CN105758121A - 纯氮气制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纯氮气制备装置，它包括：预处理装置；用于接收所述预处理装置输出的空气的纯化器；精馏塔，所述精馏塔包括下塔、上塔；所述下塔的底部开设有用于承接自纯化器纯化后的饱和气体入口，所述下塔的内部设有塔板，所述下塔的顶部具有用于输入换热液的换热液孔，所述下塔的顶部设置有用于输出纯氮气的纯氮气出口。本发明采用上述结构，可以得到更为纯净的纯氮气。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气分离装置，尤其涉及一种纯氮气制备装置。
背景技术
空分设备常常以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻等方法可以把空气变成液态再经过精馏出液态气体，还可以从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体。在现有技术中，空分设备为了提高气体的纯度而做出不懈的努力。空分设备一般包括空压机、纯化器以及精馏塔。空压机，又称空气压缩机，一般就是提供气源动力，是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。纯化器（purifier）是气体液化过程中的一个重要设备。气体在制冷循环过程中逐步被冷却降温，在达到冷凝温度以前，气体中的杂质气体将凝结成固体而附着在管道及阀门等处，甚至进入膨胀机，最终使得液化器停止工作，所以在液化过程中安装纯化器，按杂质的类型采取化学方法或冷冻方法或物理吸附方法去除杂质，达到气体纯化的目的。精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
但是经过多年的实践发现，采用现有技术中常用的空分设备，仍然无法得到更为纯净的纯氮气。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种纯氮气制备装置，以得到更为纯净的纯氮气。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种纯氮气制备装置，其特征在于，它包括：
预处理装置，所述预处理装置包括沿空气的流动方向依序排布设置的空气过滤器、空压机、回热器、冷却器、预冷器，所述空压机包括沿空气的流动方向依序排布设置的第一级压缩机、第一级冷却装置、第二级压缩机、第二级冷却装置以及第三级压缩机，所述预冷器包括用于承接空气的空冷塔、以及用于向所述空冷塔输入冷水以进行换热的水冷塔；
用于接收所述预处理装置输出的空气的纯化器；
精馏塔，所述精馏塔包括下塔、上塔；
所述下塔的底部开设有用于承接自纯化器纯化后的饱和气体入口，所述下塔的内部设有塔板，所述下塔的顶部具有用于输入换热液的换热液孔，所述下塔的顶部设置有用于输出纯氮气的纯氮气出口。
优选地，所述塔板具有多个，多个所述塔板沿纵向布置，所述塔板上的换热孔自中间向上下端逐渐变大。
优选地，所述下塔的中部设置有污氮出口，所述污氮出口连接有一污氮过滤器，所述污氮过滤器的出口与所述下塔顶部的换热液孔相连通。。
优选地，所述空气过滤器为自洁式空气过滤器。
优选地，所述空压机用于将空气的温度压缩至1.0MPa。
优选地，所述冷却器用于将空气的温度预冷至40℃。
优选地，所述预冷器用于将空气压缩成为10℃，此时空气中的含水量降至10℃时的饱和含水量。
优选地，所述纯化器的滤芯包括吸附剂活性氧化铝和13X分子筛。
优选地，所述纯化器还包括一用于承接纯化后空气的冷箱，以将空气冷却至液化温度。
优选地，所述控制器包括两个分别与所述吸附筒相一一对应的开关装置，以控制所述吸附筒的通断，在所述吸附筒停止吸附时，所述加热器动作以驱使所述吸附筒内的滤芯恢复。
本发明采用上述结构，可以得到更为纯净的纯氮气。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明中的纯氮气制备装置的结构原理图。
以上附图的附图标记：10、预处理装置；11、空气过滤器；12、空压机；13、回热器；14、冷却器；15、预冷器；16、空冷塔；17、水冷塔；20、纯化器；21、吸附筒；22、加热器；23、控制器；30、精馏塔；31、下塔；310、塔板；311、纯氮气出口；312、换热液孔；313、污氮出口；32、上塔。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
本发明公开了一种纯氮气制备装置，它包括预处理装置10、纯化器20以及精馏塔30。
预处理装置10包括沿空气的流动方向依序排布设置的空气过滤器11、空压机12、回热器13、冷却器14、预冷器15，所述空压机12包括沿空气的流动方向依序排布设置的第一级压缩机、第一级冷却装置、第二级压缩机、第二级冷却装置以及第三级压缩机，所述预冷器15包括用于承接空气的空冷塔、以及用于向所述空冷塔输入冷水以进行换热的水冷塔。空气经自洁式空气过滤器11，除去空气中绝大部分灰尘等机械杂质后被空压机12吸入，经三级压缩，二次中间冷却，空气压力提高到1.0MPa，压缩空气进入回热器13、后冷却器14，被冷却到40℃左右。随后，压缩空气进入预冷器15。空气在空冷塔中与从水冷塔来的低温水进行热质交换，从40℃冷却到10℃。空气中的含水量也从40℃时的饱和含水量降低到10℃时的饱和含水量。也就是说，空气中的绝大部分水蒸汽被冷凝析出，并在空冷塔中除去，这将极大地改善下游纯化器20的工作条件。预冷器15采用分馏塔排出的废气（干燥）送入水冷塔进行热质交换，废气进入水冷塔底部与塔顶下流的冷却水传热传质，废气从水冷塔顶部排入大气，冷却水在塔底的温度可达20℃左右。该冷却水经泵升压后在冷水机组中被进一步冷却，然后分成两股，一股送入空冷塔顶部去冷却压缩空气，使出空冷塔空气温度约为10℃。一股去膨胀机A后冷却器14冷却增压后的空气。空气过滤器11为ZKG-500自洁式空气过滤器11。
纯化器20用于接收所述预处理装置10输出的空气。所述纯化器20包括内置有滤芯的吸附筒21，设置在吸附筒21外的加热器22、用于控制所述吸附筒21通断以及所述加热器22的纯化器控制器23。预冷除水后的压缩空气进入纯化器20的水分器中将空气中游离的水除去。之后经过纯化器20吸附筒21时，空气中的剩余水蒸汽及二氧化碳被吸附在吸附剂活性氧化铝和13X分子筛里。
精馏塔30，所述精馏塔30包括下塔31、上塔32。
所述下塔31的底部开设有用于承接自纯化器20纯化后的饱和气体，所述下塔31的内部设有塔板310，所述下塔31的顶部具有用于输入换热液的换热液孔312，所述下塔31的顶部设置有用于输出纯氮气的纯氮气出口311。
所述下塔的中部设置有污氮出口313，所述污氮出口313连接有一污氮过滤器，所述污氮过滤器的出口与所述下塔顶部的换热液孔312相连通。
从下塔31底部进入的饱和空气沿塔板310小孔上升，与从下塔31顶部逐块塔板310流下的液体在每一块塔板310上进行多次热量交换与质量交换，最后在下塔31顶部得到纯氮气，在塔底得到富氧液体空气。
下塔31顶部的纯氮气分成二股，一股经精氩蒸发器冷凝后通过阀进入精氩冷凝器，在精氩冷凝器里与氩气换热后进入主换热器经复热后作为产品氮气供给用户。另一股进入冷凝蒸发器被冷凝成纯液氮，一部分纯液氮被引回下塔31顶部作为下塔31回流液，以维持下塔31的精馏工况；另一部分纯液氮经液氮液污氮过冷器过冷后又分成二股，一股作为产品液氮经液氮过冷器过冷后一部分为产品液氮送出，另一部分经节流回到液氮过冷器去过冷液氮，之后与精氩冷凝器出来的氮气汇合后进入主换热器复热到常温作为产品氮气送出冷箱。另一股液氮经阀与出阀的液氮汇合后被送往精氩器325冷凝器作冷源。
从下塔31中部抽出污液氮。污液氮经液氮污液氮过冷器过冷节流后与液化换热器出来的污液氮汇合后送入上塔32顶部，作为上塔32的回流液。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纯氮气制备装置，其特征在于，它包括：
预处理装置，所述预处理装置包括沿空气的流动方向依序排布设置的空气过滤器、空压机、回热器、冷却器、预冷器，所述空压机包括沿空气的流动方向依序排布设置的第一级压缩机、第一级冷却装置、第二级压缩机、第二级冷却装置以及第三级压缩机，所述预冷器包括用于承接空气的空冷塔、以及用于向所述空冷塔输入冷水以进行换热的水冷塔；
用于接收所述预处理装置输出的空气的纯化器；
精馏塔，所述精馏塔包括下塔、上塔；
所述下塔的底部开设有用于承接自纯化器纯化后的饱和气体入口，所述下塔的内部设有塔板，所述下塔的顶部具有用于输入换热液的换热液孔，所述下塔的顶部设置有用于输出纯氮气的纯氮气出口。
2.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述塔板具有多个，多个所述塔板沿纵向布置，所述塔板上的换热孔自中间向上下端逐渐变大。
3.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述下塔的中部设置有污氮出口，所述污氮出口连接有一污氮过滤器，所述污氮过滤器的出口与所述下塔顶部的换热液孔相连通。
4.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述空气过滤器为自洁式空气过滤器。
5.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述空压机用于将空气的温度压缩至1.0MPa。
6.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述冷却器用于将空气的温度预冷至40℃。
7.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述预冷器用于将空气压缩成为10℃，此时空气中的含水量降至10℃时的饱和含水量。
8.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述纯化器的滤芯包括吸附剂活性氧化铝和13X分子筛。
9.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述纯化器还包括一用于承接纯化后空气的冷箱，以将空气冷却至液化温度。
10.根据权利要求1所述的纯氮气制备装置，其特征在于，所述控制器包括两个分别与所述吸附筒相一一对应的开关装置，以控制所述吸附筒的通断，在所述吸附筒停止吸附时，所述加热器动作以驱使所述吸附筒内的滤芯恢复。
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