CN201367354Y - 低能耗制氮装置 - Google Patents
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Abstract
一种低能耗制氮装置，包括换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、增压透平膨胀机，所述增压部件的增压端与所述膨胀端通过轴连接；所述精馏塔塔顶的氮气出口通过管道依次与换热器、膨胀机增压端连接；精馏塔底富氧液空出口通过管道连接换热器，换热器冷源输出端与冷凝蒸发器管道连接，冷凝蒸发器蒸发端依次与换热器、透平膨胀机膨胀端管道连接；透平膨胀机膨胀端通过管道依次与换热器、低压富氧气排出管道连接。本装置通过压力富氧气膨胀增压氮气，降低了压缩机排压从而降低了能耗，以及液空被压力富氧气、低压富氧气和氮气等各种冷流体换热过冷，降低空气的含湿量，提高了提取率。整体能耗可降低15~23％，节约水耗14~22％，经济效益可观。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制氮装置，尤其是一种大幅度降低能耗制氮装置。
背景技术
随着新兴光电产业和特殊石化行业等的飞速发展，对氮气产品的需求量越来越大，制取氮气的空分设备是耗能大户，由于长期运行，如何能有效降低能耗至关重要。氮气压力较高，废气量较大，充分膨胀利用则输出功率可观，目前一般的做法是部分膨胀，其余节流，膨胀机输出的功增压原料空气或采用风机制动放空；液空不过冷或仅与部分流体简单换热过冷。采用这些方法和流程组织，空分设备的能耗仍然无法满足用户的要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种工艺流程优化、投资成本低的低能耗制氮装置。
为解决上述技术问题，本实用新型包括换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、透平膨胀机，所述透平机还包括增压部件，所述增压部件的增压端与所述膨胀端通过轴连接；所述精馏塔塔顶的氮气出口通过管道依次与换热器、膨胀机增压端连接；精馏塔底富氧液空出口通过管道连接换热器，换热器冷源输出端与冷凝蒸发器管道连接，冷凝蒸发器蒸发端依次与换热器、透平膨胀机膨胀端管道连接；透平膨胀机膨胀端通过管道依次与换热器、低压富氧气排出管道连接。
采用以上结构的制氮装置，充分利用精馏塔底的富氧液空与换热器换热过冷后作为冷凝蒸发器的冷源，在冷凝蒸发器内蒸发产生的压力富氧气在膨胀机膨胀，其输出的功驱动膨胀机增压端，用于增压氮气，膨胀后的低压富氧气通过管道进入换热器被复热至常温被排出。
本装置充分有效利用了能量，压缩机排压和精馏压力降低，降低了原料气的压力，利于精馏，并大幅度降低能耗。其次将富氧液空与压力富氧气、低压富氧气和氮气等冷流体在换热器内换热过冷，返流气体将引入的压缩净化后的空气低温冷却；可以充分回收冷量，特别是降低了液空节流汽化率，增大精馏塔回流比；降低了入塔空气的含湿量，参与精馏的空气比率增大；提高了膨胀机入口温度，高温高焓降，膨胀机制冷量输出功增大，液空充分过冷吸收冷量，含湿量降到最低，相当于增加了精馏气量，提高了提取率。避免了大量膨胀导致空气含湿量增加的问题，同时增大了液氮的产量，提高了输出产品的经济价值。采用本发明，具有流程组织优化，设备投入成本低，能耗降低显著的特点。膨胀机输出氮气进入用户管网增压产品氮气，充分有效利用了能量，大大降低了原料气压力，压缩机排压降低从而降低能耗。其次将液空与压力废气、氮气和膨胀低压废气等冷流体换热，使液空充分过冷吸收冷量，含湿量降到最低，相当于增加了精馏气量，提高了提取率。避免了大量膨胀导致空气含湿量增加的问题，同时增大了液氮等产量，提高了输出产品的经济价值。采用本发明，具有流程组织优化，设备投入成本低，能耗降低显著的特点。
附图说明
图示为本发明的制氮装置连接示意图。
图中标记：
ET增压膨胀机
C1精馏塔
K1冷凝蒸发器
E1换热器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。但不应将此理解为本实用新型的上述主题的范围仅限于下述实施例。
a)压缩并净化的空气引入换热器E1，通过管道被换热器内的低压富氧气、氮气和压力富氧气等返流气体冷却到接近液化温度；
b)冷却后的空气送入精馏塔C1，在精馏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，塔内由于气液直接接触介质组成沸点不同形成精馏。在塔顶获得氮气；塔底获得富氧液空；
c)从精馏塔顶出来的一部分氮气进入冷凝蒸发器K1被冷凝成液氮，其中一部分液氮作为产品液氮被引出，其余作为回流液返回精馏塔；从塔顶出来的另一部分氮气送入换热器E1复热到常温，然后进入增压膨胀机ET的增压端增压后进入用户氮气管网；
d)从精馏塔底引出的富氧液空，进入换热器E1与低压富氧气、氮气和压力富氧气过冷，节流后进入冷凝蒸发器作为冷源与精馏塔顶出来的氮气进行换热，被蒸发后产生的压力富氧气进入换热器被复热到一定温度，再送入增压膨胀机的膨胀端膨胀制冷；膨胀后的低压富氧气进入换热器被复热至常温被排出。
采用本实用新型装置，和现有设备相比，只需要对流程组织进行优化，换热器布置流道略复杂，换热器长度略增加，液空管路略长；用于增压的透平膨胀机及其辅助仪控系统等费用略增加，但压缩机费用降低，投入成本非常低廉，却可将中大型制氮及其衍生系列装置(如附带部分氧气或液氧)的能耗降低15~23％以上，同时可节约水耗14~22％。例如一套5000NM3/H压力0.9MPaG电子行业典型制氮装置，电耗可降低~373KW(~21.6％)，节水~21％，电费年节约373X0.5X8500＝1,585,250元，按一套装置运行15年计算，节电经济效益为23,778,750元；也即节约资金相当于全部装置投资和管理费用。而新型装置仅比常规装置增加投资费用的回收周期仅需4～8个月，具有经济效益最大化和增加投资最小化的特点，非常值得推广。全国制氮装置近百套，若采用本发明，每年可节约数亿元电费和大量水资源。
典型制氮装置能耗对比
| 流程组织形式 | 本发明 | 常规制氮 |
| 产品氮气产量Nm3/h | 5000 | 5000 |
| 产品氮气压力MPa.G | 0.9 | 0.9 |
| 产品液体产量Nm3/h | 441 | 441 |
| 空压机排压bara | 8.5 | 11 |
| 空压机排气量Nm3/h | 13000 | 14700 |
| 空压机功率KW | 1351KW | 1726KW |
| 纯化系统再生气量Nm3/h(15℃吸附) | 3419 | 3463 |
| 加热时间MIN | 57 | 52 |
| 再生平均功率KW(170℃再生) | 48 | 44 |
| 循环水量T/h6℃温升(压缩机) | 189 | 241 |
| 预冷消耗冷量KW | 168 | 176 |
| 预冷消耗冷量折合电耗KW(制冷系数3.8) | 44 | 46 |
| 总功率KW | 1443 | 1816 |
| 节约电耗KW | 373 | 0 |
| 节电 | 21.6％ | 0 |
| 节约水 | 21％ | ～-3T/h |
注：预冷、纯化再生为制氮装置预处理。
需要说明的是：虽然上述实施例`经详细描述了本实用新型的结构，但本实用新型并不限于上述实施例，凡是本领域技术人员从上述实施例中不经过创造性劳动就可以想到的替换结构，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1、一种低能耗制氮装置，包括换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、透平膨胀机，其特征在于：所述透平机还包括增压部件，所述增压部件的增压端与所述膨胀端通过轴连接；所述精馏塔塔顶的氮气出口通过管道依次与换热器、膨胀机增压端连接，精馏塔底富氧液空出口通过管道连接换热器，换热器冷源输出端与冷凝蒸发器管道连接，冷凝蒸发器蒸发端依次与换热器、透平膨胀机膨胀端管道连接；透平膨胀机膨胀端通过管道依次与换热器、低压富氧气排出管道连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2009200795179U CN201367354Y (zh) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | 低能耗制氮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2009200795179U CN201367354Y (zh) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | 低能耗制氮装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201367354Y true CN201367354Y (zh) | 2009-12-23 |
Family
ID=41486247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNU2009200795179U Expired - Lifetime CN201367354Y (zh) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | 低能耗制氮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201367354Y (zh) |
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2009
- 2009-03-12 CN CNU2009200795179U patent/CN201367354Y/zh not_active Expired - Lifetime
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