CN209639357U - 一种低能耗液氮制取装置 - Google Patents

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何森林
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Abstract

本实用新型公开一种低能耗液氮制取装置,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、冷冻机组、循环空压机、主换热器、精馏塔I、冷凝蒸发器I、精馏塔II、冷凝蒸发器II、过冷器、第一膨胀机、第二膨胀机、冷箱。本实用新型装置以空气为原料,分子筛净化空气、采用中压空气正流膨胀加低压污氮气返流膨胀、双塔双冷凝制取高纯度液氮,装置能耗低、氮提取率高。

Description

一种低能耗液氮制取装置
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液氮制取装置。
背景技术
随着电子、瓷业、浮法玻璃等行业的蓬勃发展,对氮气的需求也不断增加。由于液氮产品具有便利贮存、供应方便、保证质量、输送效率高等优点越来越被用户采用,市场潜力很大。如果仅靠空分设备副产品根本就不能满足市场的需求,全液体空分设备的应用已成为一种趋势。
全液体空分设备产品生产主要采用低温精馏分离工艺,利用空气中各组分蒸发温度的不同将它们分离并得到液体产品。空分设备的原料是大气,其主要的消耗是能源,尤其对全液体空分能耗的高低更为关键。因此,在全液体空分设备中如何进一步降低能量消耗显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种低能耗液氮制取装置,以解决现有技术的不足。
本实用新型采用以下技术方案:
一种低能耗液氮制取装置,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、冷冻机组、循环空压机、主换热器、精馏塔I、冷凝蒸发器I、精馏塔II、冷凝蒸发器II、过冷器、第一膨胀机、第二膨胀机、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、冷冻机组、循环空压机、第一膨胀机增压端设于冷箱外,主换热器、精馏塔I、冷凝蒸发器I、精馏塔II、冷凝蒸发器II、过冷器、第一膨胀机、第二膨胀机设于冷箱内,冷凝蒸发器I设于精馏塔I之上,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的出口分别和主换热器、第一膨胀机增压端连接,主换热器的第一部分冷却出口和冷冻机组连接,冷冻机组和主换热器连接,主换热器的第一完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口连接;第一膨胀机增压端和第一增压后冷却器连接,第一增压后冷却器和主换热器连接,主换热器的第二部分冷却出口和冷冻机组连接,冷冻机组和主换热器连接,主换热器的第三部分冷却出口和第一膨胀机连接,第一膨胀机和主换热器连接,主换热器和循环空压机连接,循环空压机和第二增压后冷却器连接,第二增压后冷却器连至交替使用的分子筛吸附器出口,主换热器第二完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口连接,主换热器第二完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口的连接管路上设有节流阀;
精馏塔I顶部的氮气出口和冷凝蒸发器I连接,冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、过冷器连接,过冷器和冷箱外液氮储罐连接,过冷器和冷箱外液氮储罐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,过冷器和冷凝蒸发器I连接,过冷器和冷凝蒸发器I的连接管路上设有节流阀,冷凝蒸发器I的富氧空气出口、冷凝蒸发器I的液空出口分别和精馏塔II底部的原料进口连接;
精馏塔II顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II连接,冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、冷箱外液氮储罐连接;
精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接,精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀,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,主换热器部分复热出口和第二膨胀机连接,第二膨胀机和主换热器连接,主换热器分别和冷箱外放空管道、电加热器连接,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、本实用新型以空气为原料,分子筛净化空气、采用中压空气正流膨胀加低压污氮气返流膨胀、双塔双冷凝制取高纯度液氮,装置能耗低、氮提取率高。
2、本实用新型采用双冷凝蒸发器,设置冷凝蒸发器I,因冷凝蒸发器I中液空中含氧量较精馏塔II低,在精馏塔I精馏压力不变的情况下,可以提高进入冷凝蒸发器I节流后液空的压力,液空被精馏塔I顶部氮气蒸发后直接进入精馏塔II;因此精馏塔II压力提高,在满足冷凝蒸发器II换热的情况下,精馏塔II底部富氧液空节流后压力也相应提高,进而进入第二膨胀机的污氮气压力相应提高,膨胀制冷量增加,装置能耗降低。
3、本实用新型一股原料空气经第一膨胀机增压端增压后引出,该股空气压力高,经过主换热器被返流气体冷却时易液化,进一步降低装置能耗。
附图说明
图1为本实用新型装置示意图。
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。
一种低能耗液氮制取装置,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、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、冷冻机组14、循环空压机15、主换热器6、精馏塔I9、冷凝蒸发器I10、精馏塔II11、冷凝蒸发器II12、过冷器13、第一膨胀机7、第二膨胀机8、冷箱,
过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、交替使用的分子筛吸附器4、电加热器5、冷冻机组14、循环空压机15、第一膨胀机增压端7-1设于冷箱外,主换热器6、精馏塔I9、冷凝蒸发器I10、精馏塔II11、冷凝蒸发器II12、过冷器13、第一膨胀机7、第二膨胀机8设于冷箱内,冷凝蒸发器I10设于精馏塔I9之上,冷凝蒸发器II12设于精馏塔II11之上;
过滤器1、透平空气压缩机2、空气预冷机组3、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的出口分别和主换热器6、第一膨胀机增压端7-1连接,主换热器6的第一部分冷却出口和冷冻机组14连接,冷冻机组14和主换热器6连接,主换热器6的第一完全冷却出口和精馏塔I9底部的原料空气进口连接;第一膨胀机增压端7-1和第一增压后冷却器16连接,第一增压后冷却器16和主换热器6连接,主换热器6的第二部分冷却出口和冷冻机组14连接,冷冻机组14和主换热器6连接,主换热器6的第三部分冷却出口和第一膨胀机7连接,第一膨胀机7和主换热器6连接,主换热器6和循环空压机15连接,循环空压机15和第二增压后冷却器17连接,第二增压后冷却器17连至交替使用的分子筛吸附器4出口,主换热器6第二完全冷却出口和精馏塔I9底部的原料空气进口连接,主换热器6第二完全冷却出口和精馏塔I9底部的原料空气进口的连接管路上设有节流阀;
精馏塔I9顶部的氮气出口和冷凝蒸发器I10连接,冷凝蒸发器I10的液氮出口分别和精馏塔I9顶部、过冷器13连接,过冷器13和冷箱外液氮储罐连接,过冷器13和冷箱外液氮储罐的连接管路上设有节流阀;
精馏塔I9底部的液空出口和过冷器13连接,过冷器13和冷凝蒸发器I10连接,过冷器13和冷凝蒸发器I10的连接管路上设有节流阀,冷凝蒸发器I10的富氧空气出口、冷凝蒸发器I10的液空出口分别和精馏塔II11底部的原料进口连接;
精馏塔II11顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II12连接,冷凝蒸发器II12的低压液氮出口分别和精馏塔II11顶部、冷箱外液氮储罐连接;
精馏塔II11底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II12连接,精馏塔II11底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II12的连接管路上设有节流阀,冷凝蒸发器II12的污氮气出口和过冷器13连接,过冷器13和主换热器6连接,主换热器6部分复热出口和第二膨胀机8连接,第二膨胀机8和主换热器6连接,主换热器6分别和冷箱外放空管道、电加热器5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,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;
主换热器6,用于将纯化后的原料空气和循环增压后空气冷却,将经过冷器13复热后的污氮气部分复热,将第一膨胀机7膨胀后的空气、第二膨胀机8膨胀后的污氮气复热;
第一膨胀机7,用于将主换热器6第三部分冷却出口的部分冷却空气膨胀,制取冷量;
第二膨胀机8,用于将经过冷器13、主换热器6部分复热的污氮气膨胀,制取冷量;
精馏塔I9,用于将原料空气精馏而分离为氮气和液空;
冷凝蒸发器I10,用于氮气和液空换热,氮气被液化为液氮,液空被汽化为富氧空气;
精馏塔II11,用于将富氧空气和液空精馏而分离为低压氮气和富氧液空;
冷凝蒸发器II12,用于低压氮气和富氧液空换热,低压氮气被液化为低压液氮,富氧液空被汽化为污氮气;
过冷器13,用于液空、液氮过冷,用于污氮气复热;
冷冻机组14,用于主换热器6第一部分冷却出口、第二部分冷却出口的部分冷却空气冷却;
循环空压机15,用于将经第一膨胀机膨胀、主换热器复热后的空气循环增压。
上述低能耗液氮制取装置进行液氮制取,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1.0-1.3MPa;之后经空气预冷机组3预冷至5-8℃后进入交替使用的分子筛吸附器4中纯化,去除水分、CO2、C2H2等物质;
步骤二、将纯化后的原料空气和循环增压后空气汇合,一小部分用于仪表空气(图中未示意出),其余分成两股,一股进入主换热器6部分冷却到约251K,抽出,经低温冷冻机14冷却后,引入主换热器6继续冷却至饱和温度并带有一定的含湿后进入精馏塔I9底部参与精馏;另一股经第一膨胀机增压端7-1增压后引入主换热器6部分冷却到约251K,抽出,经低温冷冻机14冷却后,引入主换热器6继续冷却,引出一部分空气进入第一膨胀机7膨胀,膨胀后空气经主换热器6复热后出冷箱,引入循环空压机15,循环增压后和纯化后的原料空气汇合以循环利用,另一部分空气继续冷却至饱和温度后节流进入精馏塔I9底部参与精馏;
步骤三、空气经精馏塔I9精馏后分离为氮气和液空,氮气引入冷凝蒸发器I10和液空换热,压力氮气被冷凝为液氮,部分液氮引入精馏塔I9作为回流液,其余部分液氮过冷、节流后作为产品液氮;液空经过冷、节流后进入冷凝蒸发器I10和氮气换热,液空被汽化为富氧空气,富氧空气和未被汽化的部分液空引入精馏塔II11参与精馏;
步骤四、富氧空气和液空经精馏塔II11精馏后分离为低压氮气和富氧液空,低压氮气引入冷凝蒸发器II12和富氧液空换热,低压氮气被冷凝为低压液氮,部分低压液氮引入精馏塔II11作为回流液,其余部分低压液氮作为产品液氮;富氧液空节流后引入冷凝蒸发器II12和低压氮气换热,富氧液空被汽化为污氮气,污氮气经过冷器13、主换热器6部分复热后引入第二膨胀机8膨胀,膨胀后进入主换热器6复热,复热后出冷箱,部分作为再生气由电加热器5加热后引入交替使用的分子筛吸附器4,其余放空。

Claims (1)

1.一种低能耗液氮制取装置,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、冷冻机组、循环空压机、主换热器、精馏塔I、冷凝蒸发器I、精馏塔II、冷凝蒸发器II、过冷器、第一膨胀机、第二膨胀机、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、冷冻机组、循环空压机、第一膨胀机增压端设于冷箱外,主换热器、精馏塔I、冷凝蒸发器I、精馏塔II、冷凝蒸发器II、过冷器、第一膨胀机、第二膨胀机设于冷箱内,冷凝蒸发器I设于精馏塔I之上,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的出口分别和主换热器、第一膨胀机增压端连接,主换热器的第一部分冷却出口和冷冻机组连接,冷冻机组和主换热器连接,主换热器的第一完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口连接;第一膨胀机增压端和第一增压后冷却器连接,第一增压后冷却器和主换热器连接,主换热器的第二部分冷却出口和冷冻机组连接,冷冻机组和主换热器连接,主换热器的第三部分冷却出口和第一膨胀机连接,第一膨胀机和主换热器连接,主换热器和循环空压机连接,循环空压机和第二增压后冷却器连接,第二增压后冷却器连至交替使用的分子筛吸附器出口,主换热器第二完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口连接,主换热器第二完全冷却出口和精馏塔I底部的原料空气进口的连接管路上设有节流阀;
精馏塔I顶部的氮气出口和冷凝蒸发器I连接,冷凝蒸发器I的液氮出口分别和精馏塔I顶部、过冷器连接,过冷器和冷箱外液氮储罐连接,过冷器和冷箱外液氮储罐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,过冷器和冷凝蒸发器I连接,过冷器和冷凝蒸发器I的连接管路上设有节流阀,冷凝蒸发器I的富氧空气出口、冷凝蒸发器I的液空出口分别和精馏塔II底部的原料进口连接;
精馏塔II顶部的低压氮气出口和冷凝蒸发器II连接,冷凝蒸发器II的低压液氮出口分别和精馏塔II顶部、冷箱外液氮储罐连接;
精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II连接,精馏塔II底部的富氧液空出口和冷凝蒸发器II的连接管路上设有节流阀,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,主换热器部分复热出口和第二膨胀机连接,第二膨胀机和主换热器连接,主换热器分别和冷箱外放空管道、电加热器连接,电加热器和交替使用的分子筛吸附器连接。
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