CN219415430U - 一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，包括空分装置、压缩机I、预冷系统、纯化系统、换热器、膨胀机、精馏塔和产品氮气去管网，空分装置由压缩机I增压，所述预冷系统与纯化系统相连接，纯化系统与换热器相连接，换热器与精馏塔连接，精馏塔在其底部设置有下冷凝蒸发器，精馏塔在其顶部设置有上冷凝蒸发器，膨胀机的输出端连接有电加热器，电加热器与纯化系统连接，本实用新型很好地避免污氮气排空或排放到地下，能够对污氮气进行回收氮气提纯利用，非常利于环保节能，达到回收利用减少排放和降低空分设备能耗。

Description

一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置
技术领域
本实用新型涉及氮气提纯的技术领域，具体涉及一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置。
背景技术
氮气，通常状况下是一种无色无味的气体，而且一般氮气比空气密度小；氮气占大气总量的78.08％，是空气的主要成分；在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.8℃时，液态氮变成雪状的固体；其中氮气的制备工艺中最主要使用的是深冷空分制氮，它是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可直接应用于磁性材料，但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，在深冷空分制氮的过程中，会产生大量的污氮气；一般工业企业对产生的污氮气没有利用价值时,会将污氮气直接通过管路排空或排放到地下,这样一来极大的污染了周边的空气环境及土地环境。
目前，由于共管网氮气已经饱和，无法再增加氮气供管网使用，其次，现有空分有污氮气排空或排放到地下，该排放的污氮气含有大量的氮气组分，缺乏对污氮气进行回收提纯利用，不利于环保节能，如何回收利用减少排放和降低空分设备能耗成为目前较为重要的研究方向，因此有必要予以改进。
实用新型内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型提供了一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，具有结构简单、回收提纯利用及降低空分设备能耗的特点。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，包括空分装置、压缩机I、预冷系统、纯化系统、换热器、膨胀机、精馏塔和产品氮气去管网，所述空分装置由压缩机I增压，所述预冷系统与纯化系统相连接，所述纯化系统与换热器相连接，所述换热器与精馏塔连接；
所述精馏塔在其底部设置有下冷凝蒸发器，所述精馏塔在其顶部设置有上冷凝蒸发器，所述精馏塔的底部与精馏塔的顶部之间设置有过冷器，所述精馏塔的顶部输出端与过冷器、换热器和膨胀机依次连接，所述膨胀机的输出端连接有电加热器，所述电加热器与纯化系统连接；
所述精馏塔的输出端与换热器连接，所述换热器与产品氮气去管网连接，所述换热器与产品氮气去管网之间的管路上设置有压缩机II和气动闸阀I，所述压缩机II的进入端设置有气动闸阀II，所述压缩机II的输出端设置有气动闸阀III，所述压缩机II与下冷凝蒸发器相连接。
作为本实用新型优选的，所述压缩机I与预冷系统之间设置有流量计I。
作为本实用新型优选的，所述预冷系统内设置有冷水机组和空冷塔，所述空冷塔配合冷水机组达到预冷。
作为本实用新型优选的，所述纯化系统内设置有分子筛纯化器I和分子筛纯化器II，所述分子筛纯化器II与分子筛纯化器I相连接。
作为本实用新型优选的，所述纯化系统与换热器之间设置有截止阀I，所述换热器与精馏塔之间设置有截止阀II，所述精馏塔底部与精馏塔顶部之间设置有截止阀III，所述下冷凝蒸发器与精馏塔的上部之间设置有截止阀IV。
作为本实用新型优选的，所述膨胀机连接设置有增压机。
作为本实用新型优选的，所述产品氮气去管网与气动闸阀I之间设置有流量计II。
通过采用上述技术方案，本实用新型和现有技术相比具有的优点是：本实用新型构成简单合理，首先原料为污氮气来自空分装置，压缩机I具有增压作用，使得污氮气到达预冷系统，预冷系统具有对污氮气预冷作用，该纯化系统能够吸附脱除二氧化碳、水分和碳氢化合物，初步吸附脱除效果较佳；然后再经过换热器到达精馏塔，本精馏塔采用带有下冷凝蒸发器和上冷凝蒸发器的结构特点，精馏塔底部的下冷凝蒸发器热源采用氮气冷凝液化，对污氮中的高沸点组分进行蒸发，使得液氧氮蒸发汽化，顶部的上冷凝蒸发器冷源采用液氧对低沸点的组分进行冷凝液化，使得氮气冷凝液化，从而使得氧氮精馏分离，精馏后得到高纯氮气，提纯效果和效率较佳，并且一部分到达产品氮气去管网直接供管网使用；精馏塔所输出的高纯氮气另一部分经压缩机II增压，出精馏塔的氮气和返流的污氮气经换热器进行换热，然后进入精馏塔底部下冷凝蒸发器，精馏塔底部的下冷凝蒸发器热源采用氮气冷凝液化，对污氮中的高沸点组分进行蒸发，使得液氧氮蒸发汽化，氮气被污液氮液化后送入精馏塔顶部作为回流液参与精馏，顶部的上冷凝蒸发器冷源采用液氧对低沸点的组分进行冷凝液化，使得氮气冷凝液化，从而使得氧氮精馏分离，然后该循环部分再循环到达产品氮气去管网直接供管网使用，从而达到循环提纯的效果；精馏塔的顶部通过过冷器后，再由膨胀机制冷，再通往换热器，然后利用电加热器进行加热达到纯化系统，然后再由纯化系统经过换热器循环到达精馏塔，进一步进行精馏提纯，最后该循环部分出精馏塔的高纯氮气到达产品氮气去管网直接供管网使用；本实用新型使用该换热器对各个管路同步进行换热，进一步提高了换热工作的效率，保证了能源的有效利用，降低了能耗；该结构很好地避免污氮气排空或排放到地下，能够对污氮气进行回收氮气提纯利用，非常利于环保节能，达到回收利用减少排放和降低空分设备能耗。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型的原理示意图；
图中：1、空分装置；2、压缩机I；3、预冷系统；31、冷水机组；32、空冷塔；4、纯化系统；41、分子筛纯化器I；42、分子筛纯化器II；5、换热器；6、膨胀机；7、精馏塔；71、下冷凝蒸发器；72、上冷凝蒸发器；8、产品氮气去管网；9、过冷器；10、电加热器；11、压缩机II；12、气动闸阀I；13、气动闸阀II；14、气动闸阀III；15、流量计I；16、截止阀I；17、截止阀II；18、截止阀III；19、截止阀IV；20、增压机；21、流量计II。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，包括空分装置1、压缩机I2、预冷系统3、纯化系统4、换热器5、膨胀机6、精馏塔7和产品氮气去管网8，空分装置1由压缩机I2增压，所述预冷系统3与纯化系统4相连接，纯化系统4与换热器5相连接，换热器5与精馏塔7连接；
精馏塔7在其底部设置有下冷凝蒸发器71，精馏塔7在其顶部设置有上冷凝蒸发器72，精馏塔7的底部与精馏塔7的顶部之间设置有过冷器9，精馏塔7的顶部输出端与过冷器9、换热器5和膨胀机6依次连接，膨胀机6的输出端连接有电加热器10，电加热器10与纯化系统4连接；
精馏塔7的输出端与换热器5连接，换热器5与产品氮气去管网8连接，换热器5与产品氮气去管网8之间的管路上设置有压缩机II11和气动闸阀I12，压缩机II11的进入端设置有气动闸阀II13，压缩机II11的输出端设置有气动闸阀III14，压缩机II11与下冷凝蒸发器71相连接。
在本实施方案中，结构简单合理，首先原料为污氮气来自空分装置，压缩机I2具有增压作用，使得污氮气到达预冷系统3，预冷系统3具有对污氮气预冷作用，该纯化系统4能够吸附脱除二氧化碳、水分和碳氢化合物，初步吸附脱除效果较佳；然后再经过换热器5到达精馏塔7，本精馏塔7采用带有下冷凝蒸发器71和上冷凝蒸发器72的结构特点，精馏塔7底部的下冷凝蒸发器71热源采用氮气冷凝液化，对污氮中的高沸点组分进行蒸发，使得液氧氮蒸发汽化，顶部的上冷凝蒸发器72冷源采用液氧对低沸点的组分进行冷凝液化，使得氮气冷凝液化，从而使得氧氮精馏分离，精馏后得到高纯氮气，提纯效果和效率较佳，并且一部分到达产品氮气去管网8直接供管网使用；精馏塔7所输出的高纯氮气另一部分经压缩机II11增压，出精馏塔的氮气和返流的污氮气经换热器5进行换热，然后进入精馏塔7底部下冷凝蒸发器71，精馏塔7底部的下冷凝蒸发器71热源采用氮气冷凝液化，对污氮中的高沸点组分进行蒸发，使得液氧氮蒸发汽化，氮气被污液氮液化后送入精馏塔顶部作为回流液参与精馏，顶部的上冷凝蒸发器72冷源采用液氧对低沸点的组分进行冷凝液化，使得氮气冷凝液化，从而使得氧氮精馏分离，然后该循环部分再循环到达产品氮气去管网直接供管网8使用，从而达到循环提纯的效果；精馏塔7的顶部通过过冷器9后，再由膨胀机6制冷，再通往换热器5，然后利用电加热器10进行加热达到纯化系统4，然后再由纯化系统4经过换热器5循环到达精馏塔7，进一步进行精馏提纯，最后该循环部分出精馏塔7的高纯氮气到达产品氮气去管网直接供管网8使用；本实用新型使用该换热器5对各个管路同步进行换热，进一步提高了换热工作的效率，保证了能源的有效利用，降低了能耗；该结构很好地避免污氮气排空或排放到地下，能够对污氮气进行回收氮气提纯利用，非常利于环保节能，达到回收利用减少排放和降低空分设备能耗。
具体的，空分装置1用于储存污氮气。压缩机I2采用空气透平压缩机。过冷器9可以对另一部分中液化氮气节流至0.35MPa，使液化后的产品具有一定的过冷度，防止进入汽化量过大，保证平稳运行。具体的，膨胀机6制冷量为1.20-1.40KJ/m3，占总冷量的90-92％。具体的，电加热器10中流出的氮气压力为0.34MPaA。压缩机II11为循环压缩机，用于循环增压使用。气动闸阀I12用于输出的控制，气动闸阀II13和气动闸阀III14用于压缩机II11的控制使用，能够控制循环使用。
进一步地，具体的，压缩机I2与预冷系统3之间设置有流量计I15，流量计I15用于计量气体流量的仪表，能够准确地计量空分装置1中污氮气的流量，便于控制。
进一步地，具体的，预冷系统3内设置有冷水机组31和空冷塔32，空冷塔32配合冷水机组31达到预冷，采用该结构，预冷效果较佳。
进一步地，具体的，纯化系统4内设置有分子筛纯化器I41和分子筛纯化器II42，分子筛纯化器II42与分子筛纯化器I41相连接，分子筛纯化器I41和分子筛纯化器II42采用该结构，能够将污氮气中的二氧化氮、水分和碳氢化合物脱除至1PPm，同时还能降低再生温度和再生能好，提高其使用寿命。
进一步地，具体的，纯化系统4与换热器5之间设置有截止阀I16，换热器5与精馏塔7之间设置有截止阀II17，精馏塔7底部与精馏塔7顶部之间设置有截止阀III18，下冷凝蒸发器71与精馏塔7的上部之间设置有截止阀IV19，截止阀I19用于控制纯化系统4与换热器5是否相通，截止阀II17用于控制换热器5与精馏塔7是否相通，截止阀IV19用于控制精馏塔7的使用，根据需求而操作。
进一步地，具体的，膨胀机6连接设置有增压机20，用于调节膨胀机6输出增压作用。
进一步地，具体的，产品氮气去管网8与气动闸阀I12之间设置有流量计II21，流量计II21用于测量产品氮气的流量，便于控制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：包括空分装置(1)、压缩机I(2)、预冷系统(3)、纯化系统(4)、换热器(5)、膨胀机(6)、精馏塔(7)和产品氮气去管网(8)，所述空分装置(1)由压缩机I(2)增压，所述预冷系统(3)与纯化系统(4)相连接，所述纯化系统(4)与换热器(5)相连接，所述换热器(5)与精馏塔(7)连接；
所述精馏塔(7)在其底部设置有下冷凝蒸发器(71)，所述精馏塔(7)在其顶部设置有上冷凝蒸发器(72)，所述精馏塔(7)的底部与精馏塔(7)的顶部之间设置有过冷器(9)，所述精馏塔(7)的顶部输出端与过冷器(9)、换热器(5)和膨胀机(6)依次连接，所述膨胀机(6)的输出端连接有电加热器(10)，所述电加热器(10)与纯化系统(4)连接；
所述精馏塔(7)的输出端与换热器(5)连接，所述换热器(5)与产品氮气去管网(8)连接，所述换热器(5)与产品氮气去管网(8)之间的管路上设置有压缩机II(11)和气动闸阀I(12)，所述压缩机II(11)的进入端设置有气动闸阀II(13)，所述压缩机II(11)的输出端设置有气动闸阀III(14)，所述压缩机II(11)与下冷凝蒸发器(71)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述压缩机I(2)与预冷系统(3)之间设置有流量计I(15)。
3.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述预冷系统(3)内设置有冷水机组(31)和空冷塔(32)，所述空冷塔(32)配合冷水机组(31)达到预冷。
4.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述纯化系统(4)内设置有分子筛纯化器I(41)和分子筛纯化器II(42)，所述分子筛纯化器II(42)与分子筛纯化器I(41)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述纯化系统(4)与换热器(5)之间设置有截止阀I(16)，所述换热器(5)与精馏塔(7)之间设置有截止阀II(17)，所述精馏塔(7)底部与精馏塔(7)顶部之间设置有截止阀III(18)，所述下冷凝蒸发器(71)与精馏塔(7)的上部之间设置有截止阀IV(19)。
6.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述膨胀机(6)连接设置有增压机(20)。
7.根据权利要求1所述的一种利用放空的污氮气回收制取高纯氮气装置，其特征在于：所述产品氮气去管网(8)与气动闸阀I(12)之间设置有流量计II(21)。
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