[發明專利]一種高純氮氣提純工藝及裝置

在審

• 申請號: 201910967489.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110526223A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 劉江淮;周金城;王勝利;沈冰
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C01B21/04
• 分類號: C01B21/04
• 代理公司: 34111 馬鞍山市金橋專利代理有限公司
• 代理人: 魯延生<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明一種高純氮氣提純工藝及裝置，包括在現有技術基礎上增加一臺凈化塔，形成二臺凈化塔并聯連接，一用一備的運行方式；增加一臺或二臺冷卻器，冷卻器設置在吸附塔的進氣管路中；還包括增加二臺吸附塔，四臺吸附塔每二臺串聯，形成二組并聯連接的吸附塔，二組吸附塔一用一備；本發明工藝包括：原料氮氣進入一臺凈化塔凈化后經過冷卻器E1降溫，之后進入第一臺吸附塔，經過第一臺吸附塔純化后進入另一臺冷卻器E2冷卻，冷卻后進入第二臺吸附塔，進一步純化，經檢驗達標的高純氮氣產品通過隔膜式壓縮機壓縮、升壓，再經匯流排進行充瓶；本發明工藝及裝置能確保高純氣生產安全、穩定、長周期運行，顯著提高經濟效益。

技術領域

本發明屬于低溫空氣分離與液化領域，尤其涉及高純度氣體提純工藝與裝置。

背景技術

高純度氮氣提純裝置是以純氮氣為原料氣，經純化設備深度凈化、吸附后，經檢驗生產出符合國標GB/T8979-2008的高純氮氣產品，之后通過隔膜式壓縮機壓縮、升壓，再經匯流排進行充瓶。在后面的陳述中，高純度氮氣簡稱“高純氮氣”。

高純氮氣提純裝置中純化設備是清除原料純氮氣中雜質組份的關鍵設備。現有技術純化設備是由凈化塔、吸附塔組成；純化設備的工作原理是首先由凈化塔中凈化劑脫除純氮中氧、甲烷、氫氣、碳氫化合物，再由吸附塔中分子篩吸附純氮中水、二氧化碳、乙炔，最后對純化后的氮氣進行檢驗，對純度達到國標要求的高純氮氣進行后續充裝工序。

純化設備凈化塔中的凈化劑無法通過再生方式循環使用，只能定期更換；純化設備吸附塔中的13X分子篩吸附劑因其物理特性可以通過加熱再生方式循環使用。因此，純化設備工藝流程的科學優化設計尤為重要。

目前，高純氮氣提純裝置通用型工藝流程的示意圖見附圖1，包括一臺凈化塔、二臺吸附塔(一臺使用、一臺再生)，實現對純氮氣深度凈化、吸附功能。純化設備工藝流程設計一臺凈化塔，因凈化塔中凈化劑的物理特性，無法通過再生方法循環使用，必須定期更換，導致高純氮氣提純裝置運行周期較短；同時，在凈化塔發生故障時，提純裝置必須停機檢修；上述二種因素導致的裝置停運必然影響高純氮氣生產經濟性。

此外，原料純氮氣在凈化塔脫除氧、甲烷、氫氣、碳氫化合物的過程中吸收熱量，溫度升高；之后，經過凈化塔凈化的原料氣進入吸附塔，吸附塔中的13X分子篩吸附劑在吸附原料氣中水、二氧化碳、乙炔的同時，分子篩吸附劑也吸收了熱量，導致分子篩吸附劑溫度升高，吸附容量降低、吸附效果下降，吸附塔工作周期變短，吸附塔必須進行切換運行，此時，13X分子篩吸附劑必須使用自產的高純氮氣作為再生氣源進行加溫再生，致使整個高純氮氣提純裝置運行成本增加。

發明內容

本發明一種高純氮氣提純工藝技術方案一(見圖2)為：在現有技術基礎上增加一臺凈化塔，將二臺凈化塔并聯設置，形成一用一備的運行方式；再增加一臺冷卻器E1，冷卻器E1設置在所述凈化塔和吸附塔之間；本發明工藝方法包括：原料氮氣進入二臺并聯的凈化塔凈化后，經過冷卻器E1冷卻后，進入二臺并聯連接的吸附塔，經過吸附塔純化后，經檢驗合格得到高純氮氣產品；二臺凈化塔和二臺吸附塔均為一用一備，維持高純氮氣提純系統不間斷工作。

針對純化設備設計一臺的凈化塔中凈化劑無法通過再生方法循環使用的物理特性，為純化設備增設一臺相同型號的凈化塔，二臺凈化塔設計為并聯連接，形成1用1備的運行方式，有效保證高純氮氣提純裝置長周期運行。

針對純化設備設計的吸附塔工作溫度高現象，在凈化塔之后的吸附塔進氣管道中增設1臺氣體冷卻器，氣體冷卻器使用冷卻水與吸附塔進氣管路中純氮氣換熱，降低吸附塔工作溫度。因分子篩吸附劑吸附溫度越低，物理吸附效率越高，分子篩吸附劑吸附溫度降低10℃，吸附容量提高不小于13％，所以降低分子篩吸附劑吸附溫度，可以有效提高分子篩吸附劑吸附效果。當吸附塔中的13X分子篩吸附劑工作溫度高時，為保證吸附效果，吸附塔工作周期縮短，此時吸附塔必須進行切換運行，使分子篩吸附劑加熱再生從而恢復吸附功效。由此導致提純裝置運行成本增加。