塔为规整填料塔，所述主换热器、第一过冷器、第二过冷器、第一冷凝蒸发器、第二冷凝蒸发器、第三冷凝蒸发器为板翅式换热器。
[0012]一种应用上述装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1：经预冷和纯化的干燥干净的带压空气进入主换热器的第一入口换热冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，该装置包括三塔系统、氮压缩系统、双氮膨胀机制冷系统及换热系统；相互之间通过管道和阀门连接，其特征在于：所述三塔系统由顶部带第一冷凝蒸发器（05）的第一压力氮塔（04）、顶部带第二冷凝蒸发器（12）的第二压力氮塔（11）和底部带第三冷凝蒸发器（06）的纯氧塔（07）组成；所述氮压缩系统由循环氮气压缩机（18）组成；所述双氮膨胀机制冷系统由第一压力氮气增压膨胀机和第二压力氮气增压膨胀机以及其他辅助性部件组成，第一压力氮气增压膨胀机由第一压力氮气增压膨胀机增压端（19）、第一压力氮气增压膨胀机后冷却器（26）和第一压力氮气增压膨胀机膨胀端（20）组成，第二压力氮气增压膨胀机由第二压力氮气增压膨胀机增压端（21）、第二压力氮气增压膨胀机后冷却器（27）和第二压力氮气增压膨胀机膨胀端（22）组成；换热系统由主换热器（01）、第一过冷器（13）、第二过冷器（08）和气液分离器（24）组成。2.根据权利要求1所述的利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，其特征在于：所述三塔系统的第一压力氮塔（04）的底部第一入口通过第二阀门（02）连接于主换热器（01）的第一出口（1b），所述第一压力氮塔（04）的顶部第一出口连接于第一冷凝蒸发器（05）的冷凝侧入口，所述第一压力氮塔（04）的顶部第一出口连接于主换热器（01）的第二入口（2a），所述第一冷凝蒸发器（05）的冷凝侧出口连接于第一压力氮塔（04）的顶部第一入口，所述第一压力氮塔（04）的底部第一出口连接于第二过冷器（08）的第十入口（10a），所述第二过冷器（08）的第十出口（10b）通过第九阀门（09）连接于第一冷凝蒸发器（05）的蒸发侧的第一入口，所述第二过冷器（08）的第十一出口（11b）通过第十阀门（10）连接于第一冷凝蒸发器（05）的蒸发侧的第二入口，所述第一冷凝蒸发器（05）的蒸发侧的液相出口连接于第二压力氮塔（11）的底部第一入口，其第一冷凝蒸发器（05）的蒸发侧的气相出口连接于第二压力氮塔（11）的底部第二入口，所述第二压力氮塔（11）的顶部出口连接于第二冷凝蒸发器（12）的冷凝侧入口，所述第二压力氮塔（11）的顶部出口连接于所述主换热器（01）的第三入口（3a），所述第二冷凝蒸发器（12）的冷凝侧出口连接于第二压力氮塔（11）的顶部入口，所述第二冷凝蒸发器（12）的冷凝侧出口通过第二十八阀门（28）连接于高纯液氮产品管道。3.根据权利要求2所述的利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，其特征在于：所述第二压力氮塔（11）的中下部出口通过第十五阀门（15）连接于所述纯氧塔（07）的顶部入口，所述第二压力氮塔（11）的底部出口连接于所述第一过冷器（13）的第一入口，所述第一过冷器（13）的第一出口通过第十四阀门（14）连接于所述第二冷凝蒸发器（12）的蒸发侧的入口，所述第二冷凝蒸发器（12）的蒸发侧的气相出口连接于所述第一过冷器（13）的第二入口，所述第二冷凝蒸发器（12）的蒸发侧的液相出口通过第二十九阀门（29）连接于安全排放通道，所述纯氧塔（07）的顶部出口通过第十六阀门（16）连接于所述第一过冷器（13）的第二入口，所述第一过冷器（13）的第二出口连接于所述第二过冷器（08）的第十二入口（12a），所述第二过冷器（08）的第十二出口（12b）连接于主换热器（01）的第四入口（4a），所述第三冷凝蒸发器（06）的冷凝侧入口通过第三阀门（03）连接于主换热器（01）的第一出口（1b），所述第三冷凝蒸发器（06）的冷凝侧出口连接于所述第二过冷器（08）的第十一入口（11a），所述纯氧塔的底部出口通过第十七阀门（17）连接于超纯液氧产品管道。4.根据权利要求3所述的利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，其特征在于：所述主换热器（01）的第三出口（3b）、第五出口（5b）和第六出口（6b）还连接到循环氮气压缩机（18）的入口，主换热器（01）的第三出口（3b）连接于第二压力的高纯氮气出口管道，所述循
环氮气压缩机（18）的出口连接于所述主换热器（01）的第七入口（7a）。5.根据权利要求4所述的利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，其特征在于：所述循环氮气压缩机（18）的出口连接于第一压力氮气增压膨胀机增压端（19）的入口，第一压力氮气增压膨胀机增压端（19）的出口连接于所述第一压力氮气增压膨胀机后冷却器（26）的入口，所述第一压力氮气增压膨胀机后冷却器（26）的出口连接于所述第二压力氮气增压膨胀机增压端（21）的入口，所述第二压力氮气增压膨胀机增压端（21）的出口连接于所述第二压力氮气增压膨胀机后冷却器（27）的入口，所述第二压力氮气增压膨胀机后冷却器（27）的出口连接于所述主换热器（01）的第八入口（8a），所述第一压力氮气增压膨胀机膨胀端（20）的入口连接于所述主换热器（01）的第七出口（7b），其出口连接于所述主换热器（01）的第六入口（6a），所述第二压力氮气增压膨胀机膨胀端（22）的入口连接于所述主换热器（01）的第九出口（9b），其出口连接于所述气液分离器（24）的第一入口，所述第一压力氮气增压膨胀机增压端（19）和所述第一压力氮气增压膨胀机膨胀端（20）通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接；所述第二压力氮气增压膨胀机增压端（21）和所述第二压力氮气增压膨胀机膨胀端（22）通过单轴直接连接或通过齿轮箱间接连接。6.根据权利要求5所述的利用三塔耦合制取高纯氮和超纯液氧的装置，其特征在于：所述主换热器（01）的所述第一入口（1a）、第二入口（2a）、第三入口（3a）、第四入口（4a）、第五入口（5a）、第六入口（6a）、第七入口（7a）分别与主换热器（01）的第一出口（1b）、第二出口（2b）、第三出口（3b）、第四出口（4b）、第五出口（5b）、第六出口（6b）、第七出口（7b）连通，所述主换热器（01）的所述第八入口（8a）与主换热器（01）的第八出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭芳，韩一松，蒋云云，彭旭东，李玲，黄小清，姚蕾，劳利建，李慧敏，
申请(专利权)人：杭氧集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：