CN204214200U - 高低温双膨胀节能型制氮装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及制氮技术，公开了一种高低温双膨胀节能型制氮装置，包括预冷换热器和与预冷换热器连接的冷箱，冷箱包括主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、高温增压透平膨胀机。本实用新型提高进入精馏塔的空气的温度，空气处于过热状态再进入精馏塔，有利于精馏塔的精馏，提高氮气提取率；高温增压透平膨胀机由于进气温度高，输出功较大，利用输出功增压产品氮气，降低了空压机和精馏塔的操作压力，从而空压机的能耗得以降低、精馏塔的分离效果得到提高、氮气提取率得以提高的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及制氮技术，尤其涉及了一种高低温双膨胀节能型制氮装置。
背景技术
目前氮气产品需求量越来越大，特别是小型制氮装置的能耗很难降低，如何降低制氮装置能耗至关重要。氮气产品要求压力越高，压力污氮的量就越大，目前的一般做法是压力富氧空气部分膨胀，其余压力富氧空气节流，膨胀机的输出功增压原料空气或采用风机制动放空；富氧液空不过冷，或是采用冷凝蒸发器出来的富氧空气过冷。而采用常规的流程制氮装置的能耗较高，特别是在小型制氮装置不产液氮的情况下，制氮装置的流程已经成型，制氮装置的单耗更难降低。
发明内容
本实用新型针对现有技术中能耗高的缺点，提供了一种高低温双膨胀节能型制氮装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：
高低温双膨胀节能型制氮装置，包括预冷换热器和与预冷换热器连接的冷箱，冷箱包括主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、高温增压透平膨胀机，主换热器均与精馏塔、冷凝蒸发器、过冷器、高温增压透平膨胀机、低温膨胀机连接，精馏塔均与冷凝蒸发器、过冷器连接，冷凝蒸发器与过冷器连接。
作为优选，主换热器包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路，过冷器包括第五管路、第六管路、第七管路，精馏塔设有入口、气体输出口和液体输出口，冷凝蒸发器设有入口、气体输出口和液体输出口。
作为优选，高温增压透平膨胀机包括第一增压端和第一膨胀端，第一增压端与第一膨胀端通过第一轴连接，第一增压端包括进口端，第一增压端的进口端与第一管路的出口连接，第一管路的入口与精馏塔的气体输出口连接。
作为优选，第一膨胀端包括进口端和出口端，第一膨胀端的进口端与第四管路的出口连接，第一膨胀端的出口端通过管道与第八管路的入口连接，第一膨胀端的出口端通过管道与第三管路的入口连接。
作为优选，第四管路的入口与第六管路的出口连接，第六管路的入口与冷凝蒸发器的气相输出口连接。
作为优选，冷箱还包括低温膨胀机，低温膨胀机均与过冷器、主换热器连接；低温膨胀机包括第二增压端和第二膨胀端，第二增压端与第二膨胀端通过第二轴连接，第二膨胀端包括进口端和出口端，第二膨胀端的进口端通过管道与第四管路的出口连接，第二膨胀端的出口端通过管路与第五管路的入口连接。
作为优选，第二管路的出口通过管路与精馏塔的入口连接；第七管路的入口通过管道与精馏塔的液相输出口连接，第七管路的出口通过管道与冷凝蒸发器的入口连接，精馏塔的气相输出口通过管道与冷凝蒸发器的入口连接，冷凝蒸发器的液相输出口通过管道与精馏塔的塔顶连接。
作为优选，第五管路的出口通过管道与第三管路的入口连接。
作为优选，还包括过滤器、与过滤器连接的空压机和与预冷换热器连接的纯化装置，预冷换热器与空压机连接，预冷换热器通过纯化装置与冷箱连接。
本实用新型的制氮流程，提高进入精馏塔的空气的温度，空气处于过热状态再进入精馏塔，有利于精馏塔的精馏，提高氮气提取率；高温增压透平膨胀机由于进气温度高，输出功较大，利用输出功增压产品氮气，降低了空压机和精馏塔的操作压力，从而空压机的能耗得以降低、精馏塔的分离效果得到提高、氮气提取率得以提高的目的。
附图说明
图1是本实用新型的流程图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—过滤器、2—空压机、3—预冷换热器、4—纯化装置、5—冷箱、6—主换热器、7—精馏塔、8—冷凝蒸发器、9—过冷器、10—高温增压透平膨胀机、11—第一管路、12—第二管路、13—第三管路、14—第四管路、15—第五管路、16—第六管路、17—第七管路、18—第八管路、19—第九管路、20—低温膨胀机、21—第一增压端、22—第二增压端、23—第一膨胀端、24—第二膨胀端、25—第一轴、26—第二轴。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1
高低温双膨胀节能型制氮装置，如图1所示，图中箭头表示流股的流向，包括过滤器1、与过滤器1通过管道连接的空压机2、与空压机2通过管道连接的预冷换热器3、与预冷换热器3通过管道连接的纯化装置4、与纯化装置4通过管道连接的冷箱5，冷箱5包括主换热器6、精馏塔7、冷凝蒸发器8、过冷器9、高温增压透平膨胀机10、低温膨胀机20。
主换热器6包括第一管路11、第二管路12、第三管路13、第四管路14(图1中从右到左依次为第一管路11、第二管路12、第三管路13和第四管路14)。过冷器9包括第五管路15、第六管路16、第七管路17(图1中从右到左依次为第五管路15、第六管路16、第七管路17)。预冷换热器3包括第八管路18、第九管路19(图1中从右到左依次为第八管路18、第九管路19)。
精馏塔7设有入口、气体输出口和液体输出口。冷凝蒸发器8设有入口、气体输出口和液体输出口。
高温增压透平膨胀机10包括第一增压端21和第一膨胀端23，第一增压端21与第一膨胀端23通过第一轴25连接，第一增压端21包括进口端和出口端，第一增压端21的进口端与主换热器6的第一管路11的出口连接，主换热器6的第一管路11的入口与精馏塔7的气体输出口连接；第一增压端21的出口端上连接有管道，该管道上设有阀门。
第一膨胀端23包括进口端和出口端，第一膨胀端23的进口端与主换热器6的第四管路14的出口连接，主换热器6的第四管路14的入口与第六管路16的出口连接，第六管路16的入口与冷凝蒸发器8的气相输出口连接。第一膨胀端23的出口端通过管道与第八管路18的入口连接，第八管路18的出口连接有管道，第一膨胀端23的出口端通过管道与第三管路13的入口连接，第三管路13的出口通过管道与纯化装置4连接。
低温膨胀机20包括第二增压端22和第二膨胀端24，第二增压端22与第二膨胀端24通过第二轴26连接，第二膨胀端24包括进口端和出口端，第二膨胀端24的进口端通过管道与第四管路14的出口连接，第二膨胀端24的出口端通过管路与第五管路15的入口连接，第五管路15的出口通过管道与第三管路13的入口连接。
第三管路13的出口通过管路与纯化装置4连接，第二管路12的入口通过管路与纯化装置4连接，第二管路12的出口通过管路与精馏塔7的入口连接；第七管路17的入口通过管道与精馏塔7的液相输出口连接，第七管路17的出口通过管道与冷凝蒸发器8的入口连接，精馏塔7的气相输出口通过管道与冷凝蒸发器8的入口连接，冷凝蒸发器8的液相输出口通过管道与精馏塔7的塔顶连接。
空压机2通过管道与第九管路19的入口连接，第九管路19的出口通过管道与纯化装置4连接。
本实用新型的制氮装置，增加了高温增压透平膨胀机10，使用预冷换热器3代替预冷机组，总体投资稍有增加、电耗明显下降、用水量也有所降低。例如一套3000Nm3/h的压力9bar的制氮装置，投资成本增加20万元、电耗可以降低236kW、节水48t/h，电费年节约236x0.5x8500＝96.05万元，按照一套装置运行15年计算，节约电费为约为1440.75万元。本实用新型的制氮装置比常规装置投资增加的费用在200000/(236x0.5x24)＝70.6天后即可收回，经济效益很客观。具体比较见表一。
本实用新型也可演变为不需低温膨胀机20。
本实用新型可根据用户的实际产品情况，给预冷换热器3增加一股制冷剂来冷却进入预冷换热器3内的空气。
表一：制氮装置能耗比较
采用本制氮装置的实现流程如下：
a.将原料空气经过滤器1过滤，过滤掉杂质后的空气进入空压机2，在空压机2中压缩到7bar至10bar，在本实施例中，空气在空压机2中压缩到8bar，压缩到8bar的空气进入预冷换热器3，空气在预冷换热器3中被冷却并分离出游离水后，空气再进入纯化装置4；在纯化装置4中空气中的水分和二氧化碳被清除，得到净化空气。
b.将步骤a中得到的净化空气输送到冷箱5中的主换热器6的第二管路12进行冷却，冷却到温度为104K至112K后的空气从精馏塔7的入口进入精馏塔7中进行精馏。从精馏塔7的气相输出口得到氮气流股，该氮气流股分为两股，其中一股氮气经过主换热器6的第一管路11进行复热后再进入高温增压透平膨胀机10的第一增压端21，经高温增压透平膨胀机10增压后得到的氮气流股从第一增压端21的出口端流出作为产品供客户使用；另一股氮气进入冷凝蒸发器8被冷凝成液氮，液氮再返回到精馏塔7的塔顶作为回流液参入精馏。从精馏塔7的液相输出口得到富氧液空。
c.将步骤b中得到的富氧液空经过冷器9的第七管路17过冷后再进入冷凝蒸发器8中，在冷凝蒸发器8中富氧液空被汽化成压力富氧空气；压力富氧空气从冷凝蒸发器8的气相输出口流出经过冷器9的第六管路16复热后再进入主换热器6的第三管路13中，压力富氧空气经主换热器6复热后分为两股，其中一股压力富氧空气在主换热器6复热至110K-130K后进入低温膨胀机20的第二膨胀端24中进行膨胀，膨胀后经过冷器9的第五管路15进行复热后得到富氧空气；另一股压力富氧空气在主换热器6上部引出进入高温增压透平膨胀机10的第一膨胀端23中进行膨胀，膨胀后得到富氧空气，将富氧空气分成两股，其中一股富氧空气进入预冷换热器3进行冷却后放空；另一股富氧空气与经过冷器9复热后的富氧空气汇合得到富氧空气后再进入主换热器6的第三管路13中进行复热，复热后得到的富氧空气流出冷箱5进入纯化装置4作为再生原料空气。
总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：包括预冷换热器(3)和与预冷换热器(3)连接的冷箱(5)，冷箱(5)包括主换热器(6)、精馏塔(7)、冷凝蒸发器(8)、过冷器(9)、高温增压透平膨胀机(10)，主换热器(6)均与精馏塔(7)、冷凝蒸发器(8)、过冷器(9)、高温增压透平膨胀机(10)连接，精馏塔(7)均与冷凝蒸发器(8)、过冷器(9)连接。
2.根据权利要求1所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：主换热器(6)包括第一管路(11)、第二管路(12)、第三管路(13)、第四管路(14)，过冷器(9)包括第五管路(15)、第六管路(16)、第七管路(17)，精馏塔(7)设有入口、气体输出口和液体输出口，冷凝蒸发器(8)设有入口、气体输出口和液体输出口。
3.根据权利要求2所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：高温增压透平膨胀机(10)包括第一增压端(21)和第一膨胀端(23)，第一增压端(21)与第一膨胀端(23)通过轴(25)连接，第一增压端(21)包括进口端，第一增压端(21)的进口端与第一管路(11)的出口连接，第一管路(11)的入口与精馏塔(7)的气体输出口连接。
4.根据权利要求3所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：第一膨胀端(23)包括进口端和出口端，第一膨胀端(23)的进口端与第四管路(14)的出口连接，第一膨胀端(23)的出口端通过管道与第八管路(18)的入口连接，第一膨胀端(23)的出口端通过管道与第三管路(13)的入口连接。
5.根据权利要求2所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：第四管路(14)的入口与第六管路(16)的出口连接，第六管路(16)的入口与冷凝蒸发器(8)的气相输出口连接。
6.根据权利要求1所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：冷箱(5)还包括低温膨胀机(20)，低温膨胀机(20)均与过冷器(9)、主换热器(6)连接。
7.根据权利要求2所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：第二管路(12)的出口通过管路与精馏塔(7)的入口连接；第七管路(17)的入口通过管道与精馏塔(7)的液相输出口连接，第七管路(17)的出口通过管道与冷凝蒸发器(8)的入口连接，精馏塔(7)的气相输出口通过管道与冷凝蒸发器(8)的入口连接，冷凝蒸发器(8)的液相输出口通过管道与精馏塔(7)的塔顶连接。
8.根据权利要求1所述的高低温双膨胀节能型制氮装置，其特征在于：还包括过滤器(1)、与过滤器(1)连接的空压机(2)和与预冷换热器(3)连接的纯化装置(4)，预冷换热器(3)与空压机(2)连接，预冷换热器(3)通过纯化装置(4)与冷箱(5)连接。
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