高纯氮设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高纯氮设备，包括通过管路相互连接的预处理系统、精馏系统及若干储存器，所述精馏系统包括膨胀机，用于热交换的主换热器和过冷器，以及一个精馏塔；所述的精馏塔包括相互连通的下塔、上塔及冷凝蒸发器；本实用新型专利技术的有益效果主要体现在：由膨胀机提供循环的冷量，节能环保；精馏塔能同时生产液氮及两种压力的氮气，完全能满足市场的需要；而且本实用新型专利技术可以在根据空气量的多少而在多种工况条件下运行。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高纯氮设备，更具体地涉及采用低温精馏的方法 生产高纯度氮气的装置。
技术介绍
精馏作为一种传统的分离提纯手段已有上百年的历史，它被广泛应 用于冶金、化工、玻璃、电子等各个行业领域。高纯氮设备的原料是空 气，生产方法主要是低温精馏，生产过程中主要消耗的是电能。随着能 源的日愈紧张，能源价格的不断上涨，节能降耗是各行各业最为关注的 大事之一。许多行业的生产有周期性，有淡旺季，所以对氮气的需求量也有较 大的变化。 一般的高纯氮设备无法满足此要求，只能在用气量少时放空 一部份氮气，造成能源的浪费。还有一些行业需要两种不同压力的氮气，以满足不同的生产工艺的需 要。 一般的高纯氮设备只能生产一种压力的氮气，必须增加后处理设备才 能生产另一种压力的氮气，这样不仅增加了设备及建设的投资，还可能造 成后处理设备对氮气的损耗及二次污染。所以市场急需一种能同时生产两 种不同压力氮气且能够变工况运行的高纯氮设备。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述的技术问题，提供一种节能环保、且 能同时生产两种不同压力氮气的高纯氮设备。本技术的目的通过以下技术方案来实现一种高纯氮设备，包括通过管路相互连接的预处理系统、精馏系统及 若干储存器，所述精馏系统包括膨胀机，用于热交换的主换热器和过冷器，以及一个精馏塔；所述的精馏塔包括相互连通的下塔、上塔及冷凝蒸发器;所述的下塔设有经预处理系统纯化后的压縮空气的入口，所述下塔的 底部为富氧液空的出口，所述下塔的中部为中压氮气的出口，通过管路与 中压氮气存储器相连通，所述下塔的顶部为液氮的出口，通过管路与液氮 存储器相连通；所述的上塔的底部为富氧气的出口，通过管路与膨胀机相连，所述的 上塔的中部为富氧液空的入口，与下塔底部的富氧液空的出口相连通，所 述的上塔的顶部为液氮的入口及高纯氮的出口，通过管路与低压氮气存储 器相连通；所述的冷凝蒸发器与下塔的顶部相连通，用于将下塔中的部分氮气液 化，所述的冷凝蒸发器的另一侧通过管路与液氮存储器相连通。所述的预处理系统包括通过管路相互连接的空气过滤器、空气压縮 机、预冷机组、分子筛吸附器以及电加热器。进一步地，所述的上塔的顶部的液氮入口为两个。所述的精馏系统包 括有并联设置的两个膨胀机，都与上塔底部的富氧气出口相连通。再进一步地，所述的上塔顶部的高纯氮出口与低压氮气存储器之间的 管路穿过所述的过冷器和主换热器。所述的下塔顶部的液氮出口与液氮存 储器之间的管路穿过所述的过冷器。本技术的有益效果主要体现在由膨胀机提供循环的冷量，节能 环保；精馏塔能同时生产液氮及两种压力的氮气，完全能满足市场的需要； 而且本技术可以在根据空气量的多少而在多种工况条件下运行。以下结合附图对本技术技术方案作进一步说明图l:本技术高纯氮设备的示意图。其中1 预处理系统 2 精馏系统 3 消音器中压氮气存储器5低压氮气存储器6液氮存储器11空气过滤器12空气压縮机13预冷机组14分子筛吸附器15电加热器21透平膨胀机22主换热器23下塔24上塔25冷凝蒸发器26过冷器具体实施方式本技术的原理是利用空气中氧氮沸点的不同，采用低温精馏的方 法生产高纯度氮气。如附图说明图1所示，本技术的高纯氮设备，包括通过管路相互连接的预处理系统l、精馏系统2及若干储存器。所述的预处理系统1包括通过管 路相互连接的空气过滤器11、空气压縮机12、预冷机组13、分子筛吸附 器14以及电加热器15。所述精馏系统2包括两个相互并联的膨胀机21， 用于热交换的主换热器22和过冷器26，以及一个精馏塔。所述的精馏塔 包括相互连通的下塔23、上塔24及冷凝蒸发器25。所述的下塔23设有经预处理系统1纯化后的压縮空气的入口，所述 下塔23的底部为富氧液空的出口，所述下塔23的中部为中压氮气的出口， 通过管路与中压氮气存储器4相连通，所述下塔23的顶部为液氮的出口， 通过管路与液氮存储器6相连通；所述的下塔23顶部的液氮出口与液氮 存储器6之间的管路穿过所述的过冷器26。所述的上塔24的底部为富氧气的出口，通过管路与膨胀机21相连， 所述的上塔24的中部为富氧液空的入口 ，与下塔23底部的富氧液空的出 口相连通，所述的上塔24的顶部为两个液氮入口及一个高纯氮的出口， 通过管路与低压氮气存储器5相连通；所述的上塔24顶部的高纯氮出口 与低压氮气存储器5之间的管路穿过所述的过冷器26和主换热器22。所述的冷凝蒸发器25与下塔23的顶部相连通，用于将下塔23中的 部分氮气液化，所述的冷凝蒸发器25的另一侧通过管路与液氮存储器6相连通。下面简单叙述一下本技术生产高纯度氮气的流程。 空气经空气过滤器11除去灰尘及其他机械杂质后，在空气压縮机 12内被压縮，经过末级冷却器进行冷却及清除油水，然后进入预冷机组13冷却、分离掉游离水后进入纯化器，被活性氧化铝和分子筛吸附器14 除去水份、二氧化碳。纯化后的压縮空气进入主换热器22与返流的氮气、富氧气进行热交 换后进入下塔23底部。在下塔23中，空气被初步分离成高纯氮和富氧 液空，部分上升气氮从下塔23的中部流出经主换热器22复热后出冷箱 作为中压氮气产品，保存到中压氮气存储器4中；部分上升气氮在主冷 凝蒸发器25中液化，同时主冷凝蒸发器的低压侧富液氧被汽化。液氮分成三部分，从下塔顶部和主冷凝蒸发器25流出的液氮出冷箱 作为液氮产品，保存到液氮存储器6中。另一股液氮从下塔顶部引出，经 过冷器26被上塔流出的低压高纯氮气过冷后经节流送入上塔24顶部作回 流液，其余液氮作为下塔回流液。本技术上塔24采用两个液氮进料 口，可以根据不同的工况选择液氮进料口。本优选实施例可以在三种工况 下运行，加工的空气量分别为4000、 2500、 2750 Nm7h，而氮气的提取率 都在67%左右。所述下塔23的底部为富氧液空的出口，富氧液空经过冷 器26中过冷后经节流送入上塔24中部进行二次精馏。高纯度的压力大约为0.2MPa的氮气从上塔24顶部引出，并经过冷 器26、主换热器22复热后出冷箱作为低压氮气产品，保存到低压氮气 存储器5中。富氧气从上塔下部引出，在主换热器22中复热到膨胀前温度后进入 膨胀机21制取冷量，经主换热器再复热后出冷箱，进入到电加热器15， 作为分子筛吸附器14的再生气体。膨胀机21与分子筛吸附器14产生的 废气经消音器3处理后排入大气。本技术同时从下塔、上塔抽取产品氮气，氮气纯度均达到GB/T8980-1996《高纯氮》标准的要求，同时满足用户对不同压力氮气 的需求。无需为了获得另一种压力的氮气而增加后处理设备，不仅防止 了产品氮气在后处理过程中的损耗及被二次污染，还减少了设备的投资。上塔采用两个液氮进料口，可根据不同的工况来选择液氮进料口，从 而使精馏塔能适应50%至120%的操作弹性负荷。采用此技术后，本设备 很好的解决了大范围变工况运行这一难点，用户可根据氮气用量的大小来 调整高纯氮设备的运行工况，解决了一般高纯氮设备减负荷运行时只能放 空一部份气体的问题，从而也达到了节能的效果。本技术尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换 而形成的所有技术方案，均落在本技术要求保护的范围之内。权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯氮设备，包括通过管路相互连接的预处理系统（１）、精馏系统（２）及若干储存器，其特征在于：所述精馏系统（２）包括膨胀机（２１），用于热交换的主换热器（２２）和过冷器（２６），以及一个精馏塔；　所述的精馏塔包括相互连通的下塔（２３ ）、上塔（２４）及冷凝蒸发器（２５）；　所述的下塔（２３）设有经预处理系统（１）纯化后的压缩空气的入口，所述下塔（２３）的底部为富氧液空的出口，所述下塔（２３）的中部为中压氮气的出口，通过管路与中压氮气存储器（４）相连通，所述下塔（２ ３）的顶部为液氮的出口，通过管路与液氮存储器（６）相连通；　所述的上塔（２４）的底部为富氧气的出口，通过管路与膨胀机（２１）相连，所述的上塔（２４）的中部为富氧液空的入口，与下塔（２３）底部的富氧液空的出口相连通，所述的上塔（２４）的 顶部为液氮的入口及高纯氮的出口，通过管路与低压氮气存储器（５）相连通；　所述的冷凝蒸发器（２５）与下塔（２３）的顶部相连通，用于将下塔（２３）中的部分氮气液化，所述的冷凝蒸发器（２５）的另一侧通过管路与液氮存储器（６）相连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林芳，史宏伟，
申请(专利权)人：苏州制氧机有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]