一种高纯氮气提纯工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种高纯氮气提纯工艺及装置，包括在现有技术基础上增加一台净化塔，形成二台净化塔并联连接，一用一备的运行方式；增加一台或二台冷却器，冷却器设置在吸附塔的进气管路中；还包括增加二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联，形成二组并联连接的吸附塔，二组吸附塔一用一备；本发明专利技术工艺包括：原料氮气进入一台净化塔净化后经过冷却器E1降温，之后进入第一台吸附塔，经过第一台吸附塔纯化后进入另一台冷却器E2冷却，冷却后进入第二台吸附塔，进一步纯化，经检验达标的高纯氮气产品通过隔膜式压缩机压缩、升压，再经汇流排进行充瓶；本发明专利技术工艺及装置能确保高纯气生产安全、稳定、长周期运行，显著提高经济效益。

A high purity nitrogen purification process and device

The invention relates to a high-purity nitrogen purification process and device, which includes adding a purification tower on the basis of the prior art to form two purification towers connected in parallel, one for use and one for standby operation mode; adding one or two coolers, the coolers are arranged in the air inlet pipeline of the adsorption tower; also including adding two adsorption towers, four adsorption towers connected in series, forming two groups of absorption towers connected in parallel The process of the invention includes: the raw nitrogen enters into a purification tower for purification, passes through the cooler E1 for cooling, then enters into the first adsorption tower, passes through the first adsorption tower for purification, then enters into another cooler E2 for cooling, after cooling, enters the second adsorption tower for further purification, and the high-purity nitrogen product passing the inspection and reaching the standard is pressurized by the diaphragm compressor The process and device of the invention can ensure the safe, stable and long-term operation of high-purity gas production and significantly improve the economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种高纯氮气提纯工艺及装置
本专利技术属于低温空气分离与液化领域，尤其涉及高纯度气体提纯工艺与装置。
技术介绍
高纯度氮气提纯装置是以纯氮气为原料气，经纯化设备深度净化、吸附后，经检验生产出符合国标GB/T8979-2008的高纯氮气产品，之后通过隔膜式压缩机压缩、升压，再经汇流排进行充瓶。在后面的陈述中，高纯度氮气简称“高纯氮气”。高纯氮气提纯装置中纯化设备是清除原料纯氮气中杂质组份的关键设备。现有技术纯化设备是由净化塔、吸附塔组成；纯化设备的工作原理是首先由净化塔中净化剂脱除纯氮中氧、甲烷、氢气、碳氢化合物，再由吸附塔中分子筛吸附纯氮中水、二氧化碳、乙炔，最后对纯化后的氮气进行检验，对纯度达到国标要求的高纯氮气进行后续充装工序。纯化设备净化塔中的净化剂无法通过再生方式循环使用，只能定期更换；纯化设备吸附塔中的13X分子筛吸附剂因其物理特性可以通过加热再生方式循环使用。因此，纯化设备工艺流程的科学优化设计尤为重要。目前，高纯氮气提纯装置通用型工艺流程的示意图见附图1，包括一台净化塔、二台吸附塔(一台使用、一台再生)，实现对纯氮气深度净化、吸附功能。纯化设备工艺流程设计一台净化塔，因净化塔中净化剂的物理特性，无法通过再生方法循环使用，必须定期更换，导致高纯氮气提纯装置运行周期较短；同时，在净化塔发生故障时，提纯装置必须停机检修；上述二种因素导致的装置停运必然影响高纯氮气生产经济性。此外，原料纯氮气在净化塔脱除氧、甲烷、氢气、碳氢化合物的过程中吸收热量，温度升高；之后，经过净化塔净化的原料气进入吸附塔，吸附塔中的13X分子筛吸附剂在吸附原料气中水、二氧化碳、乙炔的同时，分子筛吸附剂也吸收了热量，导致分子筛吸附剂温度升高，吸附容量降低、吸附效果下降，吸附塔工作周期变短，吸附塔必须进行切换运行，此时，13X分子筛吸附剂必须使用自产的高纯氮气作为再生气源进行加温再生，致使整个高纯氮气提纯装置运行成本增加。
技术实现思路
本专利技术一种高纯氮气提纯工艺技术方案一(见图2)为：在现有技术基础上增加一台净化塔，将二台净化塔并联设置，形成一用一备的运行方式；再增加一台冷却器E1，冷却器E1设置在所述净化塔和吸附塔之间；本专利技术工艺方法包括：原料氮气进入二台并联的净化塔净化后，经过冷却器E1冷却后，进入二台并联连接的吸附塔，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；二台净化塔和二台吸附塔均为一用一备，维持高纯氮气提纯系统不间断工作。针对纯化设备设计一台的净化塔中净化剂无法通过再生方法循环使用的物理特性，为纯化设备增设一台相同型号的净化塔，二台净化塔设计为并联连接，形成1用1备的运行方式，有效保证高纯氮气提纯装置长周期运行。针对纯化设备设计的吸附塔工作温度高现象，在净化塔之后的吸附塔进气管道中增设1台气体冷却器，气体冷却器使用冷却水与吸附塔进气管路中纯氮气换热，降低吸附塔工作温度。因分子筛吸附剂吸附温度越低，物理吸附效率越高，分子筛吸附剂吸附温度降低10℃，吸附容量提高不小于13％，所以降低分子筛吸附剂吸附温度，可以有效提高分子筛吸附剂吸附效果。当吸附塔中的13X分子筛吸附剂工作温度高时，为保证吸附效果，吸附塔工作周期缩短，此时吸附塔必须进行切换运行，使分子筛吸附剂加热再生从而恢复吸附功效。由此导致提纯装置运行成本增加。本专利技术进一步技术方案二为(见图3)：增加二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联，形成二组并联连接的吸附塔，再增加一台冷却器E2，冷却器E2设置在二台串联的吸附塔之间；原料氮气进入一台净化塔净化后经过冷却器E1降温，之后进入第一台吸附塔，经过第一台吸附塔纯化后进入另一台冷却器E2冷却，冷却后进入第二台吸附塔进一步纯化，经检验合格，得到达标的高纯氮气产品。为了进一步提升吸附效果，加快分子筛吸附剂冷却时间，提升吸附效率，增加一台冷却器E2，将吸附工序分为二次完成，优化吸附效果，吸附更彻底。针对上述技术方案一或二，本专利技术更进一步技术方案为，根据工艺需求所述增设的一或二台气体冷却器E1或E1和E2为管壳式换热器，气体冷却器出口原料纯氮气温度设计为不大于30℃。通过管壳内的冷却水和管道内的原料氮气进行换热，达到冷却原料纯氮气的目的，确保气体冷却器出口氮气温度在30℃以下。为了更经济有效地实现纯化效果，本专利技术技术方案二最优技术方案为：配置四台相同型号的吸附塔，吸附塔容积为原通用型设计的吸附塔容积的50％。本专利技术一种高纯氮气提纯装置(见图2)，所述装置包括一台净化塔，二台吸附塔，原料氮气进气管接入净化塔，净化塔通过管道与二台并联的吸附塔连接，二台吸附塔一用一备，经纯化后的氮气输出管道与隔膜式压缩机连接之后接汇流排进行充瓶；其特征是：在上述装置基础上增加一台净化塔，将二台净化塔并联设置，形成一用一备的运行方式；再增加一台冷却器E1，冷却器E1设置在所述净化塔和吸附塔之间。本专利技术一种高纯氮气提纯装置的进一步技术方案(见图3)是：增设二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联形成二组并联连接的吸附塔，再增加一台冷却器E2，冷却器E2设置在二台串联的吸附塔之间；本技术方案最优方案为：配置四台相同型号的吸附塔，吸附塔容积为原通用型设计的吸附塔容积的50％。本专利技术一种高纯氮气提纯装置，其中增设的一台气体冷却器E1设置在一组吸附塔中第一台吸附塔进气管路中，增设的另一台气体冷却器E2设置在一组吸附塔中第二台吸附塔进气管路中。高纯度氮气提纯装置纯化设备的通用型工艺流程设计1台净化塔，因净化塔中净化剂物理特性，无法通过再生方法循环使用，必须定期更换。同时，高纯度氮气提纯装置纯化设备的通用型工艺流程设计2台吸附塔，因吸附塔的纯氮吸附质与13X分子筛吸附剂工作温度高，吸附塔工作周期短，吸附塔必须进行切换运行与加热再生，提纯装置运行成本高。那么措施就从改变高纯度氮气提纯装置纯化设备的工艺流程着手。分子筛吸附剂吸附温度越低，物理吸附效率越高，分子筛吸附剂吸附温度降低10℃，吸附容量提高不小于13％，降低分子筛吸附剂吸附温度，可以有效提高分子筛吸附剂吸附效果。针对纯化设备设计1台的净化塔中净化剂无法通过再生方法循环使用的物理特性，为纯化设备增设1台相同型号的净化塔。2台净化塔设计为并联形式设置，净化塔形成1用1备的运行方式，有效保证高纯度氮气提纯装置长周期运行。针对纯化设备设计的吸附塔工作温度高现象，为纯化设备增设2台相同型号的气体冷却器，气体冷却器使用冷却水与吸附器进气管路中纯氮换热，降低吸附塔工作温度。同时，在保持吸附塔中13X分子筛设计装填量不变化条件下，将13X分子筛分别装入4台相同型号的吸附器中。将每2台吸附器以串联形式设置，构成为1组吸附塔，形成2组吸附塔，1组吸附塔运行、1组吸附塔再生备用。增设的1台气体冷却器设置在1组吸附塔中第一台吸附器进气管路中，用以降低净化塔出口管路、吸附塔中第一台吸附器进气管路中纯氮温度。增设的另1台气体冷却器设置在1组吸附塔中第二台吸附器进气管路中，用以降低吸附塔中第一台吸附器出口管路、第二台吸附器进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯氮气提纯工艺，所述工艺包括：原料氮气进入净化塔净化，之后进入吸附塔，二台吸附塔并联连接，一用一备，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；其特征是：在上述工艺方法基础上增加一台净化塔，将二台净化塔并联设置，形成一用一备的运行方式；再增加一台冷却器E1，冷却器E1设置在所述净化塔和吸附塔之间；本专利技术工艺方法包括：原料氮气进入二台并联的净化塔净化后，经过冷却器E1冷却后，进入二台并联连接的吸附塔，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；二台净化塔和二台吸附塔均为一用一备，维持高纯氮气提纯系统不间断工作。/n

【技术特征摘要】
1.一种高纯氮气提纯工艺，所述工艺包括：原料氮气进入净化塔净化，之后进入吸附塔，二台吸附塔并联连接，一用一备，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；其特征是：在上述工艺方法基础上增加一台净化塔，将二台净化塔并联设置，形成一用一备的运行方式；再增加一台冷却器E1，冷却器E1设置在所述净化塔和吸附塔之间；本发明工艺方法包括：原料氮气进入二台并联的净化塔净化后，经过冷却器E1冷却后，进入二台并联连接的吸附塔，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；二台净化塔和二台吸附塔均为一用一备，维持高纯氮气提纯系统不间断工作。


2.根据权利要求1所述的一种高纯氮气提纯工艺，其特征是：增加二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联形成二组并联连接的吸附塔，再增加一台冷却器E2，冷却器E2设置在二台串联的吸附塔之间；原料氮气进入一台净化塔净化后经过冷却器E1降温，之后进入第一台吸附塔，经过第一台吸附塔纯化后进入另一台冷却器E2冷却，冷却后进入第二台吸附塔进一步纯化，经检验合格，得到达标的高纯氮气产品。


3.根据权利要求1或2所述的一种高纯氮气提纯工艺，其特征是：所述增设的一或二台...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江淮，周金城，王胜利，沈冰，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34