高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置及制氮方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制氮技術，公開了一種高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置及制氮方法，包括預冷換熱器和與預冷換熱器連接的冷箱，冷箱包括主換熱器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、高溫增壓透平膨脹機；還包括制氮方法。本發(fā)明提高進入精餾塔的空氣的溫度，空氣處于過熱狀態(tài)再進入精餾塔，有利于精餾塔的精餾，提高氮氣提取率；高溫增壓透平膨脹機由于進氣溫度高，輸出功較大，利用輸出功增壓產品氮氣，降低了空壓機和精餾塔的操作壓力，從而空壓機的能耗得以降低、精餾塔的分離效果得到提高、氮氣提取率得以提高的目的。
【專利說明】高低溫雙膨化節(jié)能型制氮裝置及制氮方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及制氮技術，尤其涉及了一種高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置及制氮方 法。

【背景技術】
[0002] 目前氮氣產品需求量越來越大，特別是小型制氮裝置的能耗很難降低，如何降低 制氮裝置能耗至關重要。氮氣產品要求壓力越高，壓力污氮的量就越大，目前的一般做法是 壓力富氧空氣部分膨脹，其余壓力富氧空氣節(jié)流，膨脹機的輸出功增壓原料空氣或采用風 機制動放空；富氧液空不過冷，或是采用冷凝蒸發(fā)器出來的富氧空氣過冷。而采用常規(guī)的流 程制氮裝置的能耗較高，特別是在小型制氮裝置不產液氮的情況下，制氮裝置的流程已經 成型，制氮裝置的單耗更難降低。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中能耗高的缺點，提供了一種高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置 及制氮方法。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案得W解決：
[0005] 高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，包括預冷換熱器和與預冷換熱器連接的冷箱，冷 箱包括主換熱器、精觸培、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、高溫增壓透平膨脹機，主換熱器均與精觸 培、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、高溫增壓透平膨脹機、低溫膨脹機連接，精觸培均與冷凝蒸發(fā)器、 過冷器連接，冷凝蒸發(fā)器與過冷器連接。
[0006] 作為優(yōu)選，主換熱器包括第一管路、第二管路、第H管路、第四管路，過冷器包括第 五管路、第六管路、第走管路，精觸培設有入口、氣體輸出口和液體輸出口，冷凝蒸發(fā)器設有 入口、氣體輸出口和液體輸出口。
[0007] 作為優(yōu)選，高溫增壓透平膨脹機包括第一增壓端和第一膨脹端，第一增壓端與第 一膨脹端通過第一軸連接，第一增壓端包括進口端，第一增壓端的進口端與第一管路的出 口連接，第一管路的入口與精觸培的氣體輸出口連接。
[0008] 作為優(yōu)選，第一膨脹端包括進口端和出口端，第一膨脹端的進口端與第四管路的 出口連接，第一膨脹端的出口端通過管道與第八管路的入口連接，第一膨脹端的出口端通 過管道與第H管路的入口連接。
[0009] 作為優(yōu)選，第四管路的入口與第六管路的出口連接，第六管路的入口與冷凝蒸發(fā) 器的氣相輸出口連接。
[0010] 作為優(yōu)選，冷箱還包括低溫膨脹機，低溫膨脹機均與過冷器、主換熱器連接；低溫 膨脹機包括第二增壓端和第二膨脹端，第二增壓端與第二膨脹端通過第二軸連接，第二膨 脹端包括進口端和出口端，第二膨脹端的進口端通過管道與第四管路的出口連接，第二膨 脹端的出口端通過管路與第五管路的入口連接。
[0011] 作為優(yōu)選，第二管路的出口通過管路與精觸培的入口連接；第走管路的入口通過 管道與精觸培的液相輸出口連接，第走管路的出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器的入口連接，精 觸培的氣相輸出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器的入口連接，冷凝蒸發(fā)器的液相輸出口通過管道 與精觸培的培頂連接。
[0012] 作為優(yōu)選，第五管路的出口通過管道與第H管路的入口連接。
[0013] 作為優(yōu)選，還包括過濾器、與過濾器連接的空壓機和與預冷換熱器連接的純化裝 置，預冷換熱器與空壓機連接，預冷換熱器通過純化裝置與冷箱連接。
[0014] 高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮方法，包括W下步驟：
[0015] a.將原料空氣經過濾器過濾，過濾掉雜質后再進入空壓機，在空壓機中壓縮到 化ar至lObar，壓縮后進入預冷換熱器，在預冷換熱器中被冷卻并分離出游離水后，再進入 純化裝置；在純化裝置中清除掉水分和二氧化碳，得到凈化空氣；
[0016] b.將步驟a中得到的凈化空氣輸送到冷箱中的主換熱器進行冷卻，冷卻后進入 精觸培中進行精觸；從精觸培的氣相輸出口得到氮氣流股，該氮氣流股分為兩股，其中一股 氮氣流股經過主換熱器的復熱后再進入高溫增壓透平膨脹機的第一增壓端，經高溫增壓透 平膨脹機增壓后得到的氮氣流股作為產品供客戶使用；從精觸培的液相輸出口得到富氧液 空；
[0017] C.將步驟b中得到的富氧液空經過冷器過冷后再進入冷凝蒸發(fā)器中，在冷凝蒸 發(fā)器中富氧液空被汽化成壓力富氧空氣；壓力富氧空氣經過冷器復熱后再進入主換熱器 中，壓力富氧空氣經主換熱器復熱后分為兩股，其中一股壓力富氧空氣在主換熱器復熱至 110K-130K后進入低溫膨脹機中進行膨脹，膨脹后經過冷器復熱后得到富氧空氣；另一股 壓力富氧空氣在主換熱器上部引出進入高溫增壓透平膨脹機中進行膨脹，膨脹后得到富氧 空氣，將富氧空氣分成兩股，其中一股富氧空氣進入預冷換熱器進行冷卻后放空；另一股富 氧空氣與經過冷器復熱后的富氧空氣匯合得到富氧空氣后再進入主換熱器中進行復熱，復 熱后得到的富氧空氣流出冷箱進入純化裝置作為再生原料空氣。
[0018] 作為優(yōu)選，從精觸培的氣相輸出口得到氮氣流股，另一股氮氣流股進入冷凝蒸發(fā) 器被冷凝成液氮，液氮再返回到精觸培的培頂作為回流液參入精觸。
[0019] 本發(fā)明的制氮流程，提高進入精觸培的空氣的溫度，空氣處于過熱狀態(tài)再進入精 觸培，有利于精觸培的精觸，提高氮氣提取率；高溫增壓透平膨脹機由于進氣溫度高，輸出 功較大，利用輸出功增壓產品氮氣，降低了空壓機和精觸培的操作壓力，從而空壓機的能耗 得W降低、精觸培的分離效果得到提高、氮氣提取率得W提高的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的流程圖。
[0021] 附圖中各數字標號所指代的部位名稱如下：其中1 一過濾器、2-空壓機、3-預冷 換熱器、4 一純化裝置、5-冷箱、6-主換熱器、7-精觸培、8-冷凝蒸發(fā)器、9-過冷器、10-高溫增壓透平膨脹機、11-第一管路、12-第二管路、13-第H管路、14 一第四管路、15- 第五管路、16-第六管路、17-第走管路、18-第八管路、19-第九管路、20-低溫膨脹機、 21-第一增壓端、22-第二增壓端、23-第一膨脹端、24-第二膨脹端、25-第一軸、26-第 二軸。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0023] 實施例1
[0024] 高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，如圖1所示，圖中箭頭表示流股的流向，包括過濾 器1、與過濾器1通過管道連接的空壓機2、與空壓機2通過管道連接的預冷換熱器3、與預 冷換熱器3通過管道連接的純化裝置4、與純化裝置4通過管道連接的冷箱5,冷箱5包括 主換熱器6、精觸培7、冷凝蒸發(fā)器8、過冷器9、高溫增壓透平膨脹機10、低溫膨脹機20。
[00巧]主換熱器6包括第一管路11、第二管路12、第H管路13、第四管路14(圖1中從 右到左依次為第一管路11、第二管路12、第H管路13和第四管路14)。過冷器9包括第五 管路15、第六管路16、第走管路17(圖1中從右到左依次為第五管路15、第六管路16、第走 管路17)。預冷換熱器3包括第八管路18、第九管路19 (圖1中從右到左依次為第八管路 18、第九管路19)。
[002引精觸培7設有入口、氣體輸出口和液體輸出口。冷凝蒸發(fā)器8設有入口、氣體輸出 口和液體輸出口。
[0027] 高溫增壓透平膨脹機10包括第一增壓端21和第一膨脹端23,第一增壓端21與第 一膨脹端23通過第一軸25連接，第一增壓端21包括進口端和出口端，第一增壓端21的進 口端與主換熱器6的第一管路11的出口連接，主換熱器6的第一管路11的入口與精觸培 7的氣體輸出口連接；第一增壓端21的出口端上連接有管道，該管道上設有閥口。
[0028] 第一膨脹端23包括進口端和出口端，第一膨脹端23的進口端與主換熱器6的第 四管路14的出口連接，主換熱器6的第四管路14的入口與第六管路16的出口連接，第六 管路16的入口與冷凝蒸發(fā)器8的氣相輸出口連接。第一膨脹端23的出口端通過管道與第 八管路18的入口連接，第八管路18的出口連接有管道，第一膨脹端23的出口端通過管道 與第H管路13的入口連接，第H管路13的出口通過管道與純化裝置4連接。
[0029] 低溫膨脹機20包括第二增壓端22和第二膨脹端24,第二增壓端22與第二膨脹端 24通過第二軸26連接，第二膨脹端24包括進口端和出口端，第二膨脹端24的進口端通過 管道與第四管路14的出口連接，第二膨脹端24的出口端通過管路與第五管路15的入口連 接，第五管路15的出口通過管道與第H管路13的入口連接。
[0030] 第H管路13的出口通過管路與純化裝置4連接，第二管路12的入口通過管路與 純化裝置4連接，第二管路12的出口通過管路與精觸培7的入口連接；第走管路17的入口 通過管道與精觸培7的液相輸出口連接，第走管路17的出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器8的入 口連接，精觸培7的氣相輸出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器8的入口連接，冷凝蒸發(fā)器8的液相 輸出口通過管道與精觸培7的培頂連接。
[0031] 空壓機2通過管道與第九管路19的入口連接，第九管路19的出口通過管道與純 化裝置4連接。
[0032] 本發(fā)明的制氮裝置，增加了高溫增壓透平膨脹機10,使用預冷換熱器3代替預冷 機組，總體投資稍有增加、電耗明顯下降、用水量也有所降低。例如一套3000Nm3/h的壓 力9bar的制氮裝置，投資成本增加20萬元、電耗可W降低236kW、節(jié)水48t/h，電費年節(jié)約 236x0. 5x8500 = 96. 05萬元，按照一套裝置運行15年計算，節(jié)約電費為約為1440. 75萬元。 本發(fā)明的制氮裝置比常規(guī)裝置投資增加的費用在200000/(236x0. 5x24) = 70. 6天后即可 收回，經濟效益很客觀。具體比較見表一。
[0033] 本發(fā)明也可演變?yōu)椴恍璧蜏嘏蛎洐C20。
[0034] 本發(fā)明可根據用戶的實際產品情況，給預冷換熱器3增加一股制冷劑來冷卻進入 預冷換熱器3內的空氣。
[003引表一；串槪裝置能耗比較
[0036]

【權利要求】
1. 高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：包括預冷換熱器（3)和與預冷換熱器 (3)連接的冷箱（5)，冷箱（5)包括主換熱器（6)、精餾塔（7)、冷凝蒸發(fā)器（8)、過冷器（9)、 高溫增壓透平膨脹機（10)，主換熱器（6)均與精餾塔（7)、冷凝蒸發(fā)器（8)、過冷器（9)、高 溫增壓透平膨脹機（10)連接，精餾塔（7)均與冷凝蒸發(fā)器（8)、過冷器（9)連接，冷凝蒸發(fā) 器⑶與過冷器（9)連接。
2. 根據權利要求1所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：主換熱器（6) 包括第一管路（11)、第二管路（12)、第三管路（13)、第四管路（14)，過冷器（9)包括第五管 路（15)、第六管路（16)、第七管路（17)，精餾塔（7)設有入口、氣體輸出口和液體輸出口，冷 凝蒸發(fā)器（8)設有入口、氣體輸出口和液體輸出口。
3. 根據權利要求2所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：高溫增壓透平 膨脹機（10)包括第一增壓端（21)和第一膨脹端（23)，第一增壓端（21)與第一膨脹端（23) 通過軸（25)連接，第一增壓端（21)包括進口端，第一增壓端（21)的進口端與第一管路 (11)的出口連接，第一管路（11)的入口與精餾塔⑵的氣體輸出口連接。
4. 根據權利要求3所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：第一膨脹端 (23)包括進口端和出口端，第一膨脹端（23)的進口端與第四管路（14)的出口連接，第一膨 脹端（23)的出口端通過管道與第八管路（18)的入口連接，第一膨脹端（23)的出口端通過 管道與第三管路（13)的入口連接。
5. 根據權利要求2所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：第四管路（14) 的入口與第六管路（16)的出口連接，第六管路（16)的入口與冷凝蒸發(fā)器（8)的氣相輸出 口連接。
6. 根據權利要求1所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：冷箱（5)還包 括低溫膨脹機（20)，低溫膨脹機（20)均與過冷器（9)、主換熱器（6)連接。
7. 根據權利要求2所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：第二管路（12) 的出口通過管路與精餾塔（7)的入口連接；第七管路（17)的入口通過管道與精餾塔（7)的 液相輸出口連接，第七管路（17)的出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器（8)的入口連接，精餾塔（7) 的氣相輸出口通過管道與冷凝蒸發(fā)器（8)的入口連接，冷凝蒸發(fā)器（8)的液相輸出口通過 管道與精餾塔（7)的塔頂連接。
8. 根據權利要求1所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮裝置，其特征在于：還包括過濾器 (1)、與過濾器（1)連接的空壓機（2)和與預冷換熱器（3)連接的純化裝置（4)，預冷換熱器 (3)與空壓機（2)連接，預冷換熱器（3)通過純化裝置（4)與冷箱（5)連接。
9. 高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮方法，包括權利要求8所述的制氮裝置，其特征在于：包括 以下步驟： a. 將原料空氣經過濾器（1)過濾，過濾掉雜質后再進入空壓機（2)，在空壓機（2)中壓 縮到7bar至lObar，壓縮后進入預冷換熱器（3)，在預冷換熱器（3)中被冷卻并分離出游離 水后，再進入純化裝置（4);在純化裝置（4)中清除掉水分和二氧化碳，得到凈化空氣； b. 將步驟a中得到的凈化空氣輸送到冷箱（5)中的主換熱器（6)進行冷卻，冷卻后進 入精餾塔（7)中進行精餾；從精餾塔（7)的氣相輸出口得到氮氣流股，該氮氣流股分為兩 股，其中一股氮氣流股經過主換熱器（6)的復熱后再進入高溫增壓透平膨脹機（10)，經高 溫增壓透平膨脹機（10)增壓后得到的氮氣流股作為產品供客戶使用；從精餾塔（7)的液相 輸出口得到富氧液空； C.將步驟b中得到的富氧液空經過冷器（9)過冷后再進入冷凝蒸發(fā)器（8)中，在冷凝 蒸發(fā)器（8)中富氧液空被汽化成壓力富氧空氣；壓力富氧空氣經過冷器（9)復熱后再進入 主換熱器（6)中，壓力富氧空氣經主換熱器（6)復熱后分為兩股，其中一股壓力富氧空氣在 主換熱器（6)上部引出進入高溫增壓透平膨脹機（10)中進行膨脹，膨脹后得到富氧空氣， 將富氧空氣分成兩股，其中一股富氧空氣進入預冷換熱器（3)進行冷卻后放空；另一股富 氧空氣與經過冷器（9)復熱后的富氧空氣匯合得到富氧空氣后再進入主換熱器（6)中進行 復熱，復熱后得到的富氧空氣流出冷箱（5)進入純化裝置（4)作為再生原料空氣。
10.根據權利要求9所述的高低溫雙膨脹節(jié)能型制氮方法，其特征在于：從精餾塔（7) 的氣相輸出口得到氮氣流股，另一股氮氣流股進入冷凝蒸發(fā)器（8)被冷凝成液氮，液氮再 返回到精餾塔（7)的塔頂作為回流液參入精餾。
【文檔編號】F25J3/04GK104390427SQ201410561908
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權日:2014年10月21日
【發(fā)明者】阮家林, 董華艷, 葛浩俊, 冶小軍, 韓領先 申請人:杭州福斯達實業(yè)集團有限公司