CN212101997U - 一种制氮用冷冻干燥装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制氮用冷冻干燥装置，属于制氮技术领域。包括空气压缩机、制氮机、气液分离器、冷凝器和液氮储存罐，气液分离器包括进料区和分离区，分离区为锥型桶结构；进料区的侧面设有进料口，进料区的顶部设有出料口；气液分离器内中心设有冷凝管，冷凝管的两端分别与冷凝器的进气口和出液口连接。本装置中富氮气的混合气体在气液分离器中螺旋下降，在螺旋下降的过程中水分子被中心冷凝管中的低温冷凝成液体；液体水、氧气和氮气在气液分离器中继续螺旋向下运行，在运行的过程中液体水和氧气被气液分离器侧壁的吸附干燥层吸收。高纯度的氮气从气液分离器中心的气体通道收集；提高了纯度和干燥度。

Description

一种制氮用冷冻干燥装置

技术领域

本实用新型涉及制氮技术领域，具体涉及一种制氮用冷冻干燥装置。

背景技术

变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理(加压吸附，减压解吸并使分子筛再生)而在常温使氧和氮分离制取氮气。

现有的制氮工艺主要为通过空气压缩机将空气压缩送入至制氮机中，制氮机通过变压吸附制氮或膜分子过滤制氮得到氮气，制氮机出来的氮气通过冷凝器冷凝成液体储存到液氮储存罐中。变压吸附制氮具有显著的特点:吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快(一般在30min左右)，能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节，产氮量≤2000Nm/h。但现有大部分使用PSA制氮技术只能制取氮气纯度为99.9％的普氮(即O2≤0.1％)，甚至大部分的氮气浓度为95-98％；或可制取99.99％的纯氮(O2≤0.01％)，而暂时由于设备的投入无法达到工业化生产纯度≥99.999％的高纯氮。因此用非低温制氮技术制取高纯氮还必须加后级纯化装置。后序氮气的纯化主要是去除氮气中含有的水蒸气和氧气。而提纯方式主要为加氢和碳脱氧法，加氢处理主要为在催化剂的情况下使氧气与氢气发生反应生成水，再干燥得到提纯。而碳脱氧法主要为碳与氧气在高温的情况下生成二氧化碳，再去除二氧化碳即可。但两种方法均成本较高，且设备复杂，工序复杂。

实用新型内容

为了解决上述现有技术的问题，本实用新型提出了一种结构简单，能耗低，工艺简单且氮气纯度高的好的制氮用冷冻干燥装置。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种制氮用冷冻干燥装置，包括空气压缩机、制氮机、冷凝器和液氮储存罐；所述空气压缩机与制氮机通过管道连接，所述制氮机和冷凝器之间设有气液分离器；所述气液分离器为包括立式圆筒结构的壳体，所述壳体内设有进料区和分离区，所述进料区为圆柱桶结构；所述分离区为锥型桶结构；所述进料区的侧面设有进料口，所述进料区的顶部设有出料口；所述气液分离器内中心设有冷凝管，所述冷凝管在气液分离器内形成无底圆柱型；所述冷凝管中心为气体通道，所述气体通道与所述出料口相通；所述出料口通过管道与所述冷凝器连接；所述冷凝器包括进气口和出液口，所述冷凝器的出液口设有三通，所述三通的其中两端分别与所述液氮储存罐和气液分离器中的冷凝管的其中一个接口连接，所述冷凝管的另一个接口与所述冷凝器的进气口连接；所述气液分离器的侧壁设有干燥层下方设有吸附干燥层，所述气液分离器的下方设有收集腔，所述收集腔底部设有排气口。

进一步的，所述冷凝管包括冷凝液进口和冷凝液出口，所述冷凝液出口与冷凝器的进气口连接；所述冷凝液进口与所述冷凝器的进气口连接。

进一步的，所述冷凝液出口与冷凝器的进气口之间设有循环泵；所述冷凝液进口与冷凝器的出液口之间设有循环泵。

进一步的，所述气液分离器和液氮储存罐上均安装有压力传感器和温度传感器。

进一步的，所述气液分离器顶部设有吸附干燥层的安装口，所述安装口为环状。

进一步的，所述吸附干燥层内包括固定网和多个吸附干燥填料，所述吸附干燥填料为成型的锥形片状，且多个所述吸附干燥填料在固定网内依次连接形成锥型桶结构。

进一步的，所述吸附干燥填料为高分子膜滤网和细孔硅胶依次交错排列。

本实用新型制氮用冷冻干燥装置，其有益效果在于：

(1)本装置从制氮机出来的含有水分和少量氧气的杂质通过气液分离器进行净化，混合气体在气液分离器中螺旋下降，在螺旋下降的过程中水分子被中心冷凝管中的低温冷凝成液体；液体水、氧气和氮气在气液分离器中继续螺旋向下运行，在运行的过程中液体水和氧气被气液分离器侧壁的吸附干燥层吸收。高纯度的氮气从气液分离器中心的气体通道收集；提高了纯度和干燥度。气液分离器为锥型，能够增大路径，提高干燥效率。

(2)利用生产的液氮进行循环冷却，节省设备投入，减少设备占地空间，且更有利于氮气的干燥。

(3)未被吸收的少量的氧气和液态水螺旋下落并富集于收集腔中并排出，进一步纯化和干燥了氮气。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是气液分离器的结构示意图；

图3是气液分离器分离区的内部结构示意图；

1空气压缩机，2制氮机,3冷凝器,4液氮储存罐,5气液分离器，6三通，7压力传感器，8温度传感器；

301进气口，302出液口；

501进料区，502分离区,503进料口，504出料口，505冷凝管，506气体通道，507吸附干燥层，508收集腔，509排气口，510循环泵，511安装口；

5051冷凝液进口，5052冷凝液出口。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本实用新型。

实施例1

一种制氮用冷冻干燥装置，如图1、图2和图3所示，包括空气压缩机1、制氮机2、冷凝器3和液氮储存罐4；空气压缩机1与制氮机2通过管道连接，制氮机2和冷凝器3之间设有气液分离器5；气液分离器5为包括立式圆筒结构的壳体，壳体内设有进料区501和分离区502，进料区501为圆柱桶结构；分离区502为锥型桶结构；进料区501的侧面设有进料口503，进料区501的顶部设有出料口504；气液分离器5内中心设有505，505在气液分离器5内形成无底圆柱型；505中心为气体通道506，气体通道506与所述出料口504相通；出料口504通过管道与冷凝器3连接；505包括冷凝液进口5051和冷凝液出口5052，冷凝器3包括进气口301和出液口302，冷凝器3的出液口302设有三通6，三通6的其中一端与液氮储存罐4连接，三通6的另一端与和505的冷凝液进口5051连接，三通6与冷凝器3的出液口302之间设有循环泵510，505的冷凝液出口5052与冷凝器3的进气口301连接，冷凝液出口5052与冷凝器3的进气口301之间设有循环泵510，便于抽吸使液氮进行循环回收；气液分离器5的侧壁设有干燥层下方设有吸附干燥层507，气液分离器5的下方设有收集腔508，收集腔508底部设有排气口509。气液分离器5和液氮储存罐4上均安装有压力传感器7和温度传感器8；气液分离器5顶部设有吸附干燥层507的安装口511，安装口511为环状，且安装口511外侧设有密封盖，安装口511上设有密封垫；吸附干燥层507内包括固定网和多个吸附干燥填料，吸附干燥填料为成型的锥形片状，吸附干燥填料为高分子膜滤网和细孔硅胶依次交错排列；且多个高分子膜滤网和细孔硅胶在固定网内依次连接形成锥型桶结构，便于与氮气充分接触。

使用时，空气通过空气压缩机1压缩进入制氮机2进行制氮，制氮机2可采用分子筛，也可采用膜分离技术将氮气和其余气体物质分离出来，分离之后的氮气纯度能够达到90％以上。从制氮机2出来的以氮气为主的气体进入气液分离器5的进料口503，气体进气在进料区501垂直进料，并在分离区502形成螺旋向下的路径，在下降的过程中505内的液氮对混合气体进行冷却，混合气体中的水蒸气遇到液氮之后变为液态，被气流带动旋转向下，在运行的过程中液体水和氧气被气液分离器5侧壁的吸附干燥层507吸收。高纯度的氮气从气液分离器5中心的气体通道506收集至冷凝器3中冷凝至液体，冷凝的液体一部分进入液氮储存罐4，小部分进入505中，保持505对混合气体的冷却，505中的热交换的液体氮气再进入冷凝器3中二次循环冷却。未被吸收的少量的氧气和液态水螺旋下落富集于收集腔508中并排出，进一步纯化和干燥了氮气。

本装置中压缩机、制氮机、冷凝器和液氮储存罐等为现有制氮装置中的常规设备，本领域技术人员知晓其结构和原理，因此在本实施例中不以赘述。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种制氮用冷冻干燥装置，包括空气压缩机、制氮机、冷凝器和液氮储存罐；所述空气压缩机与制氮机通过管道连接，其特征在于：所述制氮机和冷凝器之间设有气液分离器；所述气液分离器为包括立式圆筒结构的壳体，所述壳体内设有进料区和分离区，所述进料区为圆柱桶结构；所述分离区为锥型桶结构；所述进料区的侧面设有进料口，所述进料区的顶部设有出料口；所述气液分离器内中心设有冷凝管，所述冷凝管在气液分离器内形成无底圆柱型；所述冷凝管中心为气体通道，所述气体通道与所述出料口相通；所述出料口通过管道与所述冷凝器连接；所述冷凝器包括进气口和出液口，所述冷凝器的出液口设有三通，所述三通的其中两端分别与所述液氮储存罐和气液分离器中的冷凝管的其中一个接口连接，所述冷凝管的另一个接口与所述冷凝器的进气口连接；所述气液分离器的侧壁设有干燥层下方设有吸附干燥层，所述气液分离器的下方设有收集腔，所述收集腔底部设有排气口。

2.根据权利要求1所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述冷凝管包括冷凝液进口和冷凝液出口，所述冷凝液出口与冷凝器的进气口连接；所述冷凝液进口与所述冷凝器的进气口连接。

3.根据权利要求2所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述冷凝液出口与冷凝器的进气口之间设有循环泵；所述冷凝液进口与冷凝器的出液口之间设有循环泵。

4.根据权利要求1所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述气液分离器和液氮储存罐上均安装有压力传感器和温度传感器。

5.根据权利要求1所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述气液分离器顶部设有吸附干燥层的安装口，所述安装口为环状。

6.根据权利要求5所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述吸附干燥层内包括固定网和多个吸附干燥填料，所述吸附干燥填料为成型的锥形片状，且多个所述吸附干燥填料在固定网内依次连接形成锥型桶结构。

7.根据权利要求6所述制氮用冷冻干燥装置，其特征在于：所述吸附干燥填料为高分子膜滤网和细孔硅胶依次交错排列。

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