[發(fā)明專利]一種低能耗的單塔純氮制取的裝置及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011618283.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112556314A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施俊豐;王定偉;陳曉晶;汪建峰;楊鵬;曹亮;吾布力海熱·阿布都克日木;鄧優(yōu);歐陽越
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州制氧機(jī)集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦;陳繼亮

一種低能耗的單塔純氮制取的裝置，所述該裝置主要包括依次連接的AF、原料空氣壓縮機(jī)MAC、預(yù)冷機(jī)組Cooler、分子篩系統(tǒng)純化MS、真空冷箱Vacuumcoldbox，所述真空冷箱中設(shè)有換熱器E1和氮塔C1，其中氮塔分為塔底C1和塔頂K1，并在兩者之間設(shè)有過冷節(jié)，所述換熱器還連接膨脹機(jī)，該膨脹機(jī)連接分子篩系統(tǒng)，所述塔頂還設(shè)有一連接外部的管道，真空冷箱主要是由單層的珠光砂隔熱真空冷箱組成，本發(fā)明具有流程簡單、能耗水平與雙塔流程相近（能耗差異小于0.01kwh/Nm3）的同時(shí)流程可靠性高且應(yīng)用范圍低至1200Nm3/h的單塔流程純氮裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種低能耗的單塔純氮制取的裝置，主要適用于中小型的純氮提取裝，屬于低溫精餾空氣分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年隨著半導(dǎo)體、太陽能行業(yè)等的擴(kuò)張?jiān)谄渖a(chǎn)工藝過程中應(yīng)用極為廣泛的氮?dú)庵饾u采用高純氮現(xiàn)場制氣替代傳統(tǒng)的液氮?dú)饣?yīng)模式。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)的制氮流程越來越難以滿足用戶對成本的苛刻要求。

單塔純氮裝置，見圖1：空氣經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入原料空氣壓縮機(jī)中壓縮至一定壓力，經(jīng)冷干機(jī)預(yù)冷后送入分子篩純化系統(tǒng)中凈化除去二氧化碳及水。凈化后的空氣送入主換熱器冷卻到接近飽和的溫度，然后送入氮塔參與精餾在塔頂獲得氮?dú)猓撰@得的液空去過冷器過冷后送入冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)并為精餾塔提供回流液體提供冷量。蒸發(fā)后的氣體通過板式復(fù)熱后到一定溫度后抽出送入膨脹機(jī)膨脹為裝置提供冷量，復(fù)熱后的氣體送入分子篩系統(tǒng)或放空。

一般用戶的氮?dú)猱a(chǎn)品壓力為7-8barG，典型的單塔純氮流程通常是在MAC中對空氣壓縮至高于目標(biāo)壓力后送入塔內(nèi)進(jìn)行精餾，然后獲得的產(chǎn)品復(fù)熱后送出界區(qū)。這種傳統(tǒng)的單塔由于操作壓力高氮?dú)馓崛÷什睿s45%-50%），因此能耗水平較高。

雙塔純氮裝置，見圖2：空氣經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入原料空氣壓縮機(jī)中壓縮至一定壓力，經(jīng)冷干機(jī)預(yù)冷后送入分子篩純化系統(tǒng)中凈化除去二氧化碳及水。凈化后的空氣送入主換熱器冷卻到接近飽和的溫度，然后送入中壓塔參與精餾，在塔頂獲得氮?dú)猓突虻囊嚎战?jīng)過冷器過冷后送入冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)并為精餾塔提供回流液體提供冷量。蒸發(fā)后的蒸汽分成兩路：一路送入低壓塔參與精餾，在塔低獲得液空然后送入塔頂蒸發(fā)，在塔頂獲得液氮，液氮經(jīng)過液氮泵增壓后送入中壓塔；另一路氣體通過板式復(fù)熱后經(jīng)過膨脹機(jī)膨脹為裝置提供冷量。

為了降低能耗，結(jié)合實(shí)際的產(chǎn)品選型在工業(yè)中對于氮?dú)猱a(chǎn)量大于2500Nm3/h的時(shí)候通常采用雙塔流程。由于采用了雙級精餾因此其提取率高（65-80%）有了極大的改善，能耗相比傳統(tǒng)流程大幅度降低，但存在流程復(fù)雜，運(yùn)行氣可靠性相對較差等問題，當(dāng)裝置小于2500Nm3/h的時(shí)候，更是存在低溫泵選型困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種依據(jù)工程流體力學(xué)原理及氣液相平衡原理而開發(fā)的一種流程簡單、能耗水平低于雙塔純氮流程的同時(shí)流程可靠性高且應(yīng)用范圍低至1200Nm3/h的單塔流程純氮裝置。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種低能耗的單塔純氮制取的裝置，所述該裝置主要包括依次連接的AF、原料空氣壓縮機(jī)MAC、預(yù)冷機(jī)組Cooler、分子篩系統(tǒng)純化MS、真空冷箱Vacuumcoldbox，所述真空冷箱中設(shè)有換熱器E1和氮塔C1，其中氮塔分為塔底C1和塔頂K1，并在兩者之間設(shè)有過冷節(jié)，所述換熱器還連接膨脹機(jī)，該膨脹機(jī)連接分子篩系統(tǒng)，所述塔頂還設(shè)有一連接外部的管道。

作為優(yōu)選：所述真空冷箱主要是由單層的珠光砂隔熱真空冷箱組成。

一種低能耗的單塔純氮制取的制造方法：其特征在于所述該方法包括如下：