[實用新型]一種深冷分離提純氮氣及液氮的裝置

有效

• 申請號: 201420590224.8
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN204202302U
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 卓躍光;王慶波;彭喜魁;年濤;孟慶烜;任鐵柱;陳國慶;趙洪;趙媛媛;張惠媛;張勇強
• 申請（專利權）人: 開封空分集團有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術領域

本實用新型涉及空氣分離領域，尤其涉及一種深冷分離提純氮氣及液氮的裝置。

背景技術

隨著工業的迅速發展，氮氣在化工、電子、冶金、食品、機械等領域獲得了廣泛的應用。氮氣是一種化學性質不活潑的氣體，不易與其他物質發生化學反應。因此，氮氣在冶金工業、食品冷凍、電子工業、化工工業中廣泛的用來作為保護氣和密封氣，一般保護氣的純度要求為99.99%，有的要求99.998%以上的純氮。

隨著氮氣產品的需求量增大，純氮設備的規模也在不斷的變大。純氮設備的流程形式也是一直在改變，推陳出新。

目前純氮設備采用的流程主要有單塔廢氣返流膨脹流程、雙塔正流膨脹流程、雙塔返流膨脹流程等等。以上流程形式適合小型制氮設備，隨著制氮設備的規模擴大，以上所述的流程形式能耗較高、操作復雜、不易于用戶操作的缺點日益明顯。

實用新型內容

本實用新型克服上述現有技術中的不足提供一種能耗低、工藝流程簡單的通過空氣深冷分離提純氮氣及液氮的裝置。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種深冷分離提純氮氣及液氮的裝置，包括空氣壓縮系統、預冷系統、純化系統和分餾塔系統，所述分餾塔系統包括主換熱器、膨脹機的膨脹端、單級精餾塔、液氮過冷器；所述空氣壓縮系統通過第一管道與預冷系統相連接，所述預冷系統通過第二管道與純化系統連接，所述純化系統上連接第三管道，所述第三管道上連接第四管道和第五管道，所述第四管道經主換熱器連接在精餾塔下部的氣體入口處；所述第五管道與膨脹機的增壓端相連接，所述增壓端通過第六管道連接一冷卻器，所述冷卻器通過第七管道連接分餾塔系統內的主換熱器，所述第七管道經主換熱器后與第八管道相連接，所述第八管道連接膨脹機的膨脹端，所述膨脹端的出口處連接第九管道，所述第九管道經主換熱器后連接在預冷系統上；所述單級精餾塔下部的液體出口處連接第十管道，所述第十管道經過第一節流閥后連接在一冷凝蒸發器頂部，所述單級精餾塔頂部的氮氣出口處連接第十一管道，所述第十一管道經過主換熱器后通過第五節流閥連接氮氣收集單元，所述冷凝蒸發器上方的污氣出口處連接一第十二管道，所述第十二管道經過主換熱器后連接在分餾塔系統外部的噴射蒸發器上，所述噴射蒸發器上連接第十八管道，所述第十八管道與第十九管道及第二十管道分別相連通，所述第十九管道連接純化系統，所述第二十管道連接預冷系統；所述冷凝蒸發器的液氮側出口處連接第十三管道，所述第十三管道經過液氮過冷器后分別與第十四管道及第十五管道相連通，所述第十四管道經過第三節流閥后連接在分餾塔系統外部的液氮收集單元上，所述第十五管道經過第二節流閥連接液氮過冷器，所述液氮過冷器通過第十六管道與第九管道相通，所述冷凝蒸發器的液空側出口連接第十七管道，所述第十七管道通過第四節流閥連接噴射蒸發器。

所述單級精餾塔為塔板數為38~55或對應塔盤數為45~75盤的規整填料塔。

一種深冷分離提純氮氣及液氮的方法，該方法如下：

1）原料氣為空氣，空氣先經過空氣壓縮系統壓縮，壓縮后的壓力為~0.48Mpa、溫度為~100℃氣體經第一管道進入預冷系統進行冷卻，冷卻至8~17℃，冷卻后的氣體通過第二管道進入空氣純化系統，經過空氣純化系統吸附掉水、二氧化碳及部分碳氫化合物后經由第三管道進入分餾塔系統，進入分餾塔系統后的氣體分為兩部分：一部分氣體經過第五管道進入膨脹機的增壓端，然后通過第六管道送入冷卻器，通過冷卻器冷卻后經由第七管道在主換熱器中與返流的富氧空氣、氮氣進行熱交換，熱交換后空氣從主換熱器中下部抽出，溫度為-110~-135℃，通過第八管道進入膨脹機的膨脹端進行絕熱膨脹，膨脹后的空氣壓力為25kPa、溫度為-170~-187℃的氣體通過第九管道經主換熱器復熱后送出分餾塔系統送出分餾塔系統；另一部分氣體通過第四管道經主換熱器被冷卻至液化點后通過單級精餾塔下部的氣體入口進入單級精餾塔進行精餾；