CN210267885U - 一种能制液氮的空分设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种能制液氮的空分设备，包含空气过滤器；所述空气过滤器依次通过原料空压机、预冷机组、吸附器和主换热器连通；所述主换热器与第一精馏塔连通；所述第一精馏塔的顶部的输出管通过主换热器与氮气压缩机连通；所述氮气压缩机通过主换热器与透平膨胀机连通，同时所述氮气压缩机与增压机连通；所述透平膨胀机同轴拖动增压机增压；所述增压机通过主换热器与透平膨胀机连通；所述增压机通过主换热器与气液分离器连通；所述透平膨胀机的输出管与气液分离器的输入管连通；所述气液分离器的顶部的输出管通过主换热器与氮气压缩机连通；本实用新型即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机，又兼顾了大量生产液氮。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机、富氧空气透平膨胀机，又兼顾了大量生产液氮的优势的能制液氮的空分设备。
背景技术
氮是惰性气体，可用作电子产品、玻璃制品、金属冶炼过程中的保护气，氮液化后利于运输；液氮主要应用于低温物理学研究、冷冻食品、制冷剂、保存活体样本、冷冻治疗；通常在全液体空气分离设备上同时生产液氧、液氮及液氩；或在气体空气分离设备上附产一部分液氧或液氮；制氮设备的加工原料取自于环境空气，空气中含有78%的氮、21%的氧、1%的氩。
中国专利ZL200820185824.0公开了一种双膨胀机中压液化设备，其需要原料氮气进行液化，同时还需要设置原料氮压机。
中国专利ZL 201020598060.5公开了一种制氮装置，其能微量生产液氮或不生产液氮，而且液氮量越大装置的氮提取率越低，同时还需要设置富氧空气透平膨胀机。
为此，我们研发了一种即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机、富氧空气透平膨胀机，又兼顾了大量生产液氮的优势的能制液氮的空分设备。
发明内容
本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机、富氧空气透平膨胀机，又兼顾了大量生产液氮的优势的能制液氮的空分设备。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种能制液氮的空分设备，包含空气过滤器；所述空气过滤器通过原料空压机与预冷机组连通；所述预冷机组通过吸附器与冷箱中的主换热器通道A连通；所述主换热器通道A与第一精馏塔的底部的输入管连通；所述第一精馏塔的顶部的输出管与第一冷凝蒸发器的氮侧顶部的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器的氮侧底部的输出管与第一精馏塔的顶部的输入管连通；所述第一精馏塔的顶部的输出管通过主换热器通道B与氮气压缩机连通；所述第一精馏塔的底部的输出管与过冷器通道A连通；所述过冷器通道A与液空节流阀V2连通；所述液空节流阀V2与第一冷凝蒸发器的液空侧的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器与不凝气排出管连通，以定期排放不凝气；所述第一冷凝蒸发器的液空侧顶部的输出管与第二精馏塔底部的输入管连通；所述第二精馏塔的顶部的输出管与第二冷凝蒸发器的氮侧顶部的输入管连通；所述第二冷凝蒸发器的氮侧底部的输出管与第二精馏塔的顶部的输入管连通；所述第二精馏塔的底部的输出管与与液空节流阀V3连通；所述液空节流阀V3与第二冷凝蒸发器的液空侧的输入管连通；所述第二精馏塔的液空侧底部的输出管、第一冷凝蒸发器的液空侧的输出管分别与第二冷凝蒸发器连通；所述氮气压缩机通过主换热器通道C与第一透平膨胀机连通，同时所述氮气压缩机与第一增压机连通；所述第一透平膨胀机同轴拖动第一增压机增压；所述第一增压机与第二增压机连通；所述第二增压机通过主换热器通道D与第二透平膨胀机连通；所述第二增压机通过主换热器通道E与气液分离器的输入管连通；所述第二透平膨胀机同轴拖动第二增压机增压；所述所述第一增压机与第二增压机之间设置有冷却器；所述第二增压机与主换热器通道之间也设置有冷却器；所述第二透平膨胀机的输出管与液空节流阀V1连通；所述液空节流阀V1与气液分离器的输入管连通；所述气液分离器的顶部的输出管通过主换热器通道F与氮气压缩机连通；所述第一透平膨胀机的输出管与气液分离器的顶部的输出管连通；所述气液分离器的底部的输出管通过液氮节流阀V4与第二精馏塔的顶部的输入管连通；所述气液分离器的底部的输出管依次通过液氮节流阀V4、液氮泵与第一精馏塔的顶部的输入管连通；所述气液分离器的底部的输出管用于排放产品液氮；所述第二冷凝蒸发器的顶部的输出管依次通过过冷器通道B、主换热器通道G与吸附器连通；主换热器通道G与吸附器之间还设置有电加热器。
优选的，所述第一精馏塔、第二精馏塔、第一冷凝蒸发器、第二冷凝蒸发器、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机、过冷器、液氮泵、气液分离器和主换热器设置在冷箱内。
优选的所述吸附器，包含第一吸附器和第二吸附器；所述第一吸附器和第二吸附器并联设置，当第一吸附器处于吸附工作状态时，第二吸附器处于再生工作状态或当第二附器处于吸附工作状态时，第一吸附器处于再生工作状态。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、双塔精馏带泵耦合工艺流程与氮液化设备相结合生产液氮，在保障高提取率的前提下产生压力氮进行液化；
2、原料空压机提供装置所需要原料空气，氮气压缩机提供装置冷量所需要的能力消耗，无需设置原料氮压机、富氧空气透平膨胀机；
3、即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机、富氧空气透平膨胀机，又兼顾了大量生产液氮的优势。
附图说明
下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
附图1为本实用新型的能制液氮的空分设备的工作原理图；
其中：AF、空气过滤器;TC1、原料空压机；TC2、氮气压缩机;UF、预冷机组;MS1、第一吸附器；MS2、第二吸附器;WE、冷却器;EH、电加热器;C1、第一精馏塔；C2、第二精馏塔；K1、第一冷凝蒸发器；K2、第二冷凝蒸发器;ET1、第一透平膨胀机；ET2、第二透平膨胀机;E2、过冷器；NP、液氮泵;S1、气液分离器；BT1、第一增压机；BT2、第二增压机；E1、主换热器；SL2、消音器；20、冷箱；
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依次是不同的通道。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
附图1为本实用新型所述的能制液氮的空分设备，包含空气过滤器AF；所述空气过滤器AF通过原料空压机TC1与预冷机组UF连通；所述预冷机组UF通过吸附器与冷箱中的主换热器E1通道A连通；所述主换热器E1通道A与第一精馏塔C1的底部的输入管连通；所述第一精馏塔C1的顶部的输出管与第一冷凝蒸发器K1的氮侧顶部的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器K1的氮侧底部的输出管与第一精馏塔C1的顶部的输入管连通；所述第一精馏塔C1的顶部的输出管通过主换热器E1通道B与氮气压缩机TC2连通；所述第一精馏塔C1的底部的输出管与过冷器E2通道A连通；所述过冷器E2通道A与液空节流阀V2连通；所述液空节流阀V2与第一冷凝蒸发器K1的液空侧的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器K1与不凝气排出管连通，以定期排放不凝气；所述第一冷凝蒸发器K1的液空侧顶部的输出管与第二精馏塔C2底部的输入管连通；所述第二精馏塔C2的顶部的输出管与第二冷凝蒸发器K2的氮侧顶部的输入管连通；所述第二冷凝蒸发器K2的氮侧底部的输出管与第二精馏塔C2的顶部的输入管连通；所述第二精馏塔C2的底部的输出管与与液空节流阀V3连通；所述液空节流阀V3与第二冷凝蒸发器K2的液空侧的输入管连通；所述第二精馏塔K2的液空侧底部的输出管、第一冷凝蒸发器K1的液空侧的输出管分别与第二冷凝蒸发器K2连通；所述氮气压缩机TC2通过主换热器E1通道C与第一透平膨胀机ET1连通，同时所述氮气压缩机TC2与第一增压机BT1连通；所述第一透平膨胀机ET1同轴拖动第一增压机BT1增压；所述第一增压机BT1与第二增压机BT2连通；所述第二增压机BT2通过主换热器E1通道D与第二透平膨胀机ET2连通；所述第二增压机BT2通过主换热器E1通道E与气液分离器S1的输入管连通；所述第二透平膨胀机ET2同轴拖动第二增压机BT2增压；所述所述第一增压机BT1与第二增压机BT2之间设置有冷却器WE；所述第二增压机BT2与主换热器E1通道之间也设置有冷却器WE；所述第二透平膨胀机ET2的输出管与液空节流阀V1连通；所述液空节流阀V1与气液分离器S1的输入管连通；所述气液分离器S1的顶部的输出管通过主换热器E1通道F与氮气压缩机TC2连通；所述第一透平膨胀机ET1的输出管与气液分离器S1的顶部的输出管连通；所述气液分离器S1的底部的输出管通过液氮节流阀V4与第二精馏塔C2的顶部的输入管连通；所述气液分离器S1的底部的输出管依次通过液氮节流阀V4、液氮泵NP与第一精馏塔C1的顶部的输入管连通；所述气液分离器S1的底部的输出管用于排放产品液氮；所述第二冷凝蒸发器K2的顶部的输出管依次通过过冷器E2通道B、主换热器E1通道G与吸附器连通；主换热器E1通道G与吸附器之间还设置有电加热器EH。
所述第二冷凝蒸发器K2与不凝气排出管连通，以定期排放不凝气。
空气中除了氧、氮、氩，还有氖、氦、氢等在空分低温过程不会凝露的组分，这部分组分会聚积在第一冷凝蒸发器K1的顶部，长时间累积会影响第一冷凝蒸发器K1的换热效果，所以在第一冷凝蒸发器K1上设置有不凝气排放阀，以定期排放不凝气。
第二冷凝蒸发器K2也一样，不再累述。
所述第一精馏塔C1、第二精馏塔C2、第一冷凝蒸发器K1、第二冷凝蒸发器K2、第一透平膨胀机ET1、第二透平膨胀机ET2、过冷器E2、液氮泵NP、气液分离器S1和主换热器E1设置在冷箱20内。
本实施例中，所述吸附器，包含第一吸附器MS1和第二吸附器MS2；所述第一吸附器MS1和第二吸附器MS2并联设置，当第一吸附器MS1处于吸附工作状态时，第二吸附器MS2处于再生工作状态或当第二附器MS2处于吸附工作状态时，第一吸附器MS1处于再生工作状态。
工作时，原料空气经空气过滤器AF除去灰尘及机械杂质，在空气压缩机TC1中被压缩到所需压力，温度约40度，压缩空气经预冷机组UF冷却除去游离态水分，温度约10度，然后进入自动切换的吸附器（MS1/MS2），以清除H2O、CO2和C2H2以及其它碳氢化合物，出吸附器的空气的温度约为20℃，出吸附器的空气分成二路：第一路直接进入冷箱，空气经过主换热器E1与返流气体换热，被冷却至液化温度零下170度，进入第一精馏塔C1参与精馏；第二路少量空气去仪表空气系统，作为仪表气和密封气；
空气在第一精馏塔C1中被分离成氮气和富氧液空；在第一精馏塔C1的顶部获得纯氮，一部分气氮进入主换热器E1复热后出冷箱，该部分氮气的温度为常温17度，一部分气氮被第一冷凝蒸发器K1中的富氧液空冷凝成液氮，液氮返回第一精馏塔C1作为回流液；
在第一精馏塔C1底部的富氧液空，经过冷器E2过冷，节流后进入第一冷凝蒸发器K1与第一精馏塔C1顶部的氮气换热，第一精馏塔C1顶部的氮气被冷凝，第一冷凝蒸发器K1中的富氧液空吸热蒸发；
蒸发的富氧空气作为二次精馏的原料气被送往第二精馏塔C2的底部参与精馏，并分别在第二精馏塔C2的底部和顶部得到富氧液空和液氮，其液氮部分作为第二精馏塔C2的回流液，部分经液氮泵NP加压后送入第一精馏塔C1顶部，与第一冷凝蒸发器K1回流的液氮共同作为第一精馏塔C1的回流液；
第二精馏塔C2底部的富氧液空经节流后进入第二冷凝蒸发器K2，与第二精馏塔C2顶部的氮气换热，第二精馏塔C2顶部的氮气被冷凝，第二冷凝蒸发器K2中的富氧液空吸热蒸发，富氧空气经过冷器E2和主换热器E1复热后出冷箱，部分作为吸附器的再生吹冷用，余量通过消音器SL2放空；
第一精馏塔C1顶部的氮气经主换热器E1复热后出冷箱，与膨胀后氮气汇合，少量作为第一透平膨胀机ET1、第二透平膨胀机ET2、氮气压缩机TC2的密封气；大部分经氮气压缩机TC2加压；
压缩后氮气分为二路：第一路进入主换热器E1冷却到高温的第一透平膨胀机ET1的进口温度后抽出进入的第一透平膨胀机ET1膨胀制冷，膨胀后氮气进入主换热器E1与低温的第二透平膨胀机ET2膨胀后氮气汇合；第一路经高温的第一透平膨胀机ET1、低温的第二透平膨胀机ET2同轴拖动对应的第一增压机BT1、第二增压机增压机BT2增压，经水冷却器WE冷却后进入主换热器E1；
增压后的氮气在主换热器E1中冷却，冷却到低温的第二增压机增压机BT2的进口温度后抽出一部分进入低温的第二增压机增压机BT2膨胀制冷，膨胀后的氮气进入气液分离器S1；另一部分增压后氮气继续冷却、液化、节流后进入气液分离器S1；
气液分离器S1中的液氮大部分作为产品送贮存点，少量送入第二精馏塔C2作为空气分离、精馏所需要的冷量损失的补充；气液分离器S1中的气氮经主换热器E1复热、与高温的第一透平膨胀机ET1膨胀后的氮气汇合出主换热器E1，进入氮气压缩机TC2增压；
氮气经氮气压缩机TC2增压，经高温的第一透平膨胀机ET1、低温的第二增压机增压机BT2膨胀制冷后再进入氮气压缩机TC2增压，形成压缩、膨胀的循环，提供氮液化所需的冷量。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、双塔精馏带泵耦合工艺流程与氮液化设备相结合生产液氮，在保障高提取率的前提下产生压力氮进行液化；
2、原料空压机提供装置所需要原料空气，氮气压缩机提供装置冷量所需要的能力消耗，无需设置原料氮压机、富氧空气透平膨胀机；
3、即能得到氮气高提取率的优势，省去了原料氮压机、富氧空气透平膨胀机，又兼顾了大量生产液氮的优势。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制；凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (3)
1.一种能制液氮的空分设备，其特征在于：包含空气过滤器（AF）；所述空气过滤器（AF）通过原料空压机（TC1）与预冷机组（UF）连通；所述预冷机组（UF）通过吸附器与冷箱中的主换热器（E1）通道A连通；所述主换热器（E1）通道A与第一精馏塔（C1）的底部的输入管连通；所述第一精馏塔（C1）的顶部的输出管与第一冷凝蒸发器（K1）的氮侧顶部的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器（K1）的氮侧底部的输出管与第一精馏塔（C1）的顶部的输入管连通；所述第一精馏塔（C1）的顶部的输出管通过主换热器（E1）通道B与氮气压缩机（TC2）连通；所述第一精馏塔（C1）的底部的输出管与过冷器（E2）通道A连通；所述过冷器（E2）通道A与液空节流阀V2连通；所述液空节流阀V2与第一冷凝蒸发器（K1）的液空侧的输入管连通；所述第一冷凝蒸发器（K1）与不凝气排出管连通，以定期排放不凝气；所述第一冷凝蒸发器（K1）的液空侧顶部的输出管与第二精馏塔（C2）底部的输入管连通；所述第二精馏塔（C2）的顶部的输出管与第二冷凝蒸发器（K2）的氮侧顶部的输入管连通；所述第二冷凝蒸发器（K2）的氮侧底部的输出管与第二精馏塔（C2）的顶部的输入管连通；所述第二精馏塔（C2）的底部的输出管与液空节流阀V3连通；所述液空节流阀V3与第二冷凝蒸发器（K2）的液空侧的输入管连通；所述第二精馏塔（C2）的液空侧底部的输出管、第一冷凝蒸发器（K1）的液空侧的输出管分别与第二冷凝蒸发器（K2）连通；所述氮气压缩机(TC2)通过主换热器（E1）通道C与第一透平膨胀机（ET1）连通，同时所述氮气压缩机（TC2）与第一增压机（BT1）连通；所述第一透平膨胀机（ET1）同轴拖动第一增压机（BT1）增压；所述第一增压机（BT1）与第二增压机（BT2）连通；所述第二增压机（BT2）通过主换热器（E1）通道D与第二透平膨胀机（ET2）连通；所述第二增压机（BT2）通过主换热器（E1）通道E与气液分离器(S1)的输入管连通；所述第二透平膨胀机（ET2）同轴拖动第二增压机（BT2）增压；所述第一增压机（BT1）与第二增压机（BT2）之间设置有冷却器(WE)；所述第二增压机（BT2）与主换热器（E1）通道之间也设置有冷却器(WE)；所述第二透平膨胀机（ET2）的输出管与液空节流阀V1连通；所述液空节流阀V1与气液分离器(S1)的输入管连通；所述气液分离器(S1)的顶部的输出管通过主换热器（E1）通道F与氮气压缩机（TC2）连通；所述第一透平膨胀机（ET1）的输出管与气液分离器（S1）的顶部的输出管连通；所述气液分离器（S1）的底部的输出管通过液氮节流阀V4与第二精馏塔（C2）的顶部的输入管连通；所述气液分离器（S1）的底部的输出管依次通过液氮节流阀V4、液氮泵（NP）与第一精馏塔（C1）的顶部的输入管连通；所述气液分离器（S1）的底部的输出管用于排放产品液氮；所述第二冷凝蒸发器（K2）的顶部的输出管依次通过过冷器（E2）通道B、主换热器（E1）通道G与吸附器连通；主换热器（E1）通道G与吸附器之间还设置有电加热器（EH）。
2.根据权利要求1所述的能制液氮的空分设备，其特征在于：所述第一精馏塔（C1）、第二精馏塔（C2）、第一冷凝蒸发器（K1）、第二冷凝蒸发器（K2）、第一透平膨胀机（ET1）、第二透平膨胀机（ET2）、过冷器（E2）、液氮泵（NP）、气液分离器（S1）和主换热器（E1）设置在冷箱（20）内。
3.根据权利要求1所述的能制液氮的空分设备，其特征在于：所述吸附器，包含第一吸附器（MS1）和第二吸附器（MS2）；所述第一吸附器（MS1）和第二吸附器（MS2）并联设置，当第一吸附器（MS1）处于吸附工作状态时，第二吸附器（MS2）处于再生工作状态或当第二吸附器（MS2）处于吸附工作状态时，第一吸附器（MS1）处于再生工作状态。
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