CN207763357U - 一种双塔正流纯氮制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双塔正流纯氮制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、增压后冷却器、主换热器、膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱。本实用新型采用压力空气膨胀至常压，压比高，制冷量效率高，制冷量大，可以减少装置启动时间，节省用电量。膨胀后空气经复热后出冷箱，混合部分污氮气用作交替使用的分子筛吸附器再生气，降低了再生污氮气中的含氧量，有效延长电加热器的使用寿命。增设液氮泵将低压液氮增压后引入高压精馏塔作为回流液，提高了高压氮气提取率，大大降低装置能耗。可制取两种压力等级的氮气产品，同时可制取液氮副产品。

Description

一种双塔正流纯氮制取装置

技术领域

本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种双塔正流纯氮制取装置。

背景技术

随着化工、电子、新材料、瓷钢业、玻璃等行业技术发展和革新，对氮气需求量急速增加，同时对氮气纯度也提出了更高的要求。

目前市场上的常用的纯氮设备分为两种：单塔制氮和双塔制氮，单塔制氮流畅可制取一定压力的产品氮气直接供用户使用，该种流程形式虽然结构简单，但装置提取率较低，产品单耗高，不适合大规模用氮气量的需求；双塔制氮可以制取常压氮气或压力为0.1-0.2MpaG的低压氮气，装置提取率高，能耗较单塔制氮低，但是由于产品压力较低，产品氮气需要经氮气压缩机压缩后才能满足用户对氮气压力的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种双塔正流纯氮制取装置，以解决现有技术的不足。

本实用新型采用以下技术方案：

一种双塔正流纯氮制取装置，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、增压后冷却器、主换热器、膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱，

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、增压后冷却器、膨胀机的增压端设于冷箱外，主换热器、膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵设置于冷箱内，精馏塔II设于精馏塔I之上，冷凝蒸发器I设于精馏塔I和精馏塔II之间，冷凝蒸发器II设于精馏塔II之上；

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器依次连接，交替使用的分子筛吸附器分别和主换热器、膨胀机的增压端连接，主换热器和精馏塔I底部的原料空气进口连接；膨胀机的增压端和增压后冷却器连接，增压后冷却器和主换热器连接，主换热器的原料空气部分复热出口和膨胀机连接，膨胀机和主换热器连接，主换热器再连接至电加热器；

精馏塔I顶部的高压氮气出口分别和主换热器、冷凝蒸发器I连接，主换热器连接外部管道以提供高压氮气产品，冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、冷箱外液氮存储罐连接，其中，冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀；

精馏塔I底部的液空出口和过冷器连接，过冷器再和精馏塔II中部连接，其中，过冷器和精馏塔II中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II顶部的低压氮气出口分别和主换热器、冷凝蒸发器II连接，主换热器连接外部管道以提供低压氮气产品；

精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接，其连接管路上设有节流阀；

冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵和精馏塔I顶部连接，液氮泵和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀；冷凝蒸发器II的污氮气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器分别连接至电加热器和外部放空管道，电加热器再和交替使用的分子筛吸附器连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用压力空气膨胀至常压，压比高，制冷量效率高，制冷量大，可以减少装置启动时间，节省用电量。

2、本实用新型膨胀后空气经复热后出冷箱，混合部分污氮气用作交替使用的分子筛吸附器再生气，降低了再生污氮气中的含氧量，防止因再生污氮气含氧量过高造成电加热器加热过程过热问题，有效延长电加热器的使用寿命。

3、本实用新型增设液氮泵将低压液氮增压后引入高压精馏塔作为回流液，提高了高压氮气提取率，大大降低装置能耗。

4、本实用新型可制取两种压力等级的氮气产品，同时可制取液氮副产品。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本实用新型，但并不用来限定本实用新型的实施范围。

一种双塔正流纯氮制取装置，如图1所示，包括过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3-1、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、增压后冷却器3-2、主换热器6、膨胀机7、精馏塔I8、精馏塔II10、冷凝蒸发器I9、冷凝蒸发器II11、过冷器12、液氮泵13、冷箱，

过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3-1、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、增压后冷却器3-2、膨胀机的增压端7-1设于冷箱外，主换热器6、膨胀机7、精馏塔I8、精馏塔II10、冷凝蒸发器I9、冷凝蒸发器II11、过冷器12、液氮泵13设置于冷箱内，精馏塔II10设于精馏塔I8之上，冷凝蒸发器I9设于精馏塔I8和精馏塔II10之间，冷凝蒸发器II11设于精馏塔II10之上；

过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3-1、交替使用的分子筛吸附器4依次连接，交替使用的分子筛吸附器4分别和主换热器6、膨胀机的增压端7-1连接，主换热器6和精馏塔I8底部的原料空气进口连接；膨胀机的增压端7-1和增压后冷却器3-2连接，增压后冷却器3-2和主换热器6连接，主换热器6的原料空气部分复热出口和膨胀机7连接，膨胀机7和主换热器6连接，主换热器6再连接至电加热器5；

精馏塔I8顶部的高压氮气出口分别和主换热器6、冷凝蒸发器I9连接，主换热器6连接外部管道以提供高压氮气产品，冷凝蒸发器I9的液氮出口分别和精馏塔I8顶部、冷箱外液氮存储罐连接，其中，冷凝蒸发器I9的液氮出口和精馏塔I8顶部的连接管路上设有角式冷阀；

精馏塔I8底部的液空出口和过冷器12连接，过冷器12再和精馏塔II10中部连接，其中，过冷器12和精馏塔II10中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II10顶部的低压氮气出口分别和主换热器6、冷凝蒸发器II11连接，主换热器6连接外部管道以提供低压氮气产品；

精馏塔II10底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II11连接，其连接管路上设有节流阀；

冷凝蒸发器II11的低压液氮出口分别和精馏塔II10顶部、液氮泵13连接，液氮泵13和精馏塔I8顶部连接，液氮泵13和精馏塔I8顶部的连接管路上设有角式冷阀；冷凝蒸发器II11的污氮气出口和过冷器12连接，过冷器12和主换热器6连接，主换热器6分别连接至电加热器5和外部放空管道，电加热器5再和交替使用的分子筛吸附器4连接。

上述各部件的功能如下：

过滤器1，用于过滤原料空气中的灰尘和机械杂质；

透平空气压缩机2，用于将过滤后的原料空气压缩到设定压力；

空气预冷机组3-1，用于将过滤、压缩后的原料空气预冷；

交替使用的分子筛吸附器4，用于将过滤、压缩、预冷后的原料空气纯化，去除水分、CO2、C2H2等物质；

电加热器5，用于加热污氮气和膨胀后空气以再生分子筛吸附器4；

增压后冷却器3-2，用于冷却经膨胀机的增压端7-1增压后的原料空气；

主换热器6，用于将过滤、压缩、预冷、纯化后的原料空气冷却；用于将过滤、压缩、预冷、纯化、增压、冷却后的原料空气部分冷却；用于将膨胀后空气复热、高压氮气复热、低压氮气复热、污氮气复热；

膨胀机7，用于将部分冷却后的原料空气膨胀制取冷箱必需冷量；

精馏塔I8，用于将经过滤、压缩、预冷、纯化、冷却后的原料空气低温精馏而分离为高压氮气和液空；

精馏塔II10，用于将液空精馏为低压氮气和富氧液空；

冷凝蒸发器I9，用于将高压氮气和富氧液空进行换热，高压氮气液化为液氮，富氧液空汽化作为精馏塔II10的上升气；

冷凝蒸发器II11，用于将富氧液空和低压氮气进行换热，低压氮气被冷凝为低压液氮，富氧液空被汽化为污氮气；

过冷器12，用于将液空过冷，用于将污氮气复热；

液氮泵13，用于低压液氮增压。

上述双塔正流纯氮制取装置制取纯氮，包括如下步骤：

步骤一、将原料空气经过滤器1过滤掉灰尘和机械杂质后，进入透平空气压缩机2将空气压缩到设定压力0.5-1.0MPaA；之后经空气预冷机组3-1预冷至5-8℃后进入交替使用的分子筛吸附器4中纯化，将水分、CO₂、C₂H₂等物质去除；

步骤二、将纯化后的原料空气部分用于仪表空气(图中未标示出)，其余部分分为两股，一股直接进入主换热器6被返流气体冷却至饱和并带有一定含湿后进入精馏塔I8底部参与精馏；另一股经过膨胀机的增压端7-1增压及增压后冷却器3-2冷却后进入主换热器6被返流气体部分冷却至一定温度后，抽出进入膨胀机7膨胀制取装置所需冷量，膨胀后空气经主换热器6复热后出冷箱，和后续部分污氮气混合，由电加热器5加热后引入交替使用的分子筛吸附器4作为再生气；

步骤三、空气经精馏塔I8精馏后分离为高压氮气和液空，高压氮气分成两股，一股直接引出经过主换热器6复热后出冷箱作为产品供用户，另一股引入冷凝蒸发器I9和富氧液空换热，高压氮气被冷凝为液氮，引出部分液氮进入精馏塔I8作为回流液，另引出其余部分液氮作为副产品；液空经过过冷器12过冷后节流进入精馏塔II10参与精馏；

步骤四、液空在精馏塔II10中被分离为低压氮气和富氧液空，引出部分低压氮气经主换热器6复热后作为产品供用户，其余低压氮气引入冷凝蒸发器II11；部分富氧液空被精馏塔I8引出的高压氮气汽化作为精馏塔II10的上升气，其余富氧液空经节流后引入冷凝蒸发器II11；

步骤五、在冷凝蒸发器II11中低压氮气和富氧液空进行换热，低压氮气被冷凝为低压液氮，富氧液空被汽化为污氮气；引出部分低压液氮经液氮泵13增压后引入精馏塔I8顶部作为回流液，其余低压液氮引入精馏塔II10顶部作为回流液；污氮气经过过冷器12、主换热器6复热后出冷箱，一部分和膨胀后空气混合，由电加热器5加热后引入交替使用的分子筛吸附器4作为再生气，其余放空。

Claims (1)

1.一种双塔正流纯氮制取装置，其特征在于，包括过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、增压后冷却器、主换热器、膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵、冷箱，

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器、电加热器、增压后冷却器、膨胀机的增压端设于冷箱外，主换热器、膨胀机、精馏塔I、精馏塔II、冷凝蒸发器I、冷凝蒸发器II、过冷器、液氮泵设置于冷箱内，精馏塔II设于精馏塔I之上，冷凝蒸发器I设于精馏塔I和精馏塔II之间，冷凝蒸发器II设于精馏塔II之上；

过滤器、透平空气压缩机、空气预冷机组、交替使用的分子筛吸附器依次连接，交替使用的分子筛吸附器分别和主换热器、膨胀机的增压端连接，主换热器和精馏塔I底部的原料空气进口连接；膨胀机的增压端和增压后冷却器连接，增压后冷却器和主换热器连接，主换热器的原料空气部分复热出口和膨胀机连接，膨胀机和主换热器连接，主换热器再连接至电加热器；

精馏塔I顶部的高压氮气出口分别和主换热器、冷凝蒸发器I连接，主换热器连接外部管道以提供高压氮气产品，冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、冷箱外液氮存储罐连接，其中，冷凝蒸发器I的液氮出口和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀；

精馏塔I底部的液空出口和过冷器连接，过冷器再和精馏塔II中部连接，其中，过冷器和精馏塔II中部连接的管路上设节流阀；

精馏塔II顶部的低压氮气出口分别和主换热器、冷凝蒸发器II连接，主换热器连接外部管道以提供低压氮气产品；

精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接，其连接管路上设有节流阀；

冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、液氮泵连接，液氮泵和精馏塔I顶部连接，液氮泵和精馏塔I顶部的连接管路上设有角式冷阀；冷凝蒸发器II的污氮气出口和过冷器连接，过冷器和主换热器连接，主换热器分别连接至电加热器和外部放空管道，电加热器再和交替使用的分子筛吸附器连接。