本技術(shù)涉及一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前已有利用風光發(fā)電，結(jié)合電解水提供氫氣、空分制氮裝置提取氮氣，氫氣和氮氣作為合成氨原料氣進行合成氨，以滿足綠色化工行業(yè)的發(fā)展需求。

2、由于風或太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定，電解水制氫產(chǎn)量也隨之波動，作為合成氨需要的另一種原料氣——氮氣需求也是波動的。通常要求制氮裝置要能提供30%-120%的調(diào)負荷能力，以滿足合成氨的不間斷生產(chǎn)。

3、目前，市面上常見的低溫制氮裝置工藝流程主要分為單塔制氮和雙塔制氮，其中單塔制氮雖然結(jié)構(gòu)簡單，但產(chǎn)品提取率較低、產(chǎn)品單耗高，不適合大規(guī)模的用氮需求。而雙塔制氮流程氮提取率高，單位能耗較單塔制氮低，但液氮產(chǎn)量少，后備系統(tǒng)調(diào)峰供氮能力較弱，一般需要提高制氮規(guī)模以滿足用氣高峰需求，但在用氣需求低峰時要將多余氮氣放空。以上兩種空分制氮裝置的調(diào)負荷能力為75%-105%，與市場需求相差較大，在氮氣需求低峰時，只能通過將產(chǎn)品氮氣放空來解決低負荷工況，氮氣放散率較高，不利于經(jīng)濟有效運行。而為滿足高峰時氮氣的需求，需要設置更大容量的緩沖罐或采取后備系統(tǒng)液氮汽化來滿足需求，增加投資成本和運行能耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設計合理的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，能夠在不降低氮提取率、不加大氮氣放空的情況下，提供30%-120%的調(diào)負荷工況，調(diào)負荷工況變換簡單、響應迅速、工況變換后運行穩(wěn)定，能夠快速響應氮氣需求的變化，降低投資成本和運行能耗。

2、本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，包括低溫精餾單元；低溫精餾單元包括主換熱器、精餾塔一、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、精餾塔二、輔助冷凝蒸發(fā)器和液氮過冷器；主換熱器的熱流道出口與精餾塔一的進口連接，精餾塔一的液空出口與過冷器的熱流道進口連接，過冷器的熱流道出口與主冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接；精餾塔一的氣體出口分別與主冷凝蒸發(fā)器的入口和主換熱器的冷流道進口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔一上部相連；主冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與精餾塔二的氣體進口連接，主冷凝蒸發(fā)器的液體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接；精餾塔二的液空出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接，精餾塔二的氣體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體入口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔二上部連接；精餾塔二的液氮出口與精餾塔一的液體入口連接；輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與過冷器的冷流道進口連接，過冷器的冷流道出口與主換熱器的冷流道進口連接；精餾塔二的液氮產(chǎn)品抽口與液氮過冷器的熱流道入口連接；其特征在于：還包括液氮調(diào)負荷單元，液氮調(diào)負荷單元包括真空儲罐和液氮返注閥門；液氮過冷器的熱流道出口與真空儲罐的入口連接，真空儲罐的出口經(jīng)液氮返注閥門與精餾塔一的液體入口連接。

3、本實用新型還包括壓縮單元、預冷單元和純化單元，壓縮單元與預冷單元連接，預冷單元與純化單元連接，純化單元與低溫精餾單元連接。

4、本實用新型所述的壓縮單元包括空氣過濾器和空氣壓縮機，空氣過濾器與壓縮機連接，壓縮機與預冷單元連接。

5、本實用新型所述的預冷單元包括空冷塔、水冷塔和冷水機組；壓縮單元與空冷塔連接，空冷塔與純化單元連接；主換熱器與水冷塔連接，水冷塔與冷水機組連接，冷水機組的與空冷塔連接。

6、本實用新型所述的純化單元包括吸附器和電加熱器；吸附器與主換熱器連接，主換熱器與電加熱器連接，電加熱器與吸附器連接。

7、本實用新型所述的

8、精餾塔二的液氮出口通過液氮泵與精餾塔一頂部的液體入口連接。

9、本實用新型還包括膨脹機，主換熱器與膨脹機連接。

10、本實用新型所述的主換熱器、過冷器和液氮過冷器均為板翅式換熱器。

11、本實用新型所述的真空儲罐設置有2個，一個真空儲罐處于低壓，另一個真空儲罐處于工作壓力。

12、本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：

13、（1）制氮裝置變負荷能力可達30%-120%，能根據(jù)管網(wǎng)氮氣需求快速調(diào)整冷箱氮氣產(chǎn)量，減少氮氣放散率。

14、（2）通過本實用新型可以實現(xiàn)液氮返注：

15、可以在不改變進冷箱空氣量的條件下，通過返流注入液氮，增加精餾塔回流比，能夠提高氮提取率，增加氮氣產(chǎn)量。注入液氮量與氮氣產(chǎn)量的比值大小，可將制氮裝置的氮氣提取率提高2%-8%，增加的氮氣產(chǎn)量，一般是注入液氮量的1.5-2.5倍；

16、可以通過液氮返注，把液氮汽化冷量回收，降低裝置運行能耗，也可在膨脹氣量不變的情況下，讓空氣充分參與低溫精餾，提高分離效率，進一步提高氮產(chǎn)量。

17、（3）相比用氮高峰期用液氮后備系統(tǒng)汽化提供氮氣的方式，本實用新型方法取消后備系統(tǒng)汽化器設備，可以利用液氮直接調(diào)整精餾塔的回流比，工藝操作上更簡單可靠，反應更迅速，更經(jīng)濟和節(jié)能。據(jù)核算，500nm3/h的液氮通過精餾塔，冷箱氮氣產(chǎn)量可增加1000nm3/h。

技術(shù)特征：

1.一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，包括低溫精餾單元；低溫精餾單元包括主換熱器、精餾塔一、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、精餾塔二、輔助冷凝蒸發(fā)器和液氮過冷器；主換熱器的熱流道出口與精餾塔一的進口連接，精餾塔一的液空出口與過冷器的熱流道進口連接，過冷器的熱流道出口與主冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接；精餾塔一的氣體出口分別與主冷凝蒸發(fā)器的入口和主換熱器的冷流道進口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔一上部相連；主冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與精餾塔二的氣體進口連接，主冷凝蒸發(fā)器的液體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接；精餾塔二的液空出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進口連接，精餾塔二的氣體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體入口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔二上部連接；精餾塔二的液氮出口與精餾塔一的液體入口連接；輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與過冷器的冷流道進口連接，過冷器的冷流道出口與主換熱器的冷流道進口連接；精餾塔二的液氮產(chǎn)品抽口與液氮過冷器的熱流道入口連接；其特征在于：還包括液氮調(diào)負荷單元，液氮調(diào)負荷單元包括真空儲罐和液氮返注閥門；液氮過冷器的熱流道出口與真空儲罐的入口連接，真空儲罐的出口經(jīng)液氮返注閥門與精餾塔一的液體入口連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：還包括壓縮單元、預冷單元和純化單元，壓縮單元與預冷單元連接，預冷單元與純化單元連接，純化單元與低溫精餾單元連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的壓縮單元包括空氣過濾器和空氣壓縮機，空氣過濾器與壓縮機連接，壓縮機與預冷單元連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的預冷單元包括空冷塔、水冷塔和冷水機組；壓縮單元與空冷塔連接，空冷塔與純化單元連接；主換熱器與水冷塔連接，水冷塔與冷水機組連接，冷水機組的與空冷塔連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的純化單元包括吸附器和電加熱器；吸附器與主換熱器連接，主換熱器與電加熱器連接，電加熱器與吸附器連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的精餾塔二的液氮出口通過液氮泵與精餾塔一頂部的液體入口連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：還包括膨脹機，主換熱器與膨脹機連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的主換熱器、過冷器和液氮過冷器均為板翅式換熱器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，其特征在于：所述的真空儲罐設置有2個，一個真空儲罐處于低壓，另一個真空儲罐處于工作壓力。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮氣裝置，能夠在不降低氮提取率、不加大氮氣放空的情況下，提供30%?120%的調(diào)負荷工況，調(diào)負荷工況變換簡單、響應迅速、工況變換后運行穩(wěn)定，能夠快速響應氮氣需求的變化，降低投資成本和運行能耗。主換熱器與精餾塔一連接，精餾塔一與過冷器連接，過冷器與主冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔一與主冷凝蒸發(fā)器和主換熱器連接，主冷凝蒸發(fā)器與精餾塔一、精餾塔二和輔助冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔二與輔助冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔二與精餾塔一連接；輔助冷凝蒸發(fā)器與過冷器連接，過冷器與主換熱器連接；精餾塔二與液氮過冷器連接；液氮過冷器與真空儲罐連接，真空儲罐與精餾塔一連接。

技術(shù)研發(fā)人員：繆樟臻,丁傳琪,柳春來
受保護的技術(shù)使用者：中國空分工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240430
技術(shù)公布日：2024/12/19