[發明專利]一種同時制取超純氮氣和高純氮氣的裝置和方法

在審

• 申請號: 202210321386.0
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114877620A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 張世田;孫興力;周明亮
• 申請（專利權）人: 河南開元空分集團有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 胡姍姍

本發明提供一種同時制取超純氮氣和高純氮氣的裝置和方法，該裝置包括主換熱器、過冷器、一級精餾塔、二級精餾塔、三級精餾塔和透平膨脹機，出主換熱器的原料空氣與一級精餾塔底部連接，出主換熱器的膨脹空氣通過膨脹機膨脹制冷后與二級精餾塔連接；出一級精餾塔的液態空氣、液態氮氣經過冷后進入二級精餾塔精餾分離，另取一級精餾塔中上部的液態氮氣經過冷后進入三級精餾塔精餾分離；在二級精餾塔頂部可制取高純氮氣，三級精餾塔頂部可制取超純氮氣。本發明制取的高純氮氣與超純氮氣產量在保證各自純度的前提下可以在一定范圍內互換，可以根據市場需求調節高純氮氣與超純氮氣產量，可以更好的適應市場環境。

技術領域

本發明涉及空氣分離制備技術領域，具體涉及一種利用空氣同時制取超純氮氣和高純氮氣的方法。

背景技術

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，氮氣作為一種重要的原料，廣泛應用于化工、電子、冶金、食品、機械等領域。氮氣按照純度的不同，分為純氮（≥99.99%）、高純氮（≥99.999%）和超純氮（≥99.9999%），不同的領域對氮氣的純度要求不同，隨著我國半導體和集成電路等領域發展，對氮氣的純度要求越來越高，對超純氮的需求也在不斷的增加。

目前國內的研究主要集中在對高純氮的高效生產，在生產高純氮的同時提高副產品氧的濃度，如公開號為CN107560320A，名稱為一種生產高純氧和高純氮的方法及裝置的發明專利，通過深冷精餾的手段同時制備高純氧和高純氮兩種產品。公告號為CN105865148B，名稱為一種高效生產高純氧和高純氮的方法的發明專利，可實現高純氮和高純氧的同時回收，其中，高純氮的提取率達到60-75％，高純氧的提取率達70％-72％。然而國內對超純氮氣的研究不多，因此，迫切需要一種制取超純氮氣的方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種同時制取超純氮氣和高純氮氣的裝置和方法，在保證各自純度的前提下可以在一定范圍內互換，可以根據市場需求調節高純氮氣與超純氮氣產量，可以更好的適應市場環境。

本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種同時制取超純氮氣和高純氮氣的裝置，包括主換熱器、過冷器、一級精餾塔、二級精餾塔、三級精餾塔和透平膨脹機；各設備之間通過管道相連通，連接關系為：

主換熱器的原料空氣出口通過管道與一級精餾塔底部連接；主換熱器的膨脹空氣出口通過管道依次連接透平膨脹機、二級精餾塔；

所述一級精餾塔的底部設置液態空氣出口、中部和頂部分別設置液態氮氣出口，一級精餾塔的底部的液態空氣出口、中部的液態氮氣出口和頂部的液態氮氣出口分別通過管道經過冷器后分別連接至二級精餾塔中部、中上部和頂部；

所述一級精餾塔的中上部還設置液態氮氣出口，一級精餾塔的中上部的液態氮氣出口通過管道經過冷器后連接至三級精餾塔，所述三級精餾塔的上部設置超純氮氣出口，三級精餾塔的超純氮氣出口通過管道連接至主換熱器，超純氮氣經主換熱器加熱后排出收集；

所述二級精餾塔的頂部設置高純氮氣出口，高純氮氣出口通過管道依次和過冷器、主換熱器連接，高純氮氣經主換熱器加熱后排出收集。

進一步地，所述一級精餾塔和二級精餾塔之間設置一次冷凝蒸發器，所述一次冷凝蒸發器用于為一級精餾塔提供塔頂回流液、為二級精餾塔提供底部上升蒸汽以及分離一級精餾塔頂部蒸汽中的不凝氣體。

進一步地，所述三級精餾塔底部設置二次冷凝蒸發器；所述主換熱器的原料空氣出口與一級精餾塔之間的管道設置支管，所述支管經二次冷凝蒸發器后連接至一級精餾塔的底部。

進一步地，所述三級精餾塔的頂部設置分凝器，用于為三級精餾塔提供回流液以及分離三級精餾塔頂部蒸汽中的不凝氣體。

進一步地，所述二級精餾塔底部設置富氧液空出口，富氧液空出口通過管道連接至三級精餾塔的頂部的分凝器，分凝器的富氧液空蒸汽出口通過管道連接至二級精餾塔的底部。