CN207865821U - 一种低能耗双塔纯氮制取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低能耗双塔纯氮制取装置，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。本实用新型采用空气膨胀进精馏塔II，低压液氮经液氮泵增压后回流精馏塔I流程形式，装置提取率高，能耗低。本实用新型可以制取两种压力等级的氮气产品，同时可制取液氮副产品。

Description

一种低能耗双塔纯氮制取装置

技术领域

本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种低能耗双塔纯氮制取装置。

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低能耗双塔纯氮制取装置，以解决现有技术的不足。

本实用新型采用以下技术方案：

一种低能耗双塔纯氮制取装置，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，膨胀机再和精馏塔II底部的原料空气进口连接；

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、过冷器、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器和精馏塔II顶部连接，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，过冷器和精馏塔II顶部的连接管路上设有节流阀；

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，主换热器分别和电加热器、外部放空管道连接，电加热器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、本实用新型采用空气膨胀进精馏塔II，低压液氮经液氮泵增压后回流精馏塔I流程形式，装置提取率高，能耗低。

2、本实用新型可以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。

一种低能耗双塔纯氮制取装置，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再和精馏塔II10底部的原料空气进口连接；

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、过冷器12、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器12和精馏塔II10顶部连接，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，过冷器12和精馏塔II10顶部的连接管路上设有节流阀；

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分别和电加热器5、外部放空管道连接，电加热器5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，用于将膨胀后空气和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、液氮过冷，用于将污氮气复热；

液氮泵13，用于低压液氮增压。

上述低能耗双塔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，膨胀后空气引入精馏塔II10底部参与精馏；

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，引出部分液氮经过冷器12过冷后节流进入精馏塔II10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、膨胀后空气、液空和液氮在精馏塔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)

1.一种低能耗双塔纯氮制取装置，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，膨胀机再和精馏塔II底部的原料空气进口连接；

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、过冷器、冷箱外液氮存储罐连接，过冷器和精馏塔II顶部连接，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，过冷器和精馏塔II顶部的连接管路上设有节流阀；

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，主换热器分别和电加热器、外部放空管道连接，电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接。