[發明專利]一種低能耗的單塔純氮制取的裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 202011618283.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112556314A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）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;歐陽越
• 申請（專利權）人: 杭州制氧機集團股份有限公司
• 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MAC、預冷機組Cooler、分子篩系統純化MS、真空冷箱Vacuumcoldbox，所述真空冷箱中設有換熱器E1和氮塔C1，其中氮塔分為塔底C1和塔頂K1，并在兩者之間設有過冷節，所述換熱器還連接膨脹機，該膨脹機連接分子篩系統，所述塔頂還設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）的同時流程可靠性高且應用范圍低至1200Nm3/h的單塔流程純氮裝置。

技術領域

本發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領域。

背景技術

近年隨著半導體、太陽能行業等的擴張在其生產工藝過程中應用極為廣泛的氮氣逐漸采用高純氮現場制氣替代傳統的液氮氣化供應模式。隨著技術的發展進步，傳統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：空氣經過濾器過濾后進入原料空氣壓縮機中壓縮至一定壓力，經冷干機預冷后送入分子篩純化系統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氣，塔底獲得的液空去過冷器過冷后送入冷凝蒸發器中蒸發并為精餾塔提供回流液體提供冷量。蒸發后的氣體通過板式復熱后到一定溫度后抽出送入膨脹機膨脹為裝置提供冷量，復熱后的氣體送入分子篩系統或放空。

一般用戶的氮氣產品壓力為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壓力后送入塔內進行精餾，然后獲得的產品復熱后送出界區。這種傳統的單塔由于操作壓力高氮氣提取率差（約45%-50%），因此能耗水平較高。

雙塔純氮裝置，見圖2：空氣經過濾器過濾后進入原料空氣壓縮機中壓縮至一定壓力，經冷干機預冷后送入分子篩純化系統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，在塔頂獲得氮氣，塔低或的液空經過冷器過冷后送入冷凝蒸發器中蒸發并為精餾塔提供回流液體提供冷量。蒸發后的蒸汽分成兩路：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，在塔頂獲得液氮，液氮經過液氮泵增壓后送入中壓塔；另一路氣體通過板式復熱后經過膨脹機膨脹為裝置提供冷量。

為了降低能耗，結合實際的產品選型在工業中對于氮氣產量大于2500Nm3/h的時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，能耗相比傳統流程大幅度降低，但存在流程復雜，運行氣可靠性相對較差等問題，當裝置小于2500Nm3/h的時候，更是存在低溫泵選型困難的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種依據工程流體力學原理及氣液相平衡原理而開發的一種流程簡單、能耗水平低于雙塔純氮流程的同時流程可靠性高且應用范圍低至1200Nm3/h的單塔流程純氮裝置。本發明是通過如下技術方案來完成的，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MAC、預冷機組Cooler、分子篩系統純化MS、真空冷箱Vacuumcoldbox，所述真空冷箱中設有換熱器E1和氮塔C1，其中氮塔分為塔底C1和塔頂K1，并在兩者之間設有過冷節，所述換熱器還連接膨脹機，該膨脹機連接分子篩系統，所述塔頂還設有一連接外部的管道。

作為優選：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：