專利名稱：高純氮設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高純氮設(shè)備，尤其涉及一種采用低溫精餾的方法生產(chǎn)高純氮的設(shè) 備。
背景技術(shù)：
氮氣是一種的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的工業(yè)氣體。其主要應(yīng)用在電子封裝/化學(xué)加工/照 明/熱處理/食品封裝/食品冷凍/金屬制造/玻璃生產(chǎn)/石油精煉/橡膠粉碎/生物制 藥等場合。目前的高純氮設(shè)備主要采用低溫精餾的方法生產(chǎn)高純氮。精餾作為一種傳統(tǒng)的分 離提純手段已有上百年的歷史，它被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、玻璃、電子等各個行業(yè)領(lǐng)域。高 純氮設(shè)備的原料是空氣，生產(chǎn)方法主要是低溫精餾，生產(chǎn)過程中主要消耗的是電能。當(dāng)今世界科技與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各行各業(yè)對氮的需求急增，用量越來越大，促使空 分設(shè)備越造越大，工藝流程越來越多。高純氮設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣，產(chǎn)品氮壓力、純度要 求各有不同。而帶液空過冷器的高純氮設(shè)備通常只采用膨脹后富氧氣來過冷液空，能耗較 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能環(huán)保，能耗低的高純氮設(shè)備。本發(fā)明的目的通過提供以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種高純氮設(shè)備，包括通過管路互相連接的預(yù)處理系統(tǒng)，純化系統(tǒng)和分餾塔，所 述分餾塔包括透平膨脹機(jī)，用于熱交換的主換熱器和過冷器，以及精餾塔和冷凝蒸發(fā)器，所 述精餾塔包括上塔和下塔，所述純化系統(tǒng)的出口經(jīng)管路連接到下塔的空氣入口，該管路經(jīng) 過主換熱器；所述下塔還設(shè)有用于供精餾產(chǎn)生的富氧液空流出的富氧液空出口，所述富氧 液空出口經(jīng)管路連接到所述純化系統(tǒng)，該管路經(jīng)過主換熱器；所述上塔設(shè)有氮氣出口，該出 口連接的管路經(jīng)過主換熱器。進(jìn)--步的，所述預(yù)處理系統(tǒng)包括依次連接的過濾器、空氣壓縮機(jī)和冷干機(jī)。
進(jìn)--步的，所述冷干機(jī)配置有三級除油過濾器。
進(jìn)--步的，所述純化系統(tǒng)包括分子篩吸附器和電加熱器。
進(jìn)--步的，所述分子篩加熱器為立式單層床結(jié)構(gòu)。
進(jìn)--步的，所述主換熱器包括主換熱器上部和主換熱器下部。
進(jìn)--步的，所述富氧液空出口連接的管路依次經(jīng)過過冷器、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、
主換熱器下部、透平膨脹機(jī)、過冷器、主換熱器下部、主換熱器上部，最后連接到純化系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述富氧液空出口連接的管路連接到純化系統(tǒng)的電加熱器。本發(fā)明通過將富氧的管路、原料空氣的管路、氮氣的管路同時連接至主換熱器， 使得富氧和氮氣的冷量得到充分利用，節(jié)能環(huán)保；同時將富氧送入膨脹機(jī)進(jìn)行制冷，結(jié)構(gòu) 合理、節(jié)約物料，流程配置簡單。本發(fā)明的高純氮設(shè)備具有高可靠性、低能耗。氮提取率
3^ 51% ；單位制氮能耗彡0. 35kff. h/Nm3N2。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明的具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。1空氣過濾器15分餾塔
3空氣壓縮機(jī)17透平膨脹機(jī)
5冷干機(jī)19主換熱器上部
7純化系統(tǒng)21主換熱器下部
9分子篩吸附器23過冷器
11電加熱器25精餾塔
13消音器27冷凝蒸發(fā)器
具體實施例方式本發(fā)明的原理是利用空氣中氧氮沸點的不同，采用低溫精餾的方法生產(chǎn)高純度氮氣。以下參照

本發(fā)明的具體實施例。如圖1，本發(fā)明的高純氮設(shè)備主要包括通過管路相互連接的預(yù)處理系統(tǒng)，純化系統(tǒng) 7和分餾塔15。所述的預(yù)處理系統(tǒng)包括通過管路互相連接的過濾器1、空氣壓縮機(jī)3，和冷干機(jī)5。 所述的冷干機(jī)5配置了高效的三級除油過濾器，保證其空氣出口含油量小于0. 003PPm,降 低了純化系統(tǒng)7的負(fù)荷，保證了純化系統(tǒng)7的安全高效運行。冷干機(jī)5的應(yīng)用還使得進(jìn)入 純化系統(tǒng)的空氣常壓露點小于_20°C，減少了純化系統(tǒng)吸附劑分子篩的用量，在降低冷干機(jī) 5功耗的同時降低了吸附劑再生的能耗，有利于節(jié)能。所述的純化系統(tǒng)7主要包括兩個分子篩吸附器9和電加熱器11。由于冷干機(jī)5的 采用，使得進(jìn)分子篩吸附器9的空氣常壓露點<-20°C，分子篩吸附器9吸附水分需要的吸 附劑用量太少，可采用立式單層床結(jié)構(gòu)形式。分子篩吸附器9使用部分分子篩吸附空氣中 余留的水份，大部分分子篩充分發(fā)揮其吸附C02及CnHm的功效，純化器可將空氣中C02及 H20的含量脫除至lPPm。分子篩吸附器采用正反流流通能力相近的且具備良好調(diào)節(jié)性能的 均壓閥門，保證裝置再生過程中工況的相對穩(wěn)定。兩臺分子篩吸附器9均用時序程序控制， 其中均壓閥采用分段控制，減少分子篩均壓過程引起的上塔波動。污氮放空閥采用預(yù)開式 控制，減少分子篩系統(tǒng)切換引起的精餾塔25的上塔波動。電加熱管形式有U型管、棒狀、管 束等結(jié)構(gòu)。所述的分餾塔15主要包括通過管路相互連通的兩個相互并聯(lián)的透平膨脹機(jī)17、 用于熱交換的主換熱器和過冷器26，精餾塔25，冷凝蒸發(fā)器27。其中主換熱器包括主換熱 器上部19和主換熱器下部21。精餾塔25包括上塔和下塔。下塔采用高效篩板塔，提升了 氮氣提取率，提取率的提高使得生產(chǎn)相同產(chǎn)量相同純度氮氣所需要的空氣量減少，從而極 大地降低了能耗。冷凝蒸發(fā)器27采用干式主冷，較為安全。以下詳述高純氮的制備流程。其主要包括原料空氣壓縮——空氣預(yù)冷干燥——空氣的凈化——空氣的冷卻——低溫精餾——廢氣膨脹制冷和產(chǎn)品復(fù)熱輸出。原料空氣經(jīng)空氣過濾器1過濾掉灰塵等雜質(zhì)，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)3壓縮到一定 的壓力后進(jìn)入冷干機(jī)5，冷干機(jī)5對輸入空氣進(jìn)行冷卻干燥后，將其輸出到純化系統(tǒng)7?？諝膺M(jìn)入到純化系統(tǒng)7的兩個分子篩吸附器9中，清除掉空氣中的水、二氧化碳、 乙炔以及其他碳?xì)浠衔铩＝?jīng)過進(jìn)一步凈化的原料空氣輸出到分餾塔15。原料空氣首先通過原料空氣管路進(jìn)入主換熱器，主換熱器還穿設(shè)有富氧管路和氮 氣管路。通過原料空氣管路，原料空氣依次經(jīng)過主換熱器上部19和主換熱器下部21，和經(jīng) 過富氧管路和氮氣管路流經(jīng)主換熱器的富氧和純氮進(jìn)行熱交換，被其冷卻后從精餾塔25 的下塔下部的空氣入口進(jìn)入精餾塔25。在精餾塔25中，原料空氣被分離為下塔底部的富氧 液空和上塔頂部的高純氮氣。高純氮氣的一部分作為產(chǎn)品氮氣直接從上塔的頂部氮氣開口 輸出，經(jīng)過氮氣管路進(jìn)入主換熱器與原料空氣進(jìn)行熱交換，將其冷卻，本身被復(fù)熱后作為產(chǎn) 品氮氣輸出。高純氮氣的另一部分從上塔的頂部開口經(jīng)管路輸出到冷凝蒸發(fā)器27，被流經(jīng) 冷凝蒸發(fā)器27的富氧液空冷凝成為液氮，作為精餾塔25的回流液經(jīng)管路回流到精餾塔25 的上塔，由上塔上的液氮入口進(jìn)入上塔。下塔底部的富氧液空從下塔下部的富氧液空出口輸出，經(jīng)富氧管路流經(jīng)過冷器23 后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器27進(jìn)行熱交換，升溫后再次流經(jīng)過冷器23，出過冷器23后流入主換熱器 下部21回收部分冷量，然后進(jìn)入透平膨脹機(jī)17，在透平膨脹機(jī)17中進(jìn)行膨脹制冷，膨脹后 的富氧氣流從透平膨脹機(jī)17輸出，進(jìn)入過冷器23中與富氧液空過冷后再次進(jìn)入主換熱器 進(jìn)行熱交換，將原料空氣冷卻，然后流入純化系統(tǒng)7的電加熱器11，隨之輸入分子篩吸附器 9作為再生氣體，透平膨脹機(jī)17中多余的富氧氣經(jīng)一個消音器13放出到空氣中。在本實施方式中精餾塔25得到的富氧液空和氮氣的冷量均通過主換熱器用于冷 卻原料空氣，能量利用率高。需要理解到的是上述說明并非是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行 的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種高純氮設(shè)備，包括通過管路互相連接的預(yù)處理系統(tǒng)，純化系統(tǒng)和分餾塔，所述分餾塔包括透平膨脹機(jī)，用于熱交換的主換熱器和過冷器，以及精餾塔和冷凝蒸發(fā)器，所述精餾塔包括上塔和下塔，其特征在于所述純化系統(tǒng)的出口經(jīng)管路連接到下塔的空氣入口，該管路經(jīng)過主換熱器；所述下塔還設(shè)有用于供精餾產(chǎn)生的富氧液空流出的富氧液空出口，所述富氧液空出口經(jīng)管路連接到所述純化系統(tǒng)，該管路經(jīng)過主換熱器；所述上塔設(shè)有氮氣出口，該出口連接的管路經(jīng)過主換熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)處理系統(tǒng)包括依次連接的 過濾器、空氣壓縮機(jī)和冷干機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述冷干機(jī)配置有三級除油過濾o
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述純化系統(tǒng)包括分子篩吸附器 和電加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述分子篩加熱器為立式單層床 結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述主換熱器包括主換熱器上部 和主換熱器下部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述富氧液空出口連接的管路依 次經(jīng)過過冷器、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、主換熱器下部、透平膨脹機(jī)、過冷器、主換熱器下部、主 換熱器上部，最后連接到純化系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純氮設(shè)備，其特征在于，所述富氧液空出口連接的管路連 接到純化系統(tǒng)的電加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高純氮設(shè)備，包括預(yù)處理系統(tǒng)，純化系統(tǒng)和分餾塔，所述分餾塔包括透平膨脹機(jī)，用于熱交換的主換熱器和過冷器，以及精餾塔和冷凝蒸發(fā)器，所述精餾塔包括上塔和下塔，所述純化系統(tǒng)的出口經(jīng)管路連接到下塔的空氣入口，該管路經(jīng)過主換熱器；所述下塔還設(shè)有用于供精餾產(chǎn)生的富氧液空流出的富氧液空出口，所述富氧液空出口經(jīng)管路連接到所述純化系統(tǒng)，該管路經(jīng)過主換熱器；所述上塔設(shè)有氮氣出口，該出口連接的管路經(jīng)過主換熱器。本發(fā)明通過將富氧的管路、原料空氣的管路、氮氣的管路同時連接至主換熱器，使得富氧和氮氣的冷量得到充分利用，節(jié)能環(huán)保；同時將富氧送入膨脹機(jī)進(jìn)行制冷，結(jié)構(gòu)合理、節(jié)約物料，流程配置簡單。
文檔編號F25J3/04GK101929790SQ20101025716
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者張小元, 胡玖益 申請人:蘇州制氧機(jī)有限責(zé)任公司