一種高純液氮制取裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及高純液氮制取技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種高純液氮制取裝置，包括預(yù)處理系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、分餾塔冷箱以及設(shè)置在分餾塔冷箱內(nèi)的主換熱器、第一透平膨脹機(jī)、第二透平膨脹機(jī)、氣液分離器、精餾塔和過(guò)冷器，主換熱器連有第一放散管道、氮?dú)夤艿篮筒荒龤夤艿溃谝环派⒐艿馈⒌獨(dú)夤艿篮筒荒龤夤艿赖亩瞬烤斐龇逐s塔冷箱。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)設(shè)置的兩臺(tái)低壓第一透平膨脹機(jī)和第二透平膨脹機(jī)與配套設(shè)置的第一增壓機(jī)和第二增壓機(jī)和精餾塔耦合設(shè)計(jì)，從而取代現(xiàn)有技術(shù)的獨(dú)立循環(huán)制冷系統(tǒng)；通過(guò)第一空氣進(jìn)氣管道連接的兩路膨脹制冷路線，對(duì)空氣增壓膨脹制冷并聯(lián)合空氣增壓污氮廢氣膨脹制冷再生，從而降低了液氮產(chǎn)品能耗，使裝置能效最大化。使裝置能效最大化。使裝置能效最大化。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高純液氮制取裝置及方法


[0001]本專利技術(shù)屬于高純液氮制取
，具體是一種高純液氮制取裝置及方法。

技術(shù)介紹

[0002]液氮或氣態(tài)氮通常是通過(guò)空氣的低溫精餾來(lái)制備的，它是在含有一個(gè)或多個(gè)精餾塔的低溫冷箱中進(jìn)行的，這樣得到的氮的純度對(duì)它的大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是足夠的；
[0003]然而，一些作用領(lǐng)域如電子工業(yè)、特別是半導(dǎo)體或其它元件的制造，制藥工業(yè)，分析或研究，需要高純的液氮，利用高純的液氮作為一種極為有益的調(diào)節(jié)手段和補(bǔ)充方法，同時(shí)又能夠有效降低能耗、縮小總投資規(guī)模，從而滿足高純液氮裝置的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中多采用雙塔或多塔低溫精餾，設(shè)置有獨(dú)立中壓循環(huán)壓縮機(jī)組和循環(huán)系統(tǒng)(壓縮機(jī)組或氮?dú)庋h(huán)壓縮機(jī)組)，循環(huán)系統(tǒng)采用兩級(jí)增壓，且循環(huán)壓縮機(jī)組的壓力達(dá)到30barg，從而使得裝置的最高壓力可達(dá)50barg，裝置壓力高，會(huì)給裝置和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)帶來(lái)安全隱患。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中精餾塔為雙塔或多塔精餾，對(duì)于只需要高純液氮的用戶，精餾塔的高度通常高于30米，分餾塔冷箱高聳會(huì)造成制造成本加大；且在對(duì)液氮進(jìn)行制取時(shí)，工藝設(shè)計(jì)直接決定了提純出的液氮純度，因此制取高純氮?dú)獾墓に囘^(guò)程及裝置成為制取高純氮?dú)獾闹匾蛩兀虼爽F(xiàn)急需專利技術(shù)設(shè)計(jì)一種高純液氮制取裝置及方法，從而解決上述所提出的工藝復(fù)雜造成產(chǎn)品能耗大、高純液氮的制取成本高以及安全性差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]本專利技術(shù)的目的是提供了一種高純液氮制取裝置及方法，解決了上述所提出的工藝復(fù)雜造成產(chǎn)品能耗大、高純液氮的制取成本高以及安全性差的問(wèn)題。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種高純液氮制取裝置，包括預(yù)處理系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、分餾塔冷箱以及設(shè)置在所述分餾塔冷箱內(nèi)的主換熱器、精餾塔、第一透平膨脹機(jī)、第二透平膨脹機(jī)、氣液分離器和過(guò)冷器，
[0008]所述精餾塔包括從下至上依次設(shè)置的重組分儲(chǔ)存段、精餾段和冷凝蒸發(fā)段；
[0009]所述凈化系統(tǒng)包括若干個(gè)雙層分子篩吸附器，所述雙層分子篩吸附器均與所述預(yù)處理系統(tǒng)連接，所述雙層分子篩吸附器的出氣口連有第一空氣進(jìn)氣管道；
[0010]所述第一空氣進(jìn)氣管道上并聯(lián)有第二空氣進(jìn)氣管道和第三空氣進(jìn)氣管道，所述第二空氣進(jìn)氣管道與所述主換熱器上部進(jìn)口連通，所述主換熱器下部出口與所述第一透平膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連通，所述第二空氣進(jìn)氣管道上設(shè)有第一水冷器以及與所述第一透平膨脹機(jī)配合連接的第一增壓機(jī)；所述第一透平膨脹機(jī)的出氣口連有第一膨脹管道，所述第一膨脹管道與所述主換熱器的下部進(jìn)口連通，所述主換熱器的上部出口連有第一放散管道，所述第一放散管道伸出所述分餾塔冷箱連有收集系統(tǒng)；
[0011]所述第三空氣進(jìn)氣管道與所述主換熱器的上部進(jìn)口連通，所述主換熱器通過(guò)管道與所述氣液分離器的進(jìn)氣口連通，所述第三空氣進(jìn)氣管道上設(shè)有第二水冷器以及與所述第
二透平膨脹機(jī)配合連接的第二增壓機(jī)；所述第二透平膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連有污氮廢氣出氣管道，所述污氮廢氣出氣管道與所述主換熱器的一側(cè)的出氣口連通，所述主換熱器下部進(jìn)口與所述過(guò)冷器連通，所述過(guò)冷器的進(jìn)口與所述精餾塔塔頂?shù)某鰵饪谶B通，所述第二透平膨脹機(jī)的出氣口連有污氮廢氣再生管道，所述污氮廢氣再生管道與所述過(guò)冷器上部進(jìn)口連通，所述過(guò)冷器下部出口與所述主換熱器下部進(jìn)口連通，所述主換熱器的上部出口與所述雙層分子篩吸附器的進(jìn)氣口連通；
[0012]所述氣液分離器的出氣口和出液口分別與所述精餾塔的下部連通；
[0013]所述精餾塔下部的液相出口連接有第一冷卻管道，所述第一冷卻管道與所述過(guò)冷器一側(cè)的進(jìn)液口連通，所述過(guò)冷器另一側(cè)的出液口與所述精餾塔塔頂?shù)倪M(jìn)液口連通，所述精餾塔上部塔內(nèi)設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，所述冷凝蒸發(fā)器的上部進(jìn)口與所述精餾塔精餾段之間設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)氣管道，下部?jī)沙隹诜謩e連接有不凝氣管道和第一液氮管道，所述不凝氣管道與所述主換熱器下部進(jìn)口連通，所述主換熱器的上部出口連有不凝氣管道，所述不凝氣管道的端部伸出所述分餾塔冷箱連有回收系統(tǒng)，所述不凝氣管道的中部通過(guò)管道與所述氮?dú)膺M(jìn)氣管道的中部連通，所述第一液氮管道與所述精餾塔上部精餾段的進(jìn)液口連通，所述第一液氮管道上連有第二液氮管道，所述第二液氮管道的端部位于所述分餾塔冷箱外；
[0014]所述精餾塔中部精餾段的出氣口連有換熱通道，所述換熱通道與所述主換熱器下部的進(jìn)口連通，所述主換熱器上部出口連接有氮?dú)夤艿溃龅獨(dú)夤艿郎斐鏊龇逐s塔冷箱連有用戶總管道。
[0015]進(jìn)一步地，所述預(yù)處理系統(tǒng)包括依次連接的自潔式過(guò)濾器、壓縮機(jī)和預(yù)冷機(jī)，所述預(yù)冷機(jī)的出氣口與所述雙層分子篩吸附器的進(jìn)氣口連接。
[0016]進(jìn)一步地，所述污氮廢氣再生管道上設(shè)有電加熱器。
[0017]進(jìn)一步地，所述雙層分子篩吸附器包括用于吸附H2O的第一床層、用于吸附CO2和不飽和烴的第二床層。
[0018]進(jìn)一步地，所述雙層分子篩吸附器的出氣口連有第二放散管道。
[0019]進(jìn)一步地，所述精餾塔為篩板塔或規(guī)整填料塔的其中一種。
[0020]一種高純液氮制取方法，具體步驟如下：
[0021]S1、原料空氣通過(guò)自潔式過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾完成后經(jīng)由壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，壓力為10barg，壓縮完成后的氣體進(jìn)入預(yù)冷機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷卻，冷卻完成后的氣體進(jìn)入雙層分子篩吸附器的第一床層，吸附去氣體中的H2O；吸附完成的氣體進(jìn)入第二床層對(duì)氣體中的CO2和不飽和烴進(jìn)行吸附；
[0022]S2、吸附完成的氣體經(jīng)過(guò)第一空氣進(jìn)氣管道分兩路分別進(jìn)入第二空氣進(jìn)氣管道和第三空氣進(jìn)氣管道內(nèi)，其中一路：吸附完成的空氣經(jīng)過(guò)第一增壓機(jī)增壓，增壓完成后的氣體進(jìn)入第一水冷器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)冷卻，此時(shí)氣體的溫度降至20
?
30℃，水冷后的氣體進(jìn)入分餾塔冷箱內(nèi)的主換熱器進(jìn)行降溫，使氣體降溫至
?
110℃，換熱后的氣體進(jìn)入第一透平膨脹機(jī)膨脹，第一透平膨脹機(jī)的膨脹發(fā)生裝置提供制取裝置需要冷量的60
?
80％，膨脹后的低溫氣體進(jìn)入主換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱，氣體溫度恢復(fù)常溫，低溫冷量得到充分利用后，氣體通過(guò)第一放散管道放散至分餾塔冷箱外的收集系統(tǒng)內(nèi)；
[0023]另一路：吸附完成的空氣經(jīng)過(guò)第二增壓機(jī)進(jìn)行增壓，增壓完成后氣體進(jìn)入第二水冷器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)冷卻，水冷后的氣體進(jìn)入分餾塔冷箱內(nèi)的主換熱器進(jìn)行降溫，空氣得到部
分液化，含液量為15％，液化后的氣體進(jìn)入氣液分離器內(nèi)，氣液分離器將氣體中的氣體分離出輸送至精餾塔下部的蒸發(fā)室內(nèi)；
[0024]氣液分離器將氣體中的液相分離出輸送至精餾塔底部，通過(guò)抽取裝置抽取精餾塔底部的液相經(jīng)過(guò)過(guò)冷器過(guò)冷后輸送至精餾塔塔頂?shù)睦淠舭l(fā)段作為冷凝蒸發(fā)器的冷源；
[0025]精餾塔精餾段內(nèi)的氣體從氮?dú)膺M(jìn)氣管道輸送至冷凝蒸發(fā)器內(nèi)作為熱源，精餾塔精餾段內(nèi)的氮?dú)夂脱鯕夥悬c(diǎn)不同，氮?dú)鉃檩p組分，氮?dú)庠诰s段內(nèi)逐級(jí)向上，氮?dú)馔ㄟ^(guò)氮?dú)膺M(jìn)氣管道進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中與冷凝蒸發(fā)器中的冷凝氣形成液氮，液氮的純度為99.999％，液氮作為精餾塔的回流液，液氮從冷凝蒸發(fā)器下部出口回流至精餾塔上部的第一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高純液氮制取裝置，其特征在于，包括預(yù)處理系統(tǒng)(1)、凈化系統(tǒng)(2)、分餾塔冷箱(3)以及設(shè)置在所述分餾塔冷箱(3)內(nèi)的主換熱器(31)、精餾塔(35)、第一透平膨脹機(jī)(32)、第二透平膨脹機(jī)(33)、氣液分離器(34)和過(guò)冷器(36)，所述精餾塔(35)包括從下至上依次設(shè)置的重組分儲(chǔ)存段、精餾段和冷凝蒸發(fā)段；所述凈化系統(tǒng)(2)包括若干個(gè)雙層分子篩吸附器(21)，所述雙層分子篩吸附器(21)均與所述預(yù)處理系統(tǒng)(1)連接，所述雙層分子篩吸附器(21)的出氣口連有第一空氣進(jìn)氣管道(4)；所述第一空氣進(jìn)氣管道(4)上并聯(lián)有第二空氣進(jìn)氣管道(5)和第三空氣進(jìn)氣管道(6)，所述第二空氣進(jìn)氣管道(5)與所述主換熱器(31)上部進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)下部出口與所述第一透平膨脹機(jī)(32)的進(jìn)氣口連通，所述第二空氣進(jìn)氣管道(5)上設(shè)有第一水冷器(7)以及與所述第一透平膨脹機(jī)(32)配合連接的第一增壓機(jī)(8)；所述第一透平膨脹機(jī)(32)的出氣口連有第一膨脹管道(9)，所述第一膨脹管道(9)與所述主換熱器(31)的下部進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)的上部出口連有第一放散管道(311)，所述第一放散管道(311)伸出所述分餾塔冷箱(3)連有收集系統(tǒng)；所述第三空氣進(jìn)氣管道(6)與所述主換熱器(31)的上部進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)通過(guò)管道與所述氣液分離器(34)的進(jìn)氣口連通，所述第三空氣進(jìn)氣管道(6)上設(shè)有第二水冷器(10)以及與所述第二透平膨脹機(jī)(33)配合連接的第二增壓機(jī)(11)；所述第二透平膨脹機(jī)(33)的進(jìn)氣口連有污氮廢氣出氣管道(12)，所述污氮廢氣出氣管道(12)與所述主換熱器(31)的一側(cè)的出氣口連通，所述主換熱器(31)下部進(jìn)口與所述過(guò)冷器(36)連通，所述過(guò)冷器(36)的進(jìn)口與所述精餾塔(35)塔頂?shù)某鰵饪谶B通，所述第二透平膨脹機(jī)(33)的出氣口連有污氮廢氣再生管道(13)，所述污氮廢氣再生管道(13)與所述過(guò)冷器(36)上部進(jìn)口連通，所述過(guò)冷器(36)下部出口與所述主換熱器(31)下部進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)的上部出口與所述雙層分子篩吸附器(21)的進(jìn)氣口連通；所述氣液分離器(34)的出氣口和出液口分別與所述精餾塔(35)的下部連通；所述精餾塔(35)下部的液相出口連接有第一冷卻管道(14)，所述第一冷卻管道(14)與所述過(guò)冷器(36)一側(cè)的進(jìn)液口連通，所述過(guò)冷器(36)另一側(cè)的出液口與所述精餾塔(35)塔頂?shù)倪M(jìn)液口連通，所述精餾塔(35)上部塔內(nèi)設(shè)有冷凝蒸發(fā)器(351)，所述冷凝蒸發(fā)器(351)的上部進(jìn)口與所述精餾塔(35)精餾段之間設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)氣管道(3512)，下部?jī)沙隹诜謩e連接有不凝氣管道(3511)和第一液氮管道(3513)，所述不凝氣管道(3511)與所述主換熱器(31)下部進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)的上部出口連有不凝氣管道(313)，所述不凝氣管道(313)的端部伸出所述分餾塔冷箱(3)連有回收系統(tǒng)，所述不凝氣管道(3511)的中部通過(guò)管道與所述氮?dú)膺M(jìn)氣管道(3512)的中部連通，所述第一液氮管道(3513)與所述精餾塔(35)上部精餾段的進(jìn)液口連通，所述第一液氮管道(3513)上連有第二液氮管道(16)，所述第二液氮管道(16)的端部位于所述分餾塔冷箱(3)外；所述精餾塔(35)中部精餾段的出氣口連有換熱通道(15)，所述換熱通道(15)與所述主換熱器(31)下部的進(jìn)口連通，所述主換熱器(31)上部出口連接有氮?dú)夤艿?312)，所述氮?dú)夤艿?312)伸出所述分餾塔冷箱(3)連有用戶總管道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純液氮制取裝置，其特征在于，所述預(yù)處理系統(tǒng)(1)包括依次連接的自潔式過(guò)濾器(111)、壓縮機(jī)(112)和預(yù)冷機(jī)(113)，所述預(yù)冷機(jī)(113)的出氣
口與所述雙層分子篩吸附器(21)的進(jìn)氣口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純液氮制取裝置，其特征在于，所述污氮廢氣再生管道(13)上設(shè)有電加熱器(17)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純液氮制取裝置，其特征在于，所述雙層分子篩吸附器(21)包括用于吸附H2O的第一床層、用于吸附CO2和不飽和烴的第二床層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純液氮制取裝置，其特征在于，所述雙層分子篩吸附器(2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：裴會(huì)雙，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南通深冷裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：