介绍了制备高纯氮气的设备，包括液氮贮罐２３代替常规氮气生产中的膨胀透平机。贮罐２３与精馏塔１５相接，塔上有带冷凝器２１ａ的分凝器２１，经管线２４ａ以空气压缩机９向精馏塔通入空气，以来自贮罐的液氮蒸发潜热冷却，以氮氧间沸点差分离二者后经排气管２７取出氮气。精馏塔有钟罩形穹顶２０，中部装有集气装置２２，到达精馏塔上部的氮气随排出出口通道２７的氮气流一起旋转排出，借助离心力收集氮气产品中的杂质氦和氢放入大气。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生产高纯度氮气的一种装置。尽管电子工业消耗大量的氮气，为保持元件的高精度，对它们所用氮气的纯度有严格的要求。氮气一般是由空气通过一系列生产步骤得出的，这些生产步骤包括用压缩机压缩空气，让压缩空气流经一吸收塔，除去其中的二氧化碳和水份，排出的空气再通入一换热器，在换热器中与一致冷介质进行热交换而使空气得到深冷，深冷后的空气再送入一精馏塔，使之实现低温液化和分离作用而制得氮气，最后再让制得的氮气流入上述的换热器，将氮气加热到接近大气温度。这种常规的氮气生产设备采用一种膨胀透平机，用来深冷从压缩机出来的压缩空气进行热交换的致冷介质，这一透平机是由聚集在精馏塔中的液化空气产生气化作用所产生的气体的压力驱动的，(由于低温液化和分离作用的结果，低沸点的氮气就离开精馏塔，其余以富氧液化空气的形式聚集在精馏塔里)。然而，膨胀透平机旋转速度很高，达到每分钟几万转，不容易追随负荷的变化，因此需要由训练有素的操作人员。此外，高速的膨胀透平机除了需要由训练有素的人员加工操作之外，不但需要构造上高度地精确，而且成本也是很高的。这些难题都是因为膨胀透平机是一种高速转动机械引起的，因此也就有强烈的要求，淘汰这种具有高速转动机制的膨胀透平机，为了满足这种要求，本专利技术者开发了一种装置，采用来自装置外部的液氮来代替由膨胀透平机产生的冷却作用。在日本已经有一系列的专利申请，包括申请号为59-146332(公开号61-24968)和申请号为58-38050(公开号为59-164874)的日本专利。作为本专利技术基础的这一装置，采用由另外的液氮生产设备产生的液氮做为冷却源，液氮通过罐车或类似设备输送到装置上，贮存在装置上作冷却源用的液氮贮罐中，並能产生比来自外部提供的液氮大十倍那么多的气体氮气产物。由于从构成本专利技术基础的装置中淘汰了膨胀透平机，所以也就没有上述的由于有膨胀透平机所造成的任何缺点了。虽然在外部的另外设备中生产的做为冷却用的液氮必需输送到装置上来，但是它的输送量只是产生的气体氮气的十分之一，因为装置上能产生比提供做为冷却用的液体氮大十倍那么多的气体氮气。为此可比拟这样一种情况，即在工厂现场安装一台蒸发器用于蒸发液氮，液氮是在另一台液氮生产设备中制造，並提供给蒸发器，再在蒸发器中蒸发成气体氮气(这种氮气例如在工厂中则可用于半导体的生产)，而需要输送到本专利技术者开发的装置的液体氮气量仅为所需用的气体氮气量的十分之一就够了。这样也就不必频繁地输送液体氮了。然而，这类装置不易有效地将随空气带来的极少量的氢和氮气分离掉(难于利用它们之间的沸点差加以分离，因为氢和氦的沸点比氮的沸点低)。本专利技术者已经注意到，在装置连续运行操作的某些情况下，上述的氢和氮气是做为杂质混合在产出的氮气中的。本专利技术的目标是提供一种不采用膨胀透平机而能连续生产高纯度氮气的装置。为了达到完成上述的目标，本专利技术提供的用于生产高纯度氮气的装置包括一种用来压缩取自外界空气的压缩设备，一种除去来自该压缩设备的压缩空气中的二氧化碳和水的设备，一种热交换设备，使来自已除去二氧化碳和水的压缩空气能深度冷却到一低温温度，一台精馏塔用来使一部份来自该换热器的低温压缩空气得以液化，並收集在精馏塔的下部，纯的氮气则从精馏塔的上部取出，在精馏塔的上部，还有一个带有冷凝器的分凝器，一根供料导管，来引导收集在精馏塔下部的液化空气到分凝器去，用作冷却该分凝器的冷却介质，一根排气管用来将在分凝器中产生的已被气化了的液化空气排放到外界，一根第一回流液管用来引导在精馏塔中产生的一部份氮气到该冷凝器中，一根第二回流液管用来使冷凝器中产生的液氮，做为回流液返回到精馏塔，一个液氮贮罐用来贮存来自装置外部的液氮，一根导管用来引导液氮贮罐中的液氮到精馏塔中，一根取出管，用于取出产生的氮气，这一股纯氮气来自两方面，一方面来自精馏塔，另一方面来自在精馏塔中做冷却源的液氮使用后气化了的氮气，在精馏塔顶部有一钟罩形的穹顶，该穹顶装有一收集气体的设施和一根排放杂质气体的排放管，排放管一端连在该收集气体的设施上，另一端通向大气。不采用膨胀透平机生产高纯度氮气的本专利技术装置具有以下所述的效果。装置上虽然不采用膨胀透平机，但却应用了一种贮存液氮的设备，例如不带旋转元件的液氮贮罐。因此，整个装置没有旋转零件，所以不会出故障。此外，膨胀透平机价格昂贵，而液氮贮罐则不昂贵，而且不需要有特别的操作人员，再有，膨胀透平机是在极高的速度(达每分钟数千转)下驱动的(由收集在氮气精馏塔内的液化空气气化产生的气体压力驱动)，难于追随精细的负荷改变(即取出产品氮气的流率的改变)。因此也就很难按照取出产品氮气的变化。准确地变化提供给膨胀透平机的液化空气量，结果使做为氮气原料的压缩空气很难深冷到始终是恒定的温度。由此改变了产品氮气的纯度，因为低纯度的产品往往就会被取出而影响了产品总的质量。相反，由于本专利技术装置采用液氮贮罐来代替膨胀透平机，並采用可精细控制其供给量的液氮做冷却介质，生产装置也就可因负荷的变化而进行精细的调节，由此就能生产出纯度极高而又一直不变的氮气。再者，这一生产高纯度氮气的装置除了由于取消了膨胀透平机而有上述的效果外，还有如下的效果。因为精馏塔的穹顶是钟罩形的，钟罩形顶部装有收集气体的设施，而存在于氮气中的比重比氮气小得多的氢气和氦气，由于它们的乏重小，当氮气达到精馏塔上部而从取出管被取出时，氢气和氦气就与氮气分开，並沿钟罩形穹顶上升，而有效地被收集在收集气体的设施中。结果，从氮气取出管逸出的氮气，其纯度就变得很纯，而氢气和氦气做为杂质被除掉了。来自气体收集设施中的氢气和氦气经过不纯气体排放管排放到大气中。在本生产装置中，氢气和氦气是利用分子量的差别和产品氮气分离的。由于氢气和氦气的沸点都低于氮气，所以氢气和氦气同氮气的分离难于利用它们之间的沸点差来实现。附图说明图1是本专利技术的一个方案的工艺流程2是图1A-A′截面的放大剖视3是别的一种方案的主要部份的放大示意4是又一个方案的主要部份的放大示意5是又一个方案的工艺流程简6是图5所示方案的主要部份的放大透面视图。实施例图1展示的是本专利技术的一个方案。在图1中，标记数码9表示一台空气压缩机，10是一个油水分离器，11是一台氟利昂冷冻机，12是一对吸收塔。每一台吸收塔内填充有一种分子筛，用以吸收和除去从空气压缩机9送来的压缩空气中的CO2和H2O。8所指示的是一根管线，用来输送已被吸收因而不含CO2和H2O的压缩空气。13表示一台第一换热器，用以接受自一对吸收塔12来的不含CO2和水的压缩空气。第二换热器14接受来自第一换热器13的压缩空气。15是指一个精馏塔，其顶有一个带有冷凝器21a的分凝器21。在精馏塔中，在第一和第二换热器13和14中已被深冷到低温，並经管线17进入精馏塔的压缩空气在精馏塔中进一步地深冷，其中一部份压缩空气液化成液化空气18收集在精馏塔底部，而其中的氮则成气态汇集在精馏塔上部。装有液氮(高纯度产品)的液氮贮罐23通过输送管24a将液氮送进精馏塔15的上部，用做冷却引入塔中的压缩空气的冷却介质。现在详细地说明精馏塔15。精馏塔15的顶部是一钟罩形的穹顶20，穹顶20的中央向上凸起形成一个收集气体的设施22。排放管22a用于将聚集在该收集气体设施22中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一套产生高纯度氮气的装置，包括一种压缩取自外界空气的设备，一种脱除来自空气压缩设备压缩空气中的二氧化碳和水份的设备，一种将来自脱除设备的压缩空气深度冷却到低温的换热设备，一种精馏塔用于液化来自换热设备的一部份低温压缩空气，并把它收集在精馏塔的下部，而纯的氮气则从精馏塔的上部引出，生产装置中还包含一台安装在精馏塔上方，带有冷凝器的分凝器，一根输送管路，用于将收集在精馏塔下部的液态空气输送到分凝器，用作冷却上述分凝器的冷却介质，一根排放管，用于将在分凝器中的液态空气气化后的空气排向外界，一根带一回流液管，用于将在精馏塔产生的一部份氮气引入到上述的冷凝器，一根第二回流液管，将在冷凝器产生的液氮做为回流液返回精馏塔，一种液氮贮存设备，用以贮存由装置外部供来的液氮，一根导管用以将液氮贮存设备中的液氮导入精馏塔，一根出口管用以取出产品氮气，包括从精馏塔产生出来的纯氮气和在精馏塔里用做冷却源后的液氮气化后的氮气，一个位于精馏塔带有冷凝器的分凝器下面的钟罩形穹顶，一个安装在钟罩形穹顶顶部的气体收集设施，一根排放不纯气体的管路，其一端连在气体收集设施上，另一端通向大气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吉野明，
申请(专利权)人：空气及水株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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