CN101700878B - 一种氮气纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮气纯化方法，该方法中混有氧气杂质的氮气、氢气通过管道输入除氧器中，在除氧器中氮气中的氧气可与氢气燃烧反应生成水，混有水蒸气的氮气经多级冷却器的冷却除水、冷干机的冷冻干燥、汽水分离器的脱水、多级干燥器的干燥除水后，氮气的露点温度可降至-80度左右，此时氮气中几乎无水，最后，氮气再经过滤器去除粉尘、颗粒物等杂质后，可得到纯度为99.999％的氮气。

Description

一种氮气纯化方法

技术领域

本发明涉及一种氮气纯化方法。

背景技术

由压缩空气经变压吸附制得的氮气中通常混有氧气杂质，氮气纯度一般为97％-99.5％，为获得高纯度99.999％以上的氮气，通常要加氢纯化，即在钯触媒的作用下两份氢气和一份氧气燃烧，反应生成水，然后除去氮气中的反应产物水，即可获得高纯氮气。在现有的纯化工艺方法中，如图1所示，混有氧气杂质的氮气和氢气通过输入管道进入预混罐6’中，在预混罐6’内氮气中的氧气和氢气充分混合，氢气的加入量是手动调节阀门控制的，在氮气的输入管道上有流量计、压力表、氧含量分析仪，根据流量参数、压力参数、纯度参数，可手工计算出氮气中氧气的含量，由此得到需要的加氢量。混有氧气杂质的氮气和氢气充分混合得到的混合气接着进入除氧器1’，在除氧器1内，氢气和氧气燃烧反应生成水，通过燃烧去除掉氮气中的氧气杂质，但是在氮气中存在反应产物水，含水的氮气进入冷却器2’，因为氢氧反应是放热的，则氮气的温度较高，冷却器2’冷却氮气至常温，并可以将氮气中的一部分水冷却成液态，脱除下来，接着氮气送入冷干机3’中，冷干机3’对氮气冷冻干燥，进一步脱水，降低氮气中的含水量，然后氮气又被送入干燥器4’中，干燥器4’中采用吸附剂分子筛吸水，进一步降低氮气中的含水量，经过干燥器4’后氮气中的含水量或者说露点温度为-20度左右，最后氮气再经过滤器5’过滤掉粉尘、颗粒杂质，即得到纯化后的氮气，用上述现有方法制得的氮气因冷却干燥脱水不充分，其含水量仍较高，无法得到高纯氮气。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却干燥脱水充分的氮气纯化方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种氮气纯化方法，该方法包括以下步骤：

(1)混有氧气杂质的氮气、氢气通过管道输入除氧器中，所述除氧器有多个，所述多个除氧器依次相顺序串接；

(2)氮气经多级除氧后，输入冷却器中，所述冷却器有多个，所述多个冷却器依次相顺序串接；

(3)氮气经多级除水后，输入冷干机中，对氮气冷冻脱水；

(4)然后氮气进入汽水分离器中，进一步脱水；

(5)接着氮气进入干燥器中，所述干燥器有多个，分成两组，所述两组干燥器交替循环工作，每组内有多个干燥器，该多个干燥器依次相顺序串接；

(6)氮气经干燥后，过滤，去除杂质，即得到纯化后的氮气。

在上述步骤(1)中，氮气输入的管道上设有流量计、压力传感器、氧含量分析仪，氢气输入的管道上设有质量流量控制器，所述质量流量控制器上连接主控制器，所述流量计、所述压力传感器、所述氧含量分析仪均与所述主控制器相通信，流量计送出的流量信号、压力传感器送出的压力信号、氧含量分析仪送出的纯度信号传输至主控制器，该主控制器发出控制信号至所述质量流量控制器，控制所述质量流量控制器上阀门的开度。

由于本发明采用了以上的技术方案，其优点如下：在除氧器中氮气中的氧气可与氢气燃烧反应生成水，混有水蒸气的氮气经多级冷却器的冷却除水、冷干机的冷冻干燥、汽水分离器的脱水、多级干燥器的干燥除水后，氮气的露点温度可降至-80度左右，此时氮气中几乎无水，最后，氮气再经过滤器去除粉尘、颗粒物等杂质后，可得到纯度为99.999％的氮气。

附图说明

附图1为现有技术的氮气纯化方法的流程图；

附图2为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步阐述本发明。

一种氮气纯化方法，该方法包括以下步骤：(1)混有氧气杂质的氮气、氢气通过管道输入除氧器1中，除氧器有多个，多个除氧器1依次相顺序串接；(2)氮气经多级除氧后，输入冷却器2中，冷却器有多个，多个冷却器2依次相顺序串接；(3)氮气经多级除水后，输入冷干机3中，对氮气冷冻脱水；(4)然后氮气进入汽水分离器4中，进一步脱水；(5)接着氮气进入干燥器5中，干燥器有多个，分成两组，两组干燥器5交替循环工作，每组内有多个干燥器，该多个干燥器5依次相顺序串接；(6)氮气经干燥后，过滤，去除杂质，即得到纯化后的氮气。

在图2中，混有氧气杂质的氮气、氢气通过各自的管道输入除氧器1中，除氧器有两个，该两个除氧器1相串接，用于两级除氧，在除氧器1内，氢气和氧气燃烧生成水，设计两级除氧器1，可以让氢气和氧气在触媒的作用下充分燃烧反应，由于该燃烧反应会产生大量的热，因此混有水蒸气的氮气温度很高，除氧器的下游连着冷却器2，冷却器有两个，相串接，用于两级冷却脱水，冷却器上通过工业循环水冷却，可对氮气降温，氮气的露点温度一般可降温至30度，部分水蒸气冷凝下来成为液态水排出，冷却器的下游连有冷干机3，冷干机是根据冷冻除湿原理，将氮气强制通过蒸发器进行热交换而降温，使氮气中气态的水经过等压冷却，凝结成液态的水，通过自动排水器排出系统外。经过冷干机3对氮气的冷冻干燥，氮气的露点温度可下降至-17度左右，冷干机3的下游连有汽水分离器4，汽水分离器4中设有不锈钢丝网，氮气经过不锈钢丝网，部分水会冷凝在不锈钢丝网上，实现对氮气的进一步脱水，此时氮气的露点温度一般为-60度。汽水分离器4的下游连有干燥器5，干燥器5一共有四个，分成两组，每组两个，图2中两个干燥器为吸干机塔和干燥器，吸干机塔中填充有吸附剂三氧化二铝，干燥器中填充有吸附剂分子筛，氮气从汽水分离器4中输出送入吸干机塔和干燥器中，吸附剂进一步吸收氮气中的水份，从干燥器中输出氮气的露点温度一般为-80度，实现对氮气的深度脱水，此时氮气中的水已经基本脱除，最后氮气再经过滤器6过滤，在前序的步骤中，氮气在经过管道、吸附剂的表面时，可能会混入杂质、粉尘、颗粒物等，因此需要过滤，过滤器6脱除氮气中的杂质，提高氮气的洁净度，此时可得到清洁的氮气，氮气的纯度可达到99.999％。在上述的干燥器5中，两组干燥器，一组工作时，另一组再生，再生时只要在干燥器5中通入干燥的氮气，可使吸附剂中的水份脱离，吸附剂可重新使用，吸附水份。

在上述步骤(1)中，氮气输入的管道上设有流量计7、压力传感器8、氧含量分析仪9，氢气输入的管道上设有质量流量控制器10，质量流量控制器10上连接主控制器，流量计7、压力传感器8、氧含量分析仪9均与主控制器相通信，流量计7送出的流量信号、压力传感器8送出的压力信号、氧含量分析仪9送出的纯度信号传输至主控制器，该主控制器发出控制信号至质量流量控制器10，控制质量流量控制器10上阀门的开度，即精确控制氢气的输入量，实现氢氧的精确配比，保证氢气和氧气充分燃烧。如果氮气中的氧气含量发生了波动，则相应的，流量计7送出的流量信号、压力传感器8送出的压力信号、氧含量分析仪9送出的纯度信号会发生瞬时变化，主控制器会根据变化的信号及时发出相应的控制信号给质量流量控制器10，质量流量控制器10调节阀门的开度，及时调整氢气的输入量，以保证氢氧的配比。氮气中的氧气含量变化可自动反馈导致配氢量的变化，防止氢氧反应时配比的不协调造成氮气中混入过量的氧气或者氢气，降低氮气的纯度。

Claims (1)

1.一种氮气纯化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)混有氧气杂质的氮气、氢气通过管道输入除氧器中，所述除氧器有多个，所述多个除氧器依次相顺序串接，在所述除氧器内所述氧气杂质和所述氢气进行燃烧反应生成水；

(2)氮气经多级除氧后，输入冷却器中，所述冷却器有多个，所述多个冷却器依次相顺序串接；

(3)氮气经多级除水后，输入冷干机中，对氮气冷冻脱水；

(4)然后氮气进入汽水分离器中，进一步脱水；

(5)接着氮气进入干燥器中，所述干燥器有多个，分成两组，所述两组干燥器交替循环工作，每组内有多个干燥器，该多个干燥器依次相顺序串接；

(6)氮气经干燥后，过滤，去除杂质，即得到纯化后的氮气；

在上述步骤(1)中，氮气输入的管道上设有流量计、压力传感器、氧含量分析仪，氢气输入的管道上设有质量流量控制器，所述质量流量控制器上连接主控制器，所述流量计、所述压力传感器、所述氧含量分析仪均与所述主控制器相通信，流量计送出的流量信号、压力传感器送出的压力信号、氧含量分析仪送出的纯度信号传输至主控制器，该主控制器发出控制信号至所述质量流量控制器，控制所述质量流量控制器上阀门的开度。

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