一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置，包括主换热器上段、主换热器下段、膨胀机、精馏塔和在精馏塔上部的冷凝蒸发器，通过增加过冷器这一设备，使得被膨胀后的富氧气、塔顶氮气及冷凝蒸发器蒸发的富氧气三股介质同时冷却而过冷，不但减少管道的连接，也提高了换热的效率，也可减少对热量的需求。通过本装置可实现低成本地制取带压力的氮气，在氮气压力０．４５－０．８ＭＰａ时（＜１ｐｐｍ　Ｏ２）的氮气提取率达５６－６０％，比不带过冷器的装置的氮气提取率的４３－５３％提高了５－８％。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种气体生产装置，尤其涉及一种带有过冷器的单塔制取高纯度 氮气的装置。
技术介绍
氮气常用来作为隔绝氧气的保护气氛使用，常见的应用有电灯泡里都灌有氮气， 因为这样可以减慢钨丝的氧化速度，使灯泡经久耐用；把贵重而罕有的画页、书卷保存在充 满氮气的圆筒里；有许多产品也采用充氮包装，因为蛀虫在氮气中不能生存，就无法滋生。 氮气还可以用作焊接金属的保护气。化工、多晶硅、电子行业对高纯氮气的要求一般为压力> 0.4MPa，氮气纯度为 99. 999% -99. 9999% ；传统单塔返流废气(富氧气)膨胀制氮空分流程中，生产带压力的 高纯氮气，氮气压力0. 4MPa至1. 2MPa，氮气提取率为43% -53%。《KDN-150/10Y型高纯氮设备的研制》(深冷技术，1986年03期)，介绍分析了回流 比对氮气的提取率的重要性，但未能提出提高精馏塔回流比的方法。沈渊达和陈锡顺在《低压返流膨胀高氮空分设备最佳参数选择》(深冷技术，1991 年02期)一文中，在比较了国内及目前国外返流膨胀高氮空分设备技术经济指标的基础 上，通过理论分析，提出了冷凝蒸发器压力及液体空气纯度是对空分设备的技术经济指标 起决定作用的两个关键参数，并提出了作图求取最佳参数的方法，但文章未给出如何提高 塔釜液体空气纯度的方法。带有液相的空气进入精馏塔，液相部分向下流动不参与精馏，对氮气提取率提高 是无效的。传统的单塔返流制取高纯氮流程空气经主换热器进入精馏塔时是气液饱和状态 或含有少量液体，塔釜液体空气的氧含量低，氮气提取率低，塔釜抽取的液体空气经过节流 阀直接进入冷凝蒸发器蒸发，未进行过冷；或富氧液体空气经过与冷凝蒸发器蒸发后的富 氧气换热，过冷不充分使氮气提取率降低。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置，设置有过冷 器，并通过过冷器的冷量转移使入塔空气过热，同时大幅度增大富氧液体空气过冷度使精 馏塔顶冷凝的液氮增多，从而提高了氮气提取率，并实现低成本率制取带压力的氮气的目 的。为了实现上述目的，本技术采用的技术是一种带过冷器单塔废气膨胀制取高 纯度氮气的装置，包括主换热器上段、主换热器下段、过冷器、精馏塔、冷凝蒸发器；其中精馏塔塔釜入口处的管路依次连接主换热器下段和主换热器上段，精馏塔塔釜出 口管路依次连接过冷器和冷凝蒸发器；所述的精馏塔塔顶部出口管路依次连接主换热器下段和主换热器上段，之后通向 氮气储槽，在精馏塔塔顶部出口至过冷器之间的管路上还设有通向冷凝蒸发器的管路；所述的冷凝蒸发器底部出口管路通向精馏塔塔顶部。根据所述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，冷凝蒸发器顶部出口管 路依次通过过冷器、主换热器下段和主换热器上段，然后连接装置外面。上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，其中，还包括膨胀机，所述冷 凝蒸发器顶部出口管路在经过主换热器下段之后，分为两条管路，其中一条管路通过主换 热器上段连接装置外；另一条管路依次通过膨胀机、过冷器和主换热器下段，然后通过主换 热器上段连接装置外面。上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，其中，膨胀机优选为透平膨 胀机。上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，其中，从精馏塔顶部出口管 道依次通过过冷器、主换热器下段和主换热器上段后，连接装置外面。上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，其中，所述冷凝蒸发器底部 出口管道分为两条，其中一条管道进入精馏塔，另一条管道连接液氮储存设备。根据上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置的一种优选实施方式，其 中，所述冷凝蒸发器设置在精馏塔上方，并通过外壳与精馏塔组成一体。根据上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置的一种优选实施方式，其 中，所述过冷器与主换热器下段连接组成一整体结构的换热器。上述带过冷器单塔废气膨胀制取高纯度氮气的装置，其中，所述精馏塔内塔板数 优选为60 130块。纯化后的空气经主换热器冷却在达到液化温度前(过热状态，未达到该压力下的 液化温度)进入精馏塔塔釜，经精馏塔分离成氮气和富氧液态空气。氮气进入精馏塔上部 的冷凝蒸发器冷凝成液氮，液氮回流至精馏塔顶部作为回流液，部分液氮分别作为液体产 品输出。在精馏塔底部设置有富氧液抽口(即精馏塔塔釜出口 )，该抽口连接富氧液管道进 入过冷器，过冷度为3-18°C。被膨胀后的富氧气、塔顶氮气及冷凝蒸发器蒸发的富氧气三股 介质同时冷却而过冷。过冷后的富氧液经节流阀进入到冷凝蒸发器中蒸发，使精馏塔顶部的氮气部分冷 凝成液氮；蒸发后的富氧气从冷凝蒸发器上部抽出。从精馏塔顶部抽出部分氮气经过冷器、 主换热器复热至常温作为产品输出。从冷凝蒸发器上部抽出的富氧气经过冷器、主换热器 复热后，进入透平膨胀机膨胀补充装置冷量。膨胀后的富氧气进入过冷器与氮气及冷凝蒸发器蒸发的富氧气一起冷却过过冷 器的富氧液体空气，富氧气复热后继续进入主换热器复热至常温，作为纯化器的再生气体， 多余富氧气可放空或用作他用。主换热器分成上、下段二个换热器，进入膨胀机的富氧气从主换热器的下段的上 端抽出进入膨胀机。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点可实现低成本地制取带压力的氮气，在氮 气压力0. 45-0. 8MPa时(< Ippm O2)的氮气提取率达56-60%，比不带过冷器的装置的氮 气提取率的43-53%提高了 5-8%。附图说明图1是本专利技术的一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置实施例1的连接示意 图。图2是本专利技术的一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置实施例2的连接示意 图。图3是本专利技术的一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置实施例4的连接示意 图。图中1为主换热器上段、2为主换热器下段、3为过冷器、4为冷凝蒸发器、5为精馏 塔、6为节流阀、7为透平膨胀机、8是一体结构换热器；整体结构的换热器管道101内为纯 化后的压缩空气、管道102内为进入精馏塔的空气、管道103内为富氧液体空气(以下简称 富氧液空)、管道104内为过冷后的富氧液体空气、管道105内为节流后的富氧液体空气、 管道201内为富氧气、管道202内为复热的富氧气、管道203内为进入膨胀机的富氧气、管 道204内为膨胀后的富氧气、管道205内为旁通的多余富氧气、管道206内为混合后的富氧 气、管道207内为复热至常温的富氧气、管道301内为塔顶氮气、管道302内为进入冷凝蒸 发器的氮气、管道303内为冷凝蒸发器冷凝液氮、管道304内为液氮产品、管道305内为进 入出精馏塔的氮气产品、管道306内为复热至常温的氮气产品。具体实施方式实施例1一种带过冷器单塔制取高纯氮的装置，其结构如图1所示，纯化后的空气经压缩 至0. 9MPa，纯化后的压缩空气在空气预冷系统中冷却，进入分子筛纯化系统去除二氧化碳 和水分之后，在管道101内纯化后的压缩空气为4790NM3/h、0. 86MPa，后进入分馏塔冷箱中 在主换热器上段1、下段2换热降温至-160°C左右，过热度为6°C左右；进入精馏塔5中，空 气在精馏塔5中被分离成氮气(走管道301)和富氧液空(走管道10 ，精馏塔5的操作压 力在0. 84MPa左右。精馏塔5塔顶氮气分二股(走管道305及管道30 ，一股进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种带过冷器单塔制取高纯度氮气的装置，其特征在于：包括主换热器上段（１）、主换热器下段（２）、过冷器（３）、精馏塔（５）、冷凝蒸发器（４）；精馏塔（５）塔釜入口处的管路依次连接主换热器下段（２）和主换热器上段（１），精馏塔（５）塔釜出口管路依次连接过冷器（３）和冷凝蒸发器（４）；所述的精馏塔（５）塔顶部出口管路依次连接主换热器下段（２）和主换热器上段（１），之后通向氮气储槽，在精馏塔（５）塔顶部出口至过冷器（３）之间的管路上还设有通向冷凝蒸发器（４）的管路；所述的冷凝蒸发器（４）底部出口管路通向精馏塔（５）塔顶部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周大荣，俞建，陈熙静，
申请(专利权)人：上海启元科技发展有限公司，上海启元空分技术发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]