CN104048478B - 高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备及其提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高提取率和低能耗污氮提纯氮气的方法，包括如下步骤：污氮气进入主塔后,在主塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质,在塔顶抽出一部分压力污氮气经过主换热器复热后作为产品；从主塔底部出来的污液氮进过过冷器过冷后，主塔冷凝器蒸发出来的污氮气送人副塔，此污氮气在副塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，塔顶产生的污氮气经过副塔冷凝器冷凝，冷凝后的液体一部分返回副塔作为回流液，另一部分液体打入主塔作为回流液；副塔冷凝器蒸发出来的污氮气经过过冷器和主换热器复热后送入污氮压缩机回收利用。本发明采用污氮气比采用空气制取的氮气高，其氮气提取率高达90%以上。

Description

高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备及其提取方法
技术领域
本发明涉及属于工业气体制造领域，尤其涉及一种高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备及其提取方法。
背景技术
用户原先投有空分装置，其原先的空分装置无法生产氮气或者原有的氮气产量无法满足生产需求，如果再单独投资一套制氮装置，其投资成本和运行成本都较高，因此考虑发明了污氮气废气回收再提纯的制氮装置。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术存在的缺陷和不足，提供一种工艺先进、投资和运行成本低、提取率高、节能降耗的高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备及其提取方法。
为解决上述技术问题，本发明的污氮气提纯氮气的设备，包括污氮气压缩机、连接在污氮气压缩机上的主换热器、连接在主换热器上的主塔、连接在主塔上的副塔和过冷器，所述主塔上设有主塔冷凝器，所述副塔上设有副塔冷凝器，所述污氮气压缩机的污氮气出口通过管道与主换热器的污氮气进口连接，所述主换热器的污氮气出口通过管道与主塔的污氮气进口连接，所述主塔的纯氮气出口通过管道与主换热器的纯氮气进口连接，所述主塔的污液氮出口通过管道与过冷器的污液氮进口连接，所述过冷器的污液氮出口分别通过管道与主塔冷凝器的污液氮进口和副塔冷凝器的污液氮进口连接，所述副塔的污液氮出口通过管道与副塔冷凝器的污液氮进口连接，所述主塔冷凝器的污氮气出口通过管道与副塔的污氮气进口连接，所述副塔冷凝器的污氮气出口通过管道依次穿过过冷器和主换热器后与污氮气压缩机的污氮气进口连接，所述主塔冷凝器的纯液氮出口通过管道与主塔的纯液氮进口连接，所述副塔冷凝器的纯液氮出口分别通过管道与副塔的纯液氮进口和主塔的纯液氮进口连接。
优选地，所述主塔的纯氮气出口还通过管道与主塔冷凝器的纯氮气进口连接，所述副塔的纯氮气出口通过管道与副塔冷凝器的纯氮气进口连接。
为解决上述技术问题，本发明的污氮气提纯氮气的方法，包括下述步骤：
a)污氮气经过压缩机压缩后引入主换热器通过返流气体低温到一定温度后送入主塔；
b)污氮气进入主塔后,在主塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质,在塔顶抽出一部分压力氮气经过主换热器复热后作为产品；
c)从主塔底部出来的污液氮进过过冷器过冷后，一部分送入主塔冷凝器，主塔冷凝器蒸发出来的污氮气送入副塔，此污氮气在副塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，塔顶产生的纯氮气经过副塔冷凝器冷凝，冷凝后的液体一部分返回副塔作为回流液，另一部分液体打入主塔作为回流液；
d)另一部分过冷器过冷出来的污液氮混合副塔底部出来的污液氮送入副塔冷凝器，副塔冷凝器蒸发出来的污氮气经过过冷器和主换热器复热后送入污氮气压缩机回收利用；
e)为了维持冷量的平衡，在主塔的顶部灌入一部分液氮作为主塔回流液去维持冷量。
优选地，用户排放的污氮气废气作为原料气；主塔和副塔的冷凝器冷源采用主塔底部生产出来的污液氮；主塔的冷凝器蒸发出来的污氮气作为副塔的气源；副塔的冷凝器中冷凝出来的液体一部分返回主塔作为回流液；冷量直接用液氮补充维持，取消了膨胀机制冷。
本实用新型中传热传质的液体在塔顶部时为普通液氮，其通过塔板传热传质后，到塔底部变成富氧污液氮。
本发明利用污氮气作为原料气，因为污氮气中比空气中含氮量高，因此同样规模的制氮装置，采用污氮气比采用空气制取的氮气高，采用此工艺流程，其氮气提取率高达90％以上。
本发明在原先空分装置的基础上增加了污氮气提纯氮气的设备，污氮气作为废气排放的再回收利用主塔底部生产出的污液氮，一部分作为主塔冷凝器的冷源，主塔冷凝器蒸发出来的污氮气作为副塔的原料气，这样从而降低了主塔冷凝器的蒸发侧温度，降低空压机组排气压力，从而有效的降低了能耗指标。
附图说明
图1为本发明的污氮气提纯氮气设备的工艺流程图。
图中标记：1.污氮气压缩机，2.主换热器，3.主塔，4.主塔冷凝器，5.过冷器，6.副塔，7.副塔冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于下述实施例。
如图1所示，一种高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备，包括污氮气压缩机1、连接在污氮气压缩机1上的主换热器2、连接在主换热器2上的主塔3、连接在主塔3上的副塔6和过冷器5，主塔3上设有主塔冷凝器4，副塔6上设有副塔冷凝器7，污氮气压缩机1的污氮气出口通过管道与主换热器2的污氮气进口连接，主换热器2的污氮气出口通过管道与主塔3的污氮气进口连接，主塔3的纯氮气出口通过管道与主换热器2的纯氮气进口连接，主塔3的污液氮出口通过管道与过冷器5的污液氮进口连接，过冷器5的污液氮出口分别通过管道与主塔冷凝器4的污液氮进口和副塔冷凝器7的污液氮进口连接，副塔6的污液氮出口通过管道与副塔冷凝器7的污液氮进口连接，主塔冷凝器4的污氮气出口通过管道与副塔6的污氮气进口连接，副塔冷凝器7的污氮气出口通过管道依次穿过过冷器5和主换热器2后与污氮气压缩机1的污氮气进口连接，主塔冷凝器4的纯液氮出口通过管道与主塔3的纯液氮进口连接，副塔冷凝器7的纯液氮出口分别通过管道与副塔6的纯液氮进口和主塔3的纯液氮进口连接。主塔3的纯氮气出口还通过管道与主塔冷凝器4的纯氮气进口连接，副塔6的纯氮气出口通过管道与副塔冷凝器7的纯氮气进口连接。
本发明图中CWN为污氮气压缩机；E1为主换热器；C1为主塔；K1为主塔冷凝器；E2为过冷器；C2为副塔；K2为副塔冷凝器。该些部件均为现有技术中制作氮气设备的常用部件，故不对该些部件做进一步展开描述。
本发明的污氮气提纯氮气工艺流程如下：
从用户原有空分排放出来的污氮气废气混合本装置返回的污氮气晶氮压机压缩后进入主换热器，被返流气体冷却至接近露点温度后进入主塔底部。在主塔内，经过精馏，在塔顶获得纯氮气，塔底获得富氧污液氮。富氧污液氮经过过冷器过冷后一部分节流进入主塔冷凝器与氮气相变换热，富氧污液氮蒸发为污氮气，氮气冷凝后作为主塔回流液。
由主塔冷凝器顶部蒸发的污氮气进入副塔底部，经过精馏，在塔顶获得低压纯氮气，塔底获得富氧污液氮。污液氮与高压塔底部经过冷器过冷节流后的剩余部分污液氮混合后进入副塔冷凝器与氮气相变换热，富氧污氮气蒸发为低压污氮气，氮气冷凝后部分作为副塔回流液，其余部分经液氮泵增压后进入主塔顶部辅助精馏。
产品氮气从主塔塔顶引出，经主换热器复热后出冷箱，直接进入用户氮气管网。
由副塔冷凝器顶部引出的低压污氮气经过冷器和主换热器复热后出冷箱，返回氮压机进口作为原料气。
装置的冷量是由液氮维持。补充的纯液氮进入冷箱内的主塔顶部提供冷量，同时辅助精馏。

Claims (4)

1.一种高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备，其特征在于：其包括污氮气压缩机、连接在污氮气压缩机上的主换热器、连接在主换热器上的主塔、连接在主塔上的副塔和过冷器，所述主塔上设有主塔冷凝器，所述副塔上设有副塔冷凝器，所述污氮气压缩机的污氮气出口通过管道与主换热器的污氮气进口连接，所述主换热器的污氮气出口通过管道与主塔的污氮气进口连接，所述主塔的纯氮气出口通过管道与主换热器的纯氮气进口连接，所述主塔的污液氮出口通过管道与过冷器的污液氮进口连接，所述过冷器的污液氮出口分别通过管道与主塔冷凝器的污液氮进口和副塔冷凝器的污液氮进口连接，所述副塔的污液氮出口通过管道与副塔冷凝器的污液氮进口连接，所述主塔冷凝器的污氮气出口通过管道与副塔的污氮气进口连接，所述副塔冷凝器的污氮气出口通过管道依次穿过过冷器和主换热器后与污氮气压缩机的污氮气进口连接，所述主塔冷凝器的纯液氮出口通过管道与主塔的纯液氮进口连接，所述副塔冷凝器的纯液氮出口分别通过管道与副塔的纯液氮进口和主塔的纯液氮进口连接。
2.根据权利要求1所述的一种高提取率和低能耗污氮气提纯氮气的设备，其特征在于：所述主塔的纯氮气出口还通过管道与主塔冷凝器的纯氮气进口连接，所述副塔的纯氮气出口通过管道与副塔冷凝器的纯氮气进口连接。
3.一种运用如权利要求2所述的设备对污氮气提纯氮气的方法，其特征在于：其包括下述步骤：
a)污氮气经过压缩机压缩后引入主换热器通过返流气体低温到一定温度后送入主塔；
b)污氮气进入主塔后,在主塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质,在塔顶抽出一部分压力氮气经过主换热器复热后作为产品；
c)从主塔底部出来的污液氮进过过冷器过冷后，一部分送入主塔冷凝器，主塔冷凝器蒸发出来的污氮气送入副塔，此污氮气在副塔从下而上在塔板或填料上与自上而下的液体进行传热传质，塔顶产生的纯氮气经过副塔冷凝器冷凝，冷凝后的液体一部分返回副塔作为回流液，另一部分液体打入主塔作为回流液；
d)另一部分过冷器过冷出来的污液氮混合副塔底部出来的污液氮送入副塔冷凝器，副塔冷凝器蒸发出来的污氮气经过过冷器和主换热器复热后送入污氮气压缩机回收利用；
e)为了维持冷量的平衡，在主塔的顶部灌入一部分液氮作为主塔回流液去维持冷量。
4.根据权利要求3所述的对污氮气提纯氮气的方法，其特征在于：用户排放的污氮气废气作为原料气；主塔和副塔的冷凝器冷源采用主塔底部生产出来的污液氮；主塔的冷凝器蒸发出来的污氮气作为副塔的气源；副塔的冷凝器中冷凝出来的液体一部分返回主塔作为回流液；冷量直接用液氮补充维持，取消了膨胀机制冷。
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