CN107345737A - 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法 - Google Patents

双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107345737A
CN107345737A CN201710425858.6A CN201710425858A CN107345737A CN 107345737 A CN107345737 A CN 107345737A CN 201710425858 A CN201710425858 A CN 201710425858A CN 107345737 A CN107345737 A CN 107345737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
nitrogen
tower
oxygen
double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710425858.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107345737B (zh
Inventor
顾群超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUZHOU OXYGEN PLANT CO Ltd
Original Assignee
SUZHOU OXYGEN PLANT CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUZHOU OXYGEN PLANT CO Ltd filed Critical SUZHOU OXYGEN PLANT CO Ltd
Priority to CN201710425858.6A priority Critical patent/CN107345737B/zh
Publication of CN107345737A publication Critical patent/CN107345737A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107345737B publication Critical patent/CN107345737B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04024Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of purified feed air, so-called boosted air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163Hot end purification of the feed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/46Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being oxygen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams

Abstract

本发明公开了一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机,包括通过管路互相连接的进气预处理装置和制氮装置,进气预处理装置包括空气过滤器、空气压缩机、预冷机组以及纯化器;制氮装置包括用于热交换的主换热器、用于冷却的过冷器、精馏塔、主冷凝蒸发器、辅冷凝蒸发器及膨胀机,精馏塔包括下塔、上塔,下塔设有空气入口,该空气入口通过管路并经过主换热器与纯化器连通。本发明还提供了一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,采用富氧液空在主冷凝蒸发器及辅冷凝蒸发器中逐级蒸发,实现在获得相等压力的高纯气氮产品下,与常规双塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机相比,能够降低空气压缩机排压、降低电耗,同时能够降低加工空气量,从而降低综合能耗。

Description

双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法
技术领域:
本发明涉及机械设备领域,尤其涉及一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法。
背景技术:
随着经济发展,科技研发民用工业,都离不开气体工业与低温技术,全球特别是中国的经济增长,使空气分离市场前景看好、形势乐观。石化、电子、化纤、多晶硅等工业的发展需要高纯氮气走越来越多。制氮设备属于国家鼓励发展的节能环保范畴。
氮气的化学性质不活泼,在平常的状态下有很大的惰性,不容易与其它物质发生化学反应。因此,氮气在玻璃、炼油、冶金、电子、化学工业中广泛地用来作为保护气,其应用前景非常广阔,是需求急速增长的一种工业气体。
随着氮气的广泛应用,对高纯氮的需求也越来越高,如专利申请号为“ZL201020297154.9”的专利文献中提供的技术方案采用其空气分离工艺流程,主要提供的是氮气压力为1-3barg的产品,当产品氮气压力每需要提高0.1barg,则空压机排气压力需相应提高0.2barg。如果用户需要氮气压力为3-4barg的产品,则需要更大压力的空缩压缩机,空气压缩机的能耗也随之增加,因此加工空气量增大,综合能耗也随之增加。
发明内容:
本发明旨在解决上述问题,提供一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法。
为达成上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机,包括通过管路互相连接的进气预处理装置和制氮装置,其中:
所述进气预处理装置包括依次通过管路连通的除去灰尘及机械杂质的空气过滤器、将外部空气进行压缩的空气压缩机、对空气压缩机输出的空气进行冷却的预冷机组以及净化预冷机组输出空气的纯化器;
所述制氮装置包括用于热交换的主换热器、过冷器、精馏塔、主冷凝蒸发器、与主冷凝蒸发器通过管路连通的辅冷凝蒸发器及膨胀机,其中:
所述精馏塔包括相互连通的下塔、上塔,主冷凝蒸发器设于下塔和上塔之间并与上塔连通;
所述下塔设有供空气进入的空气入口,该空气入口通过管路并经过主换热器与纯化器连通;
所述下塔、上塔分别设有第一回流液氮入口、第二回流液氮入口;所述主冷凝蒸发器、辅冷凝蒸发器分别设有第一液氮出口、第二液氮出口;所述下塔顶部还设有供分离后的气氮排出的第一气氮出口,第一气氮设有两条管路,其中一条管路与主冷凝蒸发器连通;另一条管路与辅冷凝蒸发器连通;主冷凝蒸发器的第一液氮出口的管路与辅冷凝蒸发器的第二液氮出口的管路汇合形成液氮汇集区;液氮汇集区设有两条管路,其中一条管路经过过冷器与第二回流液氮入口连通,另一条管路与第一回流液氮入口连通;
所述下塔底部还设有供富氧液空流出的第一富氧液空出口,其通过管路并经过过冷器与上塔上设置的第一富氧液空入口连通;
所述上塔顶部还设有供二次分离后的第二气氮出口,该第二气氮出口通过管路并经过过冷器、主换热器与高纯氮输出端连通;
所述主冷凝蒸发器还设有供富氧液空流出的第二富氧液空出口,其与辅冷凝蒸发器、主换热器、膨胀机通过管路依次连通;
所述膨胀机还设置有第三富氧空气出口,其通过管路并经过主换热器与纯化器连通,并且膨胀机入口与主换热器膨胀后通道之间设有旁通调节阀。
进一步的实施例中,主换热器还设置有污氮气输出的污氮气排出管。
进一步的实施例中,所述主冷凝蒸发器、辅冷凝蒸发器均设置有不凝气体排出管。
进一步的实施例中,所述过冷器与上塔上设置的第二回流液氮入口之间的管路上还设置有第一节流阀。
进一步的实施例中,所述过冷器与上塔上设置的第一富氧液空入口之间的管路上还设置有第二节流阀,所述主冷凝蒸发器富氧液空流出的第二富氧液空出口与辅冷凝蒸发器入口之间的管路上还设置有第三节流阀。
进一步的实施例中,所述纯化器包括分子筛吸附器和电加热器。
进一步的实施例中,所述双塔双冷凝返流膨胀制氮机还包括PLC远程监控系统。
根据本发明的改进,还提出一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,该方法包括:
原料空气经空气过滤器除去灰尘及机械杂质,然后在空气压缩机中被压缩到所需设定压力,被压缩的空气经预冷机组冷却,然后进入自动切换的纯化器清除水、二氧化碳和乙炔以及其它碳氢化合物,出纯化器的空气温度为20℃;
空气经过主换热器与返流气体换热,被冷却至液化温度,通过空气入口进入下塔参与空气分离;
下塔中的空气被初步分离成氮气和富氧液空;
下塔中的塔顶获得纯氮,气氮从第一气氮出口排出,分为两路:一路被主冷凝蒸发器冷凝成液氮从第一液氮出口流出,另一路被辅冷凝蒸发器冷凝成液氮从第二液氮出口流出;两路液氮在液氮汇集区汇合,汇合后的液氮分为两部分:第一部分液氮经过冷器冷却后喷入到上塔顶部,作为上塔的回流液;第二部分液氮返回下塔作为回流液;
下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷通过第一富氧液空入口进入上塔,作为上塔原料;
上塔富氧液空经二次分离后得到的纯气氮从第二气氮出口排出,气氮经过过冷器复热、主换热器换热后输出;
上塔底部的富氧液空进入主冷凝蒸发器中蒸发,并被分为两部分:第一部分富氧空气作为上塔的上升蒸汽;
第二部分富氧液空通过第二富氧液空出口流出、降压进入辅冷凝蒸发器中蒸发成富氧空气,富氧空气经主换热器复热、进入膨胀机膨胀,膨胀后的富氧空气分为两部分:
膨胀后的第一部分富氧空气通过第三富氧液空出口流出,进入主换热器复热后送入纯化器作为再生气使用;
膨胀后的第二部分富氧空气排放至双塔双冷凝返流膨胀制氮机外。
进一步的实施例中,该方法更加包括:
原料空气从纯化器排出时,空气被分为两部分:第一部分空气经过主换热器与返流气体换热,被冷却至液化温度,通过空气入口进入下塔参与空气分离;
第二部分空气进入双塔双冷凝返流膨胀制氮机的仪表空气系统作为仪表气和密封气。
进一步的实施例中,该方法更加包括:
所述第一部分液氮经过冷器冷却喷入到上塔顶部包括:
第一部分液氮经过冷器冷却并经过第一节流阀减压后再喷入到上塔顶部;
所述下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷通过第一富氧液空入口进入上塔,包括:
所述下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷并经过第二节流阀调节压力后通过第一富氧液空入口进入上塔。
本发明的双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法,采用带预冷机组的全低压分子筛吸附流程,有效防止水分、二氧化碳进入冷箱中低温设备,运行压力低,安全可靠;另外采用富氧液空在主冷凝蒸发器及辅冷凝蒸发器中逐级蒸发,实现在获得相等压力的高纯气氮产品下,与专利申请号为“ZL201020297154.9”的专利文献中提供的常规双塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机相比,能够降低空气压缩机排压、降低电耗,同时能够降低加工空气量,从而降低综合能耗,保护环境。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,附图不意在按比例绘制。在附图中,在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,在附图中:
图1为本发明其中一个实施例的双塔双冷凝返流膨胀制氮机的整体结构示意图。
图2A为本发明其中一个实施例的双塔双冷凝返流膨胀制氮机制氮方法(进气预处理)的工作原理示意图。
图2B为本发明其中一个实施例的双塔双冷凝返流膨胀制氮机制氮方法(制氮和分级蒸发上塔富氧液空)的工作原理示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合上述所附图式说明如下。
如图1结合图2A、图2B所示,该双塔双冷凝返流膨胀制氮机,包括通过管路互相连接的进气预处理装置1和制氮装置2。
进气预处理装置1包括依次通过管路连通的除去灰尘及机械杂质的空气过滤器11、将外部空气进行压缩的空气压缩机12、对空气压缩机12输出的空气进行冷却的预冷机组13以及净化预冷机组13输出空气的纯化器14。如此,尽可能减少原料有害杂质进入主冷凝蒸发器24、辅冷凝蒸发器25。
在本实施例中,采用带预冷机组13的全低压分子筛吸附流程,有效防止水分、二氧化碳进入冷箱中低温设备,运行压力低,安全可靠。
制氮装置2包括用于热交换的主换热器21、用于冷却和/或复热的过冷器26、精馏塔、主冷凝蒸发器24、与主冷凝蒸发器24通过管路连通的辅冷凝蒸发器25及膨胀机27。
精馏塔包括相互连通的下塔22、上塔23,主冷凝蒸发器24设于下塔22和上塔23之间并与上塔23连通。在本实施例中,上塔23、下塔22采用全铝结构高效对流筛板,塔板结构设计合理,并采用特殊工艺制作,充分保证塔板的水平度,塔板效率高,使产品氮提取率高。
下塔22设有供空气进入的空气入口221,该空气入口221通过管路并经过主换热器21与纯化器14连通。
下塔22、上塔23分别设有第一回流液氮入口224、第二回流液氮入口234;主冷凝蒸发器24、辅冷凝蒸发器25分别设有第一液氮出口241、第二液氮出口251;下塔22顶部还设有供分离后的气氮排出的第一气氮出口222,第一气氮设有两条管路,其中一条管路与主冷凝蒸发器24连通;另一条管路与辅冷凝蒸发器25连通;主冷凝蒸发器24的第一液氮出口241的管路与辅冷凝蒸发器25的第二液氮出口251的管路汇合形成液氮汇集区30;液氮汇集区30设有两条管路,其中一条管路经过过冷器26与第二回流液氮入口234连通,另一条管路与第一回流液氮入口224连通。
下塔22底部还设有供富氧液空流出的第一富氧液空出口223,其通过管路并经过过冷器26与上塔23上设置的第一富氧液空入口231连通。
上塔23顶部还设有供二次分离后的第二气氮出口232,该第二气氮出口232通过管路并经过过冷器26、主换热器21与高纯氮输出端连通。
所述主冷凝蒸发器24还设有供富氧液空流出的第二富氧液空出口233,其与辅冷凝蒸发器25、主换热器21、膨胀机27通过管路依次连通。膨胀机27还设置有第三富氧空气出口,其通过管路并经过主换热器21与纯化器14连通,并且膨胀机27入口与主换热器21膨胀后通道之间设有旁通调节阀。
如此,上塔23底部富氧液空在主冷凝蒸发器24中蒸发后得到上塔23所需的上升蒸气;未蒸发的富氧液空进入辅冷凝蒸发器25中蒸发。富氧液空在主冷凝蒸发器24、辅冷凝蒸发器25中分级蒸发,在下塔22塔顶气氮冷凝温度相同的前提下,可提高主冷凝蒸发器24的蒸发压力,即提高上塔23的工作压力。反之,与双塔单主冷返流膨胀流程相比,在得到同等的上塔23氮气压力时,可降低下塔22的操作压力,即降低了原料空压机的排压,达到降能节耗的目的。
优选地,主换热器21还设置有污氮气输出的污氮气排出管。
优选地,主冷凝蒸发器24、辅冷凝蒸发器25均设置有不凝气体排出管。
在某些优选的实施例中,为保证装置工况的相对稳定,过冷器26与上塔23上设置的第二回流液氮入口234之间的管路上还设置有第一节流阀28;过冷器26与上塔23上设置的第一富氧液空入口231之间的管路上还设置有第二节流阀29;主冷凝蒸发器24富氧液空流出的第二富氧液空出口233与辅冷凝蒸发器25入口之间的管路上还设置有第三节流阀。在本实施例中,第一节流阀28、第二节流阀29、第三节流阀均采用空分冷箱内专用的耐低温且具备良好调节性能的气动阀。
在某些实施例中,如图1所示,纯化器14包括分子筛吸附器和电加热器141。分子筛吸附器选用长周期分子筛吸附器,采用先进的气流分布装置和结构,简单可靠的防偏流装置,使得床层结构简单、可靠;电加热器141采用独特的立式棒状设计,故障率低,方便更换。
优选的,为减少工人劳动强度,双塔双冷凝返流膨胀制氮机还包括PLC远程监控系统。
如图1结合图2A、图2B所示,本实施例还提出一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,该方法包括:
步骤1、进气预处理:
原料空气经空气过滤器11除去灰尘及机械杂质,然后在空气压缩机12中被压缩到所需设定压力,被压缩的空气经预冷机组13冷却,然后进入自动切换的纯化器14清除水、二氧化碳和乙炔以及其它碳氢化合物,出纯化器14的空气温度为20℃;
出纯化器14的空气分为两部分:第一部分空气经过主换热器21与返流气体换热,被冷却至液化温度,通过空气入口221进入下塔22参与空气分离;第二部分空气进入双塔双冷凝返流膨胀制氮机的仪表空气系统作为仪表气和密封气。
步骤2、制氮:
空气通过空气入口221进入下塔22参与空气分离;下塔22中的空气被初步分离成氮气和富氧液空;
下塔22中的塔顶获得纯氮,气氮从第一气氮出口222排出,分为两路:一路被主冷凝蒸发器24冷凝成液氮从第一液氮出口241流出,另一路被辅冷凝蒸发器25冷凝成液氮从第二液氮出口251流出;两路液氮在液氮汇集区30汇合,汇合后的液氮分为两部分:第一部分液氮经过冷器26冷却后并经过第一节流阀28减压后再喷入到上塔23顶部;作为上塔23的回流液;第二部分液氮返回下塔22作为回流液;
下塔22底部的富氧液空从第一富氧液空出口223流出,经过冷器26过冷并经过第二节流阀29调节压力后通过第一富氧液空入口231进入上塔23,作为上塔23原料;
上塔23富氧液空经二次分离后得到的纯气氮从第二气氮出口232排出,气氮经过冷器26复热、主换热器21换热后输出至高纯氮输出端。
步骤3、分级蒸发上塔富氧液空:
上塔23底部的富氧液空进入主冷凝蒸发器24中蒸发,并被分为两部分:第一部分富氧空气作为上塔23的上升蒸汽;
未被蒸发的第二部分富氧液空通过第二富氧液空出口233流出、降压进入辅冷凝蒸发器25中蒸发成富氧空气,富氧空气经主换热器21复热、进入膨胀机27膨胀并制取膨胀机27运行所需冷量,膨胀后的富氧空气分为两部分:
膨胀后的第一部分富氧空气通过第三富氧液空出口流出,进入主换热器21复热后送入纯化器14作为再生气使用;
膨胀后的第二部分富氧空气排放至双塔双冷凝返流膨胀制氮机外。
在本实施例中,整套工艺流程采用国际先进的ASPEN软件模拟计算、仿真,该软件经有关技术人员将数十套国内外运行稳定的参数回归处理,来保证模拟计算结果与实际运行的参数吻合。
与专利申请号为“ZL201020297154.9”的专利文献中提供的常规双塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机相比,现有技术方案主要提供氮气压力1-3barg的产品,当产品氮气压力每提高0.1barg则空压机排气压力需相应提高0.2barg。应用本发明后的技术方案后,当产品氮气压力每提高0.1barg则空压机排气压力需相应提高0.12barg,可明显节能。
本发明增加了辅冷凝蒸发器25,利用上塔23的富氧液空在主冷凝蒸发器24及辅冷凝蒸发器25中逐级蒸发的原理,在相同的空气压缩机12排量、排压条件下,产品氮气的压力可提高0.5barg;应当理解,在相同的产品氮气压力条件下,空气压缩机12的排压可降低1.5barg。空气压缩机12可降低电耗7-10%,节能效果明显。比如,用户需3500Nm3/h-3.2barg的高纯氮气,常规双塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机的流程需用6300Nm3/h-9.5barg的空压机,应用本制氮方法后后空压机为6000Nm3/h-8barg。
进一步的,用户需3500Nm3/h-3.2barg的高纯氮气,如果采用常规的单塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机的制氮方法,需用7500Nm3/h-4.8barg排压的空压机,与本制氮方法比较,空气压缩机12增加2.2%的能耗,因加工空气量增大,综合能耗增加3%。
从而,本发明的双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法,采用带预冷机组13的全低压分子筛吸附流程,有效防止水分、二氧化碳进入冷箱中低温设备,运行压力低,安全可靠;另外采用富氧液空在主冷凝蒸发器24及辅冷凝蒸发器25中逐级蒸发,实现在获得相等压力的高纯气氮产品下,与专利申请号为“ZL201020297154.9”的专利文献中提供的常规双塔单冷凝返流膨胀高纯制氮机相比,能够降低空气压缩机12排压、降低电耗,同时能够降低加工空气量,从而降低综合能耗,保护环境。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,包括通过管路互相连接的进气预处理装置和制氮装置,其中:
所述进气预处理装置包括依次通过管路连通的除去灰尘及机械杂质的空气过滤器、将外部空气进行压缩的空气压缩机、对空气压缩机输出的空气进行冷却的预冷机组以及净化预冷机组输出空气的纯化器;
所述制氮装置包括用于热交换的主换热器、过冷器、精馏塔、主冷凝蒸发器、与主冷凝蒸发器通过管路连通的辅冷凝蒸发器及膨胀机,其中:
所述精馏塔包括相互连通的下塔、上塔,主冷凝蒸发器设于下塔和上塔之间并与上塔连通;
所述下塔设有供空气进入的空气入口,该空气入口通过管路并经过主换热器与纯化器连通;
所述下塔、上塔分别设有第一回流液氮入口、第二回流液氮入口;所述主冷凝蒸发器、辅冷凝蒸发器分别设有第一液氮出口、第二液氮出口;所述下塔顶部还设有供分离后的气氮排出的第一气氮出口,第一气氮设有两条管路,其中一条管路与主冷凝蒸发器连通;另一条管路与辅冷凝蒸发器连通;主冷凝蒸发器的第一液氮出口的管路与辅冷凝蒸发器的第二液氮出口的管路汇合形成液氮汇集区;液氮汇集区设有两条管路,其中一条管路经过过冷器与第二回流液氮入口连通,另一条管路与第一回流液氮入口连通;
所述下塔底部还设有供富氧液空流出的第一富氧液空出口,其通过管路并经过过冷器与上塔上设置的第一富氧液空入口连通;
所述上塔顶部还设有供二次分离后的第二气氮出口,该第二气氮出口通过管路并经过过冷器、主换热器与高纯氮输出端连通;
所述主冷凝蒸发器还设有供富氧液空流出的第二富氧液空出口,其与辅冷凝蒸发器、主换热器、膨胀机通过管路依次连通;
所述膨胀机还设置有第三富氧空气出口,其通过管路并经过主换热器与纯化器连通,并且膨胀机入口与主换热器膨胀后通道之间设有旁通调节阀。
2.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,主换热器还设置有污氮气输出的污氮气排出管。
3.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,所述主冷凝蒸发器、辅冷凝蒸发器均设置有不凝气体排出管。
4.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,所述过冷器与上塔上设置的第二回流液氮入口之间的管路上还设置有第一节流阀。
5.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,所述过冷器与上塔上设置的第一富氧液空入口之间的管路上还设置有第二节流阀,所述主冷凝蒸发器富氧液空流出的第二富氧液空出口与辅冷凝蒸发器入口之间的管路上还设置有第三节流阀。
6.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,所述纯化器包括分子筛吸附器和电加热器。
7.根据权利要求1所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机,其特征在于,所述双塔双冷凝返流膨胀制氮机还包括PLC远程监控系统。
8.一种在前述权利要求1-7中任意一项所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,其特征在于,该方法包括:
原料空气经空气过滤器除去灰尘及机械杂质,然后在空气压缩机中被压缩到所需设定压力,被压缩的空气经预冷机组冷却,然后进入自动切换的纯化器清除水、二氧化碳和乙炔以及其它碳氢化合物,出纯化器的空气温度为20℃;
空气经过主换热器与返流气体换热,被冷却至液化温度,通过空气入口进入下塔参与空气分离;
下塔中的空气被初步分离成氮气和富氧液空;
下塔中的塔顶获得纯氮,气氮从第一气氮出口排出,分为两路:一路被主冷凝蒸发器冷凝成液氮从第一液氮出口流出,另一路被辅冷凝蒸发器冷凝成液氮从第二液氮出口流出;两路液氮在液氮汇集区汇合,汇合后的液氮分为两部分:第一部分液氮经过冷器冷却后喷入到上塔顶部,作为上塔的回流液;第二部分液氮返回下塔作为回流液;
下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷通过第一富氧液空入口进入上塔,作为上塔原料;
上塔富氧液空经二次分离后得到的纯气氮从第二气氮出口排出,气氮经过过冷器复热、主换热器换热后输出;
上塔底部的富氧液空进入主冷凝蒸发器中蒸发,并被分为两部分:第一部分富氧空气作为上塔的上升蒸汽;
第二部分富氧液空通过第二富氧液空出口流出、降压进入辅冷凝蒸发器中蒸发成富氧空气,富氧空气经主换热器复热、进入膨胀机膨胀,膨胀后的富氧空气分为两部分:
膨胀后的第一部分富氧空气通过第三富氧液空出口流出,进入主换热器复热后送入纯化器作为再生气使用;
膨胀后的第二部分富氧空气排放至双塔双冷凝返流膨胀制氮机外。
9.根据权利要求8所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,其特征在于,该方法更加包括:
原料空气从纯化器排出时,空气被分为两部分:第一部分空气经过主换热器与返流气体换热,被冷却至液化温度,通过空气入口进入下塔参与空气分离;
第二部分空气进入双塔双冷凝返流膨胀制氮机的仪表空气系统作为仪表气和密封气。
10.根据权利要求8所述的双塔双冷凝返流膨胀制氮机的制氮方法,其特征在于,该方法更加包括:
所述第一部分液氮经过冷器冷却喷入到上塔顶部包括:第一部分液氮经过冷器冷却并经过第一节流阀减压后再喷入到上塔顶部;
所述下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷通过第一富氧液空入口进入上塔,包括:
所述下塔底部的富氧液空从第一富氧液空出口流出,经过冷器过冷并经过第二节流阀调节压力后通过第一富氧液空入口进入上塔。
CN201710425858.6A 2017-06-08 2017-06-08 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法 Active CN107345737B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710425858.6A CN107345737B (zh) 2017-06-08 2017-06-08 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710425858.6A CN107345737B (zh) 2017-06-08 2017-06-08 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107345737A true CN107345737A (zh) 2017-11-14
CN107345737B CN107345737B (zh) 2023-09-19

Family

ID=60254535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710425858.6A Active CN107345737B (zh) 2017-06-08 2017-06-08 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107345737B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108106327A (zh) * 2018-01-12 2018-06-01 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种低纯度富氧制取装置和方法
CN108759310A (zh) * 2018-06-23 2018-11-06 浙江智海化工设备工程有限公司 一种小型深冷双塔制氮设备及方法
CN109297260A (zh) * 2018-10-17 2019-02-01 浙江海天气体有限公司 一种全制氮空分废气回收装置
CN109442867A (zh) * 2018-12-19 2019-03-08 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种新型外增压内液化纯氮制取装置及方法
CN109631493A (zh) * 2019-01-25 2019-04-16 上海联风能源科技有限公司 一种双塔返流双冷凝蒸发器高纯氮生产装置及其生产方法
CN111486663A (zh) * 2020-04-08 2020-08-04 广州广钢气体能源股份有限公司 一种适用于电子气工厂的制氮机
CN113551483A (zh) * 2021-07-19 2021-10-26 上海加力气体有限公司 一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机
CN114413570A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种双塔落地式制氮装置
CN114413569A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种双塔制氮装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101929790A (zh) * 2010-08-19 2010-12-29 苏州制氧机有限责任公司 高纯氮设备
CN102230716A (zh) * 2011-06-08 2011-11-02 杭州优埃基空分设备有限公司 空气增压返流膨胀内压缩空气分离的方法及其装置
CN204594094U (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 河南开元空分集团有限公司 单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置
CN206847223U (zh) * 2017-06-08 2018-01-05 苏州制氧机股份有限公司 双塔双冷凝返流膨胀制氮机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101929790A (zh) * 2010-08-19 2010-12-29 苏州制氧机有限责任公司 高纯氮设备
CN102230716A (zh) * 2011-06-08 2011-11-02 杭州优埃基空分设备有限公司 空气增压返流膨胀内压缩空气分离的方法及其装置
CN204594094U (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 河南开元空分集团有限公司 单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置
CN206847223U (zh) * 2017-06-08 2018-01-05 苏州制氧机股份有限公司 双塔双冷凝返流膨胀制氮机

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108106327B (zh) * 2018-01-12 2023-10-17 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种低纯度富氧制取装置和方法
CN108106327A (zh) * 2018-01-12 2018-06-01 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种低纯度富氧制取装置和方法
CN108759310A (zh) * 2018-06-23 2018-11-06 浙江智海化工设备工程有限公司 一种小型深冷双塔制氮设备及方法
CN109297260A (zh) * 2018-10-17 2019-02-01 浙江海天气体有限公司 一种全制氮空分废气回收装置
CN109442867A (zh) * 2018-12-19 2019-03-08 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种新型外增压内液化纯氮制取装置及方法
CN109442867B (zh) * 2018-12-19 2023-11-07 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种外增压内液化纯氮制取装置及方法
CN109631493A (zh) * 2019-01-25 2019-04-16 上海联风能源科技有限公司 一种双塔返流双冷凝蒸发器高纯氮生产装置及其生产方法
CN111486663B (zh) * 2020-04-08 2021-01-22 广州广钢气体能源股份有限公司 一种适用于电子气工厂的制氮机
CN111486663A (zh) * 2020-04-08 2020-08-04 广州广钢气体能源股份有限公司 一种适用于电子气工厂的制氮机
CN113551483A (zh) * 2021-07-19 2021-10-26 上海加力气体有限公司 一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机
CN114413570A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种双塔落地式制氮装置
CN114413569A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种双塔制氮装置及方法
CN114413570B (zh) * 2022-01-19 2023-01-31 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种双塔落地式制氮装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107345737B (zh) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107345737A (zh) 双塔双冷凝返流膨胀制氮机及其制氮方法
CN107940896B (zh) 一种利用热泵技术生产富氧气和高压高纯氮气的装置及方法
CN109838975B (zh) 一种低能耗液氮制取装置及工艺
CN105783424B (zh) 利用液化天然气冷能生产高压富氧气体的空气分离方法
CN108061428A (zh) 一种纯氮制取装置和工艺
CN101929790B (zh) 高纯氮设备
CN204115392U (zh) 带补气压缩机的全液体空分设备
CN209639357U (zh) 一种低能耗液氮制取装置
CN109163506A (zh) 带辅助下塔低能耗同时生产低纯氧和高纯氧产品的装置
CN207379163U (zh) 富氧后增压返流膨胀制氮机
CN101929791B (zh) 大产量高纯氮设备
CN104807290A (zh) 单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置和方法
CN104807289A (zh) 利用lng冷能空分制取液氧液氮的方法
CN106989567A (zh) 一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置和方法
CN108759311A (zh) 大液体量制取的空分装置及方法
CN204421481U (zh) 液氧制备装置
CN105066586B (zh) 一种液氮洗制取合成氨原料气和lng的装置及其制取方法
CN209310367U (zh) 一种双塔低温增压制氮装置
CN209085172U (zh) 一种液体量可调且同时产多规格氧气产品的空分设备
CN108387068A (zh) 富氧后增压返流膨胀制氮机
CN206724574U (zh) 一种低能耗的同时生产富氧气体和高纯氮气的装置
CN206847223U (zh) 双塔双冷凝返流膨胀制氮机
CN204594094U (zh) 单塔双返流膨胀制取低压氮气的装置
CN103589550A (zh) 一种用于啤酒酿造工艺中的二氧化碳平衡系统
CN207123117U (zh) 一种新型双塔氮气制取装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant