CN110215797A - 一种除氮装置及除氮方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及低温处理技术领域，具体而言，涉及一种除氮装置及除氮方法。其中，该除氮装置包括设置有第一空腔的储液件和设置于第一空腔内的冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件。进一步地，本发明实施例对储液件、冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件之间的连接关系进行了巧妙设计，使得容置于第一空腔内的第一冷却液能够淹没冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件，如此，能够使得冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件基于第一冷却液对混合气体中的氮气进行降温液化，进而实现对氮气的吸附，从而对混合气体中的氮气进行有效去除以提高非氮气体的纯度。

Description

一种除氮装置及除氮方法

技术领域

本发明涉及低温处理技术领域，具体而言，涉及一种除氮装置及除氮方法。

背景技术

气体分离技术是指将混合气体通过一系列低温处理最终分离成为氧、氮和其他有用气体的技术。氮气作为大气总量中最多的气体，在许多气体分离工序中均需要对氮气进行去除，但是目前除去气体中的氮气成分的技术大多难以满足工业制造的高纯度要求。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本发明的目的之一在于提供一种除氮装置及除氮方法。

本发明实施例提供了一种除氮装置，包括：储液件、冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件；

所述储液件内部为第一空腔，所述第一空腔用于容置第一冷却液；

所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件设置于所述第一空腔内；

所述冷凝器包括第一冷凝管道、第二冷凝管道、第三冷凝管道和第四冷凝管道；

所述第一精馏塔的一端通过所述第一冷凝管道与外部的第一进气管道连通，所述第一精馏塔的另一端与所述第一吸附器组件连通，所述第一吸附器组件通过所述第二冷凝管道与外部的第一排气管道连通；

所述第二吸附器组件通过所述第三冷凝管道与外部的第二进气管道连通，所述第二吸附器组件通过所述第四冷凝管道与外部的第二排气管道连通；

当所述第一空腔容置有第一冷却液时，所述第一冷却液将所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件淹没。

可选地，所述第一冷却液的温度不超过氮气液化的温度。

可选地，所述除氮装置还包括第二精馏塔，所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内，所述第一空腔与所述第一冷却液的进液管道连通；所述冷凝器还包括第五冷凝管道和第六冷凝管道；

所述冷凝器设置于所述第一空腔内靠近所述第一冷却液的进液管道的位置，所述第二吸附器组件设置于所述第一空腔内并位于所述冷凝器和所述储液件的底壁之间，所述第一吸附器组件设置于所述第一空腔内并位于所述第二吸附器组件的一侧，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内并位于所述第一吸附器组件远离所述第二吸附器组件的位置，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔互相连通，所述第二精馏塔靠近所述底壁；

所述第二精馏塔靠近所述第一精馏塔的一端通过所述第五冷凝管道与外部的第二进气管道连通，所述第二精馏塔远离所述第一精馏塔的一端与外部的输气管道连通；

所述第一精馏塔远离所述第二精馏塔的一端通过所述第一冷凝管道与所述第一进气管道连通，所述第一精馏塔远离所述第二精馏塔的一端与所述第一吸附器组件连通；

所述冷凝器内部为第二空腔，所述第二空腔通过所述第六冷凝管道与第二冷却液的进液管道连通。

可选地，所述第二冷凝管道靠近所述第一精馏塔的一端设置有第一换热器，所述第五冷凝管道靠近所述第二吸附器组件的一端设置有第二换热器；所述第一精馏塔靠近所述第一换热器的一端设置有第一加热器，所述第二精馏塔靠近所述第一精馏塔的一端设置有第二加热器；所述第一吸附器组件设置有第一温度测量装置，所述第二吸附器组件设置有第二温度测量装置。

可选地，所述除氮装置还包括设置于所述第二进气管道处的第一阀门、第二阀门和第三阀门；

所述第二进气管道依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门连通于所述第五冷凝管道；

所述第二进气管道依次通过所述第一阀门和所述第二阀门连通于所述第三冷凝管道。

本发明实施例还提供了一种除氮方法，应用于上述除氮装置，所述方法包括：

通过所述第一冷却液的进液管道向所述第一空腔注入第一冷却液以使所述第一冷却液将设置于所述第一空腔中的所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件淹没；通过所述第二冷却液的进液管道向第二空腔注入第二冷却液以使所述第二冷却液充满所述第二空腔；其中，所述第一冷却液的温度不超过氮气液化的温度，所述第二冷却液的温度不超过所述氮气液化的温度；

通过所述第一进气管道向所述第一冷凝管道注入第一混合气体，采用所述第一精馏塔对所述第一混合气体进行分离并在所述第一精馏塔远离第二精馏塔的一端得到氮气和第一目标气体，所述氮气和所述第一目标气体经所述第一吸附器组件和所述第二冷凝管道流向所述第一排气管道；采用所述第一吸附器组件和所述第二冷凝管道对流向所述第一排气管道的氮气进行吸附，通过所述第一排气管道对所述第一目标气体进行收集；其中，所述第一目标气体为氖气；

通过所述第二进气管道向所述第三冷凝管道注入第二混合气体，使所述第三冷凝管道、所述第二吸附器组件和所述第四冷凝管道对所述第二混合气体中的氮气进行吸附以获得第二目标气体，通过所述第二排气管道对所述第二目标气体进行收集；其中，所述第二目标气体为氦气。

可选地，所述除氮装置还包括第二精馏塔，所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内；

所述第二精馏塔的一端通过所述冷凝器的第一冷凝管道与外部的第一进气管道连通，所述第二精馏塔的另一端与外部的输气管道连通；

所述方法还包括：

通过所述第二进气管道向第五冷凝管道注入所述第二混合气体；

采用所述第二精馏塔对所述第二混合气体进行分离并在所述第二精馏塔靠近所述输气管道的一端得到第二目标气体；

采用所述输气管道对所述第二目标气体进行收集并将收集到的目标气体通过所述第二进气管道注入所述第三冷凝管道。

可选地，所述第二冷凝管道靠近所述第一精馏塔的一端设置有第一换热器，所述第一换热器用于对所述第一混合气体进行冷却；所述第五冷凝管道靠近所述第二吸附器组件的一端设置有第二换热器，所述第二换热器用于对所述第二混合气体进行冷却；

所述第一精馏塔靠近所述第一换热器的一端设置有第一加热器，所述第一加热器用于对所述第一精馏塔进行加热以实现对所述第一精馏塔内的第一混合气体进行分离；

所述第二精馏塔的一端设置有第二加热器，所述第二加热器用于对所述第二精馏塔进行加热以实现对所述第二精馏塔内的第二混合气体进行分离。

可选地，所述第一吸附器组件设置有第一温度测量装置，所述第二吸附器组件设置有第二温度测量装置；

所述第一温度测量装置用于采集所述第一吸附器组件的第一温度值并在所述第一温度值高于第一设定值时发送第一提示信息；

所述第二温度测量装置用于采集所述第二吸附器组件的第二温度值并在所述第二温度值高于第二设定值时发送第二提示信息。

可选地，所述除氮装置还包括设置于所述第二进气管道处的第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述第二进气管道依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门连通于所述第五冷凝管道，所述第二进气管道依次通过所述第一阀门和所述第二阀门连通于所述第三冷凝管道；

所述通过所述第二进气管道向所述第五冷凝管道注入所述第二混合气体的步骤，包括：

打开所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门，向所述第二进气管道注入第二混合气体以使所述第二混合气体依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门流向所述第五冷凝管道；

所述通过所述第二进气管道向所述第三冷凝管道注入第二混合气体的步骤，包括：

打开所述第一阀门和所述第二阀门并关闭所述第三阀门，向所述第二进气管道注入所述第二混合气体以使所述第二混合气体依次通过所述第一阀门和所述第二阀门流向所述第三冷凝管道。

本发明实施例所提供的一种除氮装置及除氮方法，其中，冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件均设置于储液件的第一空腔内，第一精馏塔的一端连通于冷凝器的第二冷凝管道以及外部的第二进气管道，另一端连通于第一吸附器组件、冷凝器的第三冷凝管道以及外部的第一排气管道，第二吸附器组件连通于冷凝器的第五冷凝管道、第六冷凝管道以及外部的第三进气管道和第二排气管道，当第一空腔容置有第一冷却液时，第一冷却液能够将冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件淹没。冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件能够基于第一冷却液对混合气体中的氮气进行降温液化，进而实现对氮气的吸附，从而对混合气体中的氮气进行有效去除以提高非氮气体的纯度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种除氮装置的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种除氮方法的流程图。

图标：

100-除氮装置；

1-储液件；11-第一空腔；

2-冷凝器；21-第一冷凝管道；22-第二冷凝管道；23-第三冷凝管道；24-第四冷凝管道；25-第五冷凝管道；26-第六冷凝管道；27-第二空腔；

31-第一精馏塔；311-第一加热器；312-第一节流控制阀；32-第二精馏塔；321-第二加热器；322-第二节流控制阀；

41-第一吸附器组件；42-第二吸附器组件；

51-第一温度测量装置；52-第二温度测量装置；

61-第一换热器；62-第二换热器；

7-集液槽；

81-第一进气管道；82-第二进气管道；821-第一阀门；822-第二阀门；823-第三阀门；824-第四阀门；825-第五阀门；84-输气管道；85-第一排气管道；851-第六阀门；86-第二排气管道；861-第七阀门；

91-第一进液管道；911-第八阀门；912-第九阀门；92-第二进液管道；921-第十阀门；922-第十一阀门；923-第十二阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

发明人经调查发现，目前常见的除氮方法为精馏法，但是精馏法方法没有充分考虑整个除氮过程的低温控制，进而导致混合气体中的氮气难以得到有效的去除，所得到的非氮气体的纯度大多仅为99.99％，难以满足工业制造99.9995％以上的高纯度要求。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种除氮装置及除氮方法，能够对混合气体中的氮气进行有效去除进而提高非氮气体的纯度。

图1示出了本发明实施例所提供的一种除氮装置100的结构示意图。由图可见，该除氮装置100包括储液件1、冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42。

其中，储液件1内部为第一空腔11，第一空腔11与外部的第一进液管道91连通。

进一步地，冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42均设置于第一空腔11，冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42之间至少部分互相连通以实现混合气体的流动。可以理解，冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42在第一空腔11内的相对位置关系可以根据实际情况进行适当调整。

例如，冷凝器2设置于第一空腔11内靠近第一进液管道91(第一冷却液的进液管道)的位置，第二吸附器组件42设置于第一空腔11内并位于冷凝器2之下，第一吸附器组件41设置于第一空腔11内并与第二吸附器组件42并列设置，第一精馏塔31和第二精馏塔32设置于第一空腔11内并位于第一吸附器组件41远离第二吸附器组件42的一侧，第一精馏塔31和第二精馏塔32互相连通，第二精馏塔32靠近储液件1的底壁。

进一步地，第一精馏塔31远离第二精馏塔32的一端通过冷凝器2的第一冷凝管道21与外部的第一进气管道81连通，第一精馏塔31远离第二精馏塔32的一端与第一吸附器组件41连通，第一吸附器组件41通过冷凝器2的第二冷凝管道22与外部的第一排气管道85连通。第二精馏塔32靠近第一精馏塔31的一端通过冷凝器2的第五冷凝管道25与外部的第二进气管道82连通，第二精馏塔32远离第一精馏塔31的一端与外部的输气管道84连通。

应当理解，图1所示的冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42在第一空腔11内的相对位置关系仅用于举例说明，在实际生产应用中，冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42在第一空腔11内的相对位置关系可以进行灵活调整，并不限于图1所示出的结构。

请继续参阅图1，冷凝器2内部为第二空腔27，第二空腔27通过冷凝器2的第六冷凝管道26与外部的第二进液管道92(第二冷却液的进液管道)连通。

第二吸附器组件42通过冷凝器2的第三冷凝管道25与外部的第二进气管道82连通，第二吸附器组件42通过冷凝器2的第四冷凝管道24与外部的第二排气管道86连通。

请继续参阅图1，第五冷凝管道25靠近第一精馏塔31的一端设置有第一换热器61，第三冷凝管道23靠近第二吸附器组件42的一端设置有第二换热器62。第一精馏塔31靠近第一换热器61的一端设置有第一加热器311，第二精馏塔32靠近第一精馏塔31的一端设置有第二加热器321，第一精馏塔31和第二精馏塔32之间通过第一节流控制阀312连通，第二精馏塔32远离第一精馏塔31的一端通过第二节流控制阀322与输气管道84连通。

可选地，第一吸附器组件41设置有第一温度测量装置51，第二吸附器组件42设置有第二温度测量装置52。

请继续参阅图1，第二进气管道82处设置有第一阀门821、第二阀门822、第三阀门823、第四阀门824和第五阀门825。进一步地，第二进气管道82依次通过第一阀门821、第二阀门822、第三阀门823和第四阀门824连通于第五冷凝管道25，第二进气管道82依次通过第一阀门821、第二阀门822和第五阀门825连通于第三冷凝管道23。

此外，第一排气管道85处设置有第六阀门851，第二排气管道86处设置有第七阀门861。

进一步地，第一进液管道91处设置有第八阀门911和第九阀门912，第二进液管道92处设置有第十阀门921和第十一阀门922。

可以理解，在第一空腔11和第二空腔27分别注入有第一冷却液和第二冷却液时，上述除氮装置100能够对流经冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42的混合气体中的氮气进行有效降温和吸附，从而实现对混合气体中的氮气的有效去除，进而提高非氮气体的纯度。

请结合参阅图2，为本发明实施例所提供的一种除氮方法的流程图，该除氮方法应用于上述除氮装置100，采用该除氮方法能够对混合气体中的氮气进行有效降温，使得混合气体中的氮气转换为液氮并吸附于冷凝器2、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42，从而实现对混合气体中的氮气的有效去除，进而得到高纯度的非氮气体。下面对该方法的步骤进行详细说明：

步骤S21，通过第一进液管道向第一空腔注入第一冷却液以使第一冷却液将设置于第一空腔中的冷凝器、第一精馏塔、第二精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件淹没。

进一步地，打开第一进液管道91处设置的第八阀门911和第九阀门912，请结合参阅图1，第九阀门912与集液槽7连通。在打开了第八阀门911和第九阀门912后，向第一进液管道91注入第一冷却液，当第九阀门912有液氮排出时，关闭第九阀门912，如此，能够将第一进液管道91中的气体排除，避免第一空腔11中存在多余气体，从而避免了后续温度控制不准确的情况出现，进而保证了除氮流程的质量。

可以理解，第一冷却液流向第一空腔11，并将设置于第一空腔11中的冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42淹没，如此，能够保证后续除氮流程中的温度控制。冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42被第一冷却液淹没，保证了温度处于能够使氮气液化的区间，从而对氮气进行有效的吸附进而达到除氮效果。

在本实施例中，第一空腔11中的液位只要能够达到将冷凝器2、第一精馏塔31、第二精馏塔32、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42淹没即可，在此对液位的高低不作限定。

步骤S22，通过第二进液管道向第二空腔注入第二冷却液以使第二冷却液充满第二空腔。

同理，打开第二进液管道92处设置的第十阀门921和第十一阀门922，在打开了第十阀门921和第十一阀门922后，向第二进液管道92注入第二冷却液，当第十一阀门922有第二冷却液排出时，关闭第十一阀门922，如此，能够将第二进液管道92中的气体排除，进而保证第二空腔27中完全充满第二冷却液。

可选地，可以通过控制第十二阀门923实现压力的控制保证第二空腔27中完全充满第二冷却液，在本实施例中，可以通过第十二阀门923将压力控制在20～25KPa。

在本实施例中，第一冷却液和第二冷却液的温度不超过氮气液化的温度，换句话说，第一冷却液和第二冷却液可以为液氮，也可以为温度低于液氮的其他液态气体，如此，能够与混合气体中的氮气进行有效的热交换，从而实现对混合气体中的氮气的降温和液化，以实现对混合气体中的氮气的吸附和去除。

可以理解，在第二空腔中27注入第二冷却液可以使得第二空腔27相对于第一空腔11形成一个较为独立的“降温空间”，如此，能够对流经冷凝器2的混合气体进行进一步降温从而提高对氮气的降温和吸附。

步骤S23，通过第一进气管道向第一冷凝管道注入第一混合气体，采用第一精馏塔对第一混合气体进行分离并在第一精馏塔远离第二精馏塔的一端得到氮气和第一目标气体，采用第一吸附器组件和第二冷凝管道对流向第一排气管道的氮气进行吸附，通过第二排气管道对第一目标气体进行收集。

在本实施例中，第一混合气体中包括氮气、氦气和氖气。

第一混合气体通过第一进气管道81流向第一冷凝管道21，经过第一换热器61降温后流向第一精馏塔31。

进一步地，采用第一加热器61对第一精馏塔31进行加热，以使第一混合气体在第一精馏塔31中分离，进而在第一精馏塔31远离第二精馏塔32的一端得到氮气和第一目标气体(氖气)，进一步地，氮气和氖气经过第一吸附器组件41和第二冷凝管道22流向第一排气管道85。氮气和氖气流向第一排气管道85的过程中，第一吸附器组件41和第二冷凝管道22对氮气进行吸附(通过热交换将氮气降温转换为液氮)，进而使得到达第一排气管道85处的气体为氖气，进一步地，打开第六阀门851以实现对氖气的收集。

可选地，第一温度测量装置51用于采集第一吸附器组件41的第一温度值并且在第一温度值高于第一设定值时发送第一提示信息。

在本实施例中，第一设定值可以为-200℃。如此，能够保证第一吸附器组件41对氮气的吸附效果。例如，当第一温度值高于-200℃时，可以采用真空泵对第一空腔11进行抽真空，以实现对第一空腔11的降压，从而实现对容置于第一空腔11内的液氮的降温。

步骤S24，通过第二进气管道向第三冷凝管道注入第二混合气体，使第三冷凝管道、第二吸附器组件和第四冷凝管道对第二混合气体中的氮气进行吸附以获得第二目标气体，通过第二排气管道对第二目标气体进行收集。

在本实施例中，第二混合气体中包括氮气和氦气。

具体地，打开第一阀门821、第二阀门822和第五阀门825并关闭第三阀门823和第四阀门824，使得第二混合气体通过第二进气管道82流向第三冷凝管道23，经过第二换热器62降温后流向第二吸附器组件42，经第二吸附器组件42流向第四冷凝管道24，并通过第二排气管道86排出。

可以理解，第二混合气体在经过第二吸附器组件42和第四冷凝管道24时，第二吸附器组件42和第四冷凝管道24会对第二混合气体中的氮气进行吸附，从而使得从第二排气管道86排除的气体为第二目标气体(氦气)，进一步地，打开第七阀门861以实现对氦气的收集。在本实施例中，第七阀门861前的压力可以控制在0.75～0.85MPa，如此，能够保证高纯度氦气的稳定、可靠收集。

可选地，第二温度测量装置52用于采集第二吸附器组件42的第二温度值并且在第二温度值高于第二设定值时发送第二提示信息。

在本实施例中，第二设定值可以为-205℃。如此，能够保证第二吸附器组件42对氮气的吸附效果。例如，当第一温度值高于-200℃时，可以采用真空泵对第一空腔11进行抽真空，以实现对第一空腔11的降压，从而实现对容置于第一空腔11内的液氮的降温。

此外，第一提示信息和第二提示信息可以为声光告警信息，用于提醒工作人员第一吸附器组件41或第二吸附器组件42的温度不达标，能够使得工作人员根据第一提示信息和第二提示信息对除氮装置100进行维修或采用真空泵对第一空腔11进行抽真空以保证氮气冷却(除氮)效果。

可以理解，在一些工况下，第二混合气体中包含极少量的氖气，若需要进一步提高氦气的纯度，可以先通过第二进气管道82向第五冷凝管道25注入第二混合气体并对第二混合气体进行分离得到氮气和氦气，然后再对分离得到的氮气和氦气中的氮气进行吸附。

具体地，打开第一阀门821、第二阀门822、第三阀门823和第四阀门824并关闭第五阀门825，使得第二混合气体通过第二进气管道82注入第五冷凝管道25并流向第二精馏塔32。进一步地，控制第二加热器321对第二精馏塔32进行加热以实现对第二混合气体的分离，可以理解，在第二精馏塔32远离第一精馏塔31的一端得到第二目标气体(氦气)和氮气，并通过输气管道84对第二精馏塔32中的氦气和氮气进行收集，并通过步骤S24进行除氮，如此，既能够满足工业需求分离出少量氦气，又能够提高氦气的产能。

可选地，在本实施例中，第一精馏塔31和第二精馏塔32交替投入使用，换句话说，第一精馏塔31和第二精馏塔32不同时投入使用。

可选地，采用第一加热器61对第一精馏塔31进行加热并使第一混合气体在第一精馏塔31中分离之后，可以在第一精馏塔31底部得到液氦，液氦可以通过第一节流控制阀312流向第二精馏塔32的顶部作为精馏的冷源。

可以理解，本发明实施例所提供的除氮方法能够在整个除氮过程中实现严格的低温控制，能够对混合气体中的氮气进行有效吸附，并且能够通过不同工艺得到不同的目标气体如本实施例中的氖气和氦气，由于本实施例中采用液氮作为热交换的主要媒介，能够保证流经冷凝器2、第一吸附器组件41和第二吸附器组件42的氮气与第一空腔11中的液氮进行充分的热交换并转换为液氮，如此，能够在混合气体的进入、分离和收集阶段均实严格的低温控制，从整个除氮流程上提高了氮气吸附的效果，进而保证了收集到的非氮气体的纯度在99.9995％以上。

综上，本发明实施例所提供的一种除氮装置及除氮方法，能够对混合气体中的氮气进行有效的降温液化，进而实现对氮气的吸附，从而对混合气体中的氮气进行有效去除以提高非氮气体的纯度。

以上所述，仅为本发明的各种实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种除氮装置，其特征在于，包括：储液件、冷凝器、第一精馏塔、第一吸附器组件和第二吸附器组件；

所述储液件内部为第一空腔，所述第一空腔用于容置第一冷却液；

所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件设置于所述第一空腔内；

所述冷凝器包括第一冷凝管道、第二冷凝管道、第三冷凝管道和第四冷凝管道；

所述第一精馏塔的一端通过所述第一冷凝管道与外部的第一进气管道连通，所述第一精馏塔的另一端与所述第一吸附器组件连通，所述第一吸附器组件通过所述第二冷凝管道与外部的第一排气管道连通；

所述第二吸附器组件通过所述第三冷凝管道与外部的第二进气管道连通，所述第二吸附器组件通过所述第四冷凝管道与外部的第二排气管道连通；

当所述第一空腔容置有第一冷却液时，所述第一冷却液将所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件淹没。

2.根据权利要求1所述的除氮装置，其特征在于，所述第一冷却液的温度不超过氮气液化的温度。

3.根据权利要求1所述的除氮装置，其特征在于，所述除氮装置还包括第二精馏塔，所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内，所述第一空腔与所述第一冷却液的进液管道连通；

所述冷凝器设置于所述第一空腔内靠近所述第一冷却液的进液管道的位置，所述第二吸附器组件设置于所述第一空腔内并位于所述冷凝器和所述储液件的底壁之间，所述第一吸附器组件设置于所述第一空腔内并位于所述第二吸附器组件的一侧，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内并位于所述第一吸附器组件远离所述第二吸附器组件的位置，所述第一精馏塔和所述第二精馏塔互相连通，所述第二精馏塔靠近所述底壁；

所述第二精馏塔靠近所述第一精馏塔的一端与外部的第二进气管道连通，所述第二精馏塔远离所述第一精馏塔的一端与外部的输气管道连通；

所述第一精馏塔远离所述第二精馏塔的一端通过所述第一冷凝管道与所述第一进气管道连通，所述第一精馏塔远离所述第二精馏塔的一端与所述第一吸附器组件连通。

4.根据权利要求3所述的除氮装置，其特征在于，所述冷凝器还包括第五冷凝管道和第六冷凝管道；

所述第二精馏塔靠近所述第一精馏塔的一端通过所述第五冷凝管道与所述第二进气管道连通；

所述冷凝器内部为第二空腔，所述第二空腔通过所述第六冷凝管道与第二冷却液的进液管道连通。

5.根据权利要求4所述的除氮装置，其特征在于，所述第二冷凝管道靠近所述第一精馏塔的一端设置有第一换热器，所述第五冷凝管道靠近所述第二吸附器组件的一端设置有第二换热器；所述第一精馏塔靠近所述第一换热器的一端设置有第一加热器，所述第二精馏塔靠近所述第一精馏塔的一端设置有第二加热器；所述第一吸附器组件设置有第一温度测量装置，所述第二吸附器组件设置有第二温度测量装置。

6.根据权利要求4所述的除氮装置，其特征在于，所述除氮装置还包括设置于所述第二进气管道处的第一阀门、第二阀门和第三阀门；

所述第二进气管道依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门连通于所述第五冷凝管道；

所述第二进气管道依次通过所述第一阀门和所述第二阀门连通于所述第三冷凝管道。

7.一种除氮方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的除氮装置，所述方法包括：

通过所述第一冷却液的进液管道向所述第一空腔注入第一冷却液以使所述第一冷却液将设置于所述第一空腔中的所述冷凝器、所述第一精馏塔、所述第一吸附器组件和所述第二吸附器组件淹没；通过所述第二冷却液的进液管道向第二空腔注入第二冷却液以使所述第二冷却液充满所述第二空腔；其中，所述第一冷却液的温度不超过氮气液化的温度，所述第二冷却液的温度不超过所述氮气液化的温度；

通过所述第一进气管道向所述第一冷凝管道注入第一混合气体，采用所述第一精馏塔对所述第一混合气体进行分离并在所述第一精馏塔远离第二精馏塔的一端得到氮气和第一目标气体，所述氮气和所述第一目标气体经所述第一吸附器组件和所述第二冷凝管道流向所述第一排气管道；采用所述第一吸附器组件和所述第二冷凝管道对流向所述第一排气管道的氮气进行吸附，通过所述第一排气管道对所述第一目标气体进行收集；其中，所述第一目标气体为氖气；

通过所述第二进气管道向所述第三冷凝管道注入第二混合气体，使所述第三冷凝管道、所述第二吸附器组件和所述第四冷凝管道对所述第二混合气体中的氮气进行吸附以获得第二目标气体，通过所述第二排气管道对所述第二目标气体进行收集；其中，所述第二目标气体为氦气。

8.根据权利要求7所述的除氮方法，其特征在于，所述除氮装置还包括第二精馏塔，所述第二精馏塔设置于所述第一空腔内；

所述第二精馏塔的一端通过所述冷凝器的第一冷凝管道与外部的第一进气管道连通，所述第二精馏塔的另一端与外部的输气管道连通；

所述方法还包括：

通过所述第二进气管道向第五冷凝管道注入所述第二混合气体；

采用所述第二精馏塔对所述第二混合气体进行分离并在所述第二精馏塔靠近所述输气管道的一端得到第二目标气体；

采用所述输气管道对所述第二目标气体进行收集并将收集到的目标气体通过所述第二进气管道注入所述第三冷凝管道。

9.根据权利要求8所述的除氮方法，其特征在于，所述第二冷凝管道靠近所述第一精馏塔的一端设置有第一换热器，所述第一换热器用于对所述第一混合气体进行冷却；所述第五冷凝管道靠近所述第二吸附器组件的一端设置有第二换热器，所述第二换热器用于对所述第二混合气体进行冷却；

所述第一精馏塔靠近所述第一换热器的一端设置有第一加热器，所述第一加热器用于对所述第一精馏塔进行加热以实现对所述第一精馏塔内的第一混合气体进行分离；

所述第二精馏塔的一端设置有第二加热器，所述第二加热器用于对所述第二精馏塔进行加热以实现对所述第二精馏塔内的第二混合气体进行分离；

所述第一吸附器组件设置有第一温度测量装置，所述第二吸附器组件设置有第二温度测量装置；

所述第一温度测量装置用于采集所述第一吸附器组件的第一温度值并在所述第一温度值高于第一设定值时发送第一提示信息；

所述第二温度测量装置用于采集所述第二吸附器组件的第二温度值并在所述第二温度值高于第二设定值时发送第二提示信息。

10.根据权利要求8所述的除氮方法，其特征在于，所述除氮装置还包括设置于所述第二进气管道处的第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述第二进气管道依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门连通于所述第五冷凝管道，所述第二进气管道依次通过所述第一阀门和所述第二阀门连通于所述第三冷凝管道；

所述通过所述第二进气管道向所述第五冷凝管道注入所述第二混合气体的步骤，包括：

打开所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门，向所述第二进气管道注入第二混合气体以使所述第二混合气体依次通过所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门流向所述第五冷凝管道；

所述通过所述第二进气管道向所述第三冷凝管道注入第二混合气体的步骤，包括：

打开所述第一阀门和所述第二阀门并关闭所述第三阀门，向所述第二进气管道注入所述第二混合气体以使所述第二混合气体依次通过所述第一阀门和所述第二阀门流向所述第三冷凝管道。