一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置及方法，該方法原料為空氣，空氣依次通過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮、預(yù)冷系統(tǒng)冷卻、純化系統(tǒng)除去雜質(zhì)后進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)，進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)的氣體分兩部分：一部分進(jìn)入增壓端增壓后經(jīng)冷卻器換熱后進(jìn)入主換熱器，經(jīng)主換熱器中下部抽出進(jìn)入膨脹端進(jìn)行絕熱膨脹，膨脹后的空氣經(jīng)主換熱器復(fù)熱后送出冷箱；一部分空氣直接進(jìn)入主換熱器被冷卻至液化點(diǎn)后進(jìn)入單級(jí)精餾塔進(jìn)行精餾。氮?dú)猱a(chǎn)品從單級(jí)精餾塔的頂部抽出經(jīng)主換熱器復(fù)熱至常溫后經(jīng)閥門進(jìn)入氮?dú)馐占瘑卧?，液氮產(chǎn)品從主冷液氮側(cè)抽出經(jīng)液氮過(guò)冷器與返回小部分的液氮換熱被過(guò)冷后經(jīng)閥門進(jìn)入液氮收集單元。本發(fā)明工藝流程操作簡(jiǎn)單、提取率高且能耗低，同時(shí)設(shè)備投資成本低。
【專利說(shuō)明】一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣分離領(lǐng)域，尤其涉及一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，氮?dú)庠诨ぁ㈦娮?、冶金、食品、機(jī)械等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。氮?dú)馐且环N化學(xué)性質(zhì)不活潑的氣體，不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，氮?dú)庠谝苯鸸I(yè)、食品冷凍、電子工業(yè)、化工工業(yè)中廣泛的用來(lái)作為保護(hù)氣和密封氣，一般保護(hù)氣的純度要求為99.99%，有的要求99.998%以上的純氮。
[0003]隨著氮?dú)猱a(chǎn)品的需求量增大，純氮設(shè)備的規(guī)模也在不斷的變大。純氮設(shè)備的流程形式也是一直在改變，推陳出新。
[0004]目前純氮設(shè)備采用的流程主要有單塔廢氣返流膨脹流程、雙塔正流膨脹流程、雙塔返流膨脹流程等等。以上流程形式適合小型制氮設(shè)備，隨著制氮設(shè)備的規(guī)模擴(kuò)大，以上所述的流程形式能耗較高、操作復(fù)雜、不易于用戶操作的缺點(diǎn)日益明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足提供一種能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單的通過(guò)空氣深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置，包括空氣壓縮系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和分餾塔系統(tǒng)，所述分餾塔系統(tǒng)包括主換熱器、膨脹機(jī)的膨脹端、單級(jí)精餾塔、液氮過(guò)冷器；所述空氣壓縮系統(tǒng)通過(guò)第一管道與預(yù)冷系統(tǒng)相連接，所述預(yù)冷系統(tǒng)通過(guò)第二管道與純化系統(tǒng)連接，所述純化系統(tǒng)上連接第三管道，所述第三管道上連接第四管道和第五管道，所述第四管道經(jīng)主換熱器連接在精餾塔下部的氣體入口處；所述第五管道與膨脹機(jī)的增壓端相連接，所述增壓端通過(guò)第六管道連接一冷卻器，所述冷卻器通過(guò)第七管道連接分餾塔系統(tǒng)內(nèi)的主換熱器，所述第七管道經(jīng)主換熱器后與第八管道相連接，所述第八管道連接膨脹機(jī)的膨脹端，所述膨脹端的出口處連接第九管道，所述第九管道經(jīng)主換熱器后連接在預(yù)冷系統(tǒng)上；所述單級(jí)精餾塔下部的液體出口處連接第十管道，所述第十管道經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥后連接在所述冷凝蒸發(fā)器頂部，所述單級(jí)精餾塔頂部的氮?dú)獬隹谔庍B接第十一管道，所述第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器后通過(guò)第五節(jié)流閥連接氮?dú)馐占瘑卧?，所述冷凝蒸發(fā)器上方的污氣出口處連接一第十二管道，所述第十二管道經(jīng)過(guò)主換熱器后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的噴射蒸發(fā)器上，所述噴射蒸發(fā)器上連接第十八管道，所述第十八管道與第十九管道及第二十管道分別相連通，所述第十九管道連接純化系統(tǒng)，所述第二十管道連接預(yù)冷系統(tǒng)；所述冷凝器蒸發(fā)器的液氮側(cè)出口處連接第十三管道，所述第十三管道經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器后分別與第十四管道及第十五管道相連通，所述第十四管道經(jīng)過(guò)第三節(jié)流閥后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的液氮收集單元上，所述第十五管道經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥連接液氮過(guò)冷器，所述液氮過(guò)冷器通過(guò)第十六管道與第九管道相通，所述冷凝蒸發(fā)器的液空側(cè)出口連接第十七管道，所述第十七管道通過(guò)第四節(jié)流閥連接噴射蒸發(fā)器。
[0007]所述單級(jí)精餾塔為塔板數(shù)為38?55或?qū)?yīng)塔盤數(shù)為45?75盤的規(guī)整填料塔。
[0008]一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒ǎ摲椒ㄈ缦?
O原料氣為空氣，空氣先經(jīng)過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮，壓縮后的壓力為48Mpa、溫度為?100°C氣體經(jīng)第一管道進(jìn)入預(yù)冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，冷卻至8?17°C，冷卻后的氣體通過(guò)第二管道進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)空氣純化系統(tǒng)吸附掉水、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔锖蠼?jīng)由第三管道進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)，進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)后的氣體分為兩部分:一部分氣體經(jīng)過(guò)第五管道進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端，然后通過(guò)第六管道送入冷卻器，通過(guò)冷卻器冷卻后經(jīng)由第七管道在主換熱器中與返流的富氧空氣、氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，熱交換后空氣從主換熱器中下部抽出，溫度為-11(T-135°C，通過(guò)第八管道進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹端進(jìn)行絕熱膨脹，膨脹后的空氣壓力為25kPa、溫度為-17(T-187°C的氣體通過(guò)第九管道經(jīng)主換熱器復(fù)熱后送出分餾塔系統(tǒng)送出分餾塔系統(tǒng)；另一部分氣體通過(guò)第四管道經(jīng)主換熱器被冷卻至液化點(diǎn)后通過(guò)單級(jí)精餾塔下部的氣體入口進(jìn)入單級(jí)精餾塔進(jìn)行精餾；
2)單級(jí)精餾塔在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)饧耙旱?，純度含氧為小?PPmO2,單級(jí)精餾塔塔底為40%的富氧液空；單級(jí)精餾塔所需的回流液來(lái)自塔頂部的冷凝蒸發(fā)器，液空得到蒸發(fā)，而氮?dú)獾玫嚼淠?；部分液氮回單?jí)精餾塔作為回流液，另一部分液氮經(jīng)液氮過(guò)冷器分為兩部分:大部分液氮通過(guò)第十四管道經(jīng)液氮過(guò)冷器、第三節(jié)流閥被送入液氮收集單元，一小部分液氮通過(guò)第十五管道經(jīng)第二節(jié)流閥至低壓后返回液氮過(guò)冷器與液氮換熱，然后匯合膨脹空氣送出分餾塔系統(tǒng)；來(lái)自單級(jí)精餾塔塔釜的富氧液空，經(jīng)過(guò)第十管道、第一節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器頂部抽出的富氧空氣通過(guò)第十二管道經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入噴射蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器氮?dú)鈧?cè)出口抽出的氮?dú)馔ㄟ^(guò)第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后經(jīng)第五節(jié)流閥節(jié)流而后進(jìn)入氮?dú)馐占瘑卧c冷凝蒸發(fā)器底部抽出的通過(guò)第十七管道及第四節(jié)流閥被送入噴射蒸發(fā)器的液體換熱后進(jìn)入第十八管道，第十八管道內(nèi)的氣體一部分通過(guò)第十九管道去空氣純化系統(tǒng)作再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
[0009]經(jīng)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮后的氣體壓力為0.48MPa，溫度為?100°C;經(jīng)預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后的氣體溫度為8?17°C。
[0010]增壓端增壓后的氣體經(jīng)過(guò)冷器冷卻后的溫度為40°C。
[0011]制得的氮?dú)饧耙旱a(chǎn)品純度大于99.99%02，氮?dú)庵醒鯕鉃樾∮?0PPm02。
[0012]透平膨脹機(jī)的增壓端的空氣是來(lái)自純化后的氣體進(jìn)行增壓，膨脹機(jī)的膨脹端的氣體來(lái)自增壓端的氣體，經(jīng)過(guò)主換熱器中部抽出經(jīng)第八管道進(jìn)入膨脹端膨脹，膨脹后經(jīng)主換熱器換熱后去空氣預(yù)冷系統(tǒng)，為空分裝置提供冷量；膨脹機(jī)采用常規(guī)的低壓膨脹，膨脹機(jī)效率可達(dá)88%。
[0013]從噴射蒸發(fā)器出來(lái)的廢氣一部分通過(guò)第十九管道進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)作為裝置的再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
[0014]冷凝蒸發(fā)器底部抽出富氧液空進(jìn)入噴射蒸發(fā)器與富氧空氣換熱，稀釋主冷的碳?xì)浠衔锖?，減少爆炸的危險(xiǎn)。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下:液氮產(chǎn)品利用小部分液氮節(jié)流至常壓產(chǎn)生冷量經(jīng)過(guò)過(guò)冷器與其換熱，從而增加送入液氮收集單元的液氮過(guò)冷度，減少產(chǎn)品液氮的氣化率，保證進(jìn)液氮收集單元為全液體狀態(tài)，大大的增加了液氮的產(chǎn)量，減少了能耗的損失。
[0016]冷凝蒸發(fā)器抽出部分富氧液空與富氧空氣換熱，既回收了冷量又稀釋了主冷的碳?xì)浠衔锖?，從而減少了爆炸的危險(xiǎn)。
[0017]所述精餾塔采用規(guī)整填料，換熱效果好，操作彈性大，適用于變工況操作；所述精餾塔及冷凝蒸發(fā)器為一體式設(shè)備，廠內(nèi)復(fù)合完畢經(jīng)氮封后發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)。
[0018]所述主換熱器及過(guò)冷器為鋁制翅片式換熱器，換熱效果好。
[0019]所述膨脹機(jī)的增壓端的空氣是來(lái)自純化后的氣體進(jìn)行增壓，膨脹機(jī)的膨脹端的氣體來(lái)自增壓端的氣體，經(jīng)過(guò)換熱器中部抽出經(jīng)管道進(jìn)入膨脹端膨脹，膨脹后經(jīng)換熱器換熱后去預(yù)冷系統(tǒng)作為冷量，為空分裝置提供冷量。所述膨脹機(jī)效率可達(dá)88%。
[0020]本發(fā)明采用一種操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品提取率高、占地面積小的流程形式來(lái)獲取氮?dú)饧耙旱a(chǎn)品，不僅能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單，而且制取效率高。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中標(biāo)注為:1、空氣壓縮系統(tǒng)；2、空氣預(yù)冷系統(tǒng)；3、空氣純化系統(tǒng)；4、分餾塔系統(tǒng)；5、透平膨脹機(jī)的增壓端；6、冷卻器；7、主換熱器；8、透平膨脹機(jī)的膨脹端；9、單級(jí)精餾塔；10、冷凝蒸發(fā)器；11、液氮過(guò)冷器；12、第一節(jié)流閥；13、第二節(jié)流閥；14、第三節(jié)流閥；15、液氮收集單元；16、第四節(jié)流閥；17、噴射蒸發(fā)器；18、第五節(jié)流閥；19、氮?dú)馐占瘑卧?01、第一管道；102、第二管道；103、第三管道；104、第四管道；105、第五管道；106、第六管道；107、第七管道；108、第八管道；109、第九管道；110、第十管道；111、第十一管道；112、第十二管道；113、第十三管道；114、第十四管道；115、第十五管道；116、第十六管道；117、第十七管道；118、第十八管道；119、第十九管道；120、第二十管道。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例一
一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置，如圖1所示，包括空氣壓縮系統(tǒng)1、空氣預(yù)冷系統(tǒng)2、空氣純化系統(tǒng)3和分餾塔系統(tǒng)4，所述分餾塔系統(tǒng)包括主換熱器7、透平膨脹機(jī)的增壓端5、透平膨脹機(jī)的膨脹端8、單級(jí)精餾塔9、液氮過(guò)冷器11 ;所述空氣壓縮系統(tǒng)通過(guò)第一管道101與空氣預(yù)冷系統(tǒng)相連接，所述空氣預(yù)冷系統(tǒng)通過(guò)第二管道102與空氣純化系統(tǒng)連接，所述空氣純化系統(tǒng)上連接第三管道103，所述第三管道上連接第四管道104和第五管道105，所述第四管道經(jīng)主換熱器連接在單級(jí)精餾塔下部的氣體入口處；所述第五管道與透平膨脹機(jī)的增壓端相連接，所述增壓端通過(guò)第六管道106連接一冷卻器6，所述冷卻器通過(guò)第七管道107連接分餾塔系統(tǒng)內(nèi)的主換熱器，所述第七管道經(jīng)主換熱器后與第八管道108相連接，所述第八管道連接透平膨脹機(jī)的膨脹端，所述膨脹端的出口處連接第九管道109，所述第九管道經(jīng)主換熱器后連接在空氣預(yù)冷系統(tǒng)上；所述單級(jí)精餾塔下部的液體出口處連接第十管道110，所述第十管道經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥12后連接在所述冷凝蒸發(fā)器10頂部，所述單級(jí)精餾塔頂部的氮?dú)獬隹谔庍B接第十一管道111，所述第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器后通過(guò)第五節(jié)流閥18連接氮?dú)馐占瘑卧?9，所述冷凝蒸發(fā)器上方的污氣出口處連接一第十二管道112，所述第十二管道經(jīng)過(guò)主換熱器后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的噴射蒸發(fā)器上，所述噴射蒸發(fā)器上連接第十八管道118，所述第十八管道與第十九管道119及第二十管道120分別相連通，所述第十九管道連接空氣純化系統(tǒng)，所述第二十管道連接空氣預(yù)冷系統(tǒng)；所述冷凝蒸發(fā)器的液氮側(cè)出口處連接第十三管道113，所述第十三管道經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器后分別與第十四管道114及第十五管道115相連通，所述第十四管道經(jīng)過(guò)第三節(jié)流閥14后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的液氮收集單元15上，所述第十五管道經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥13連接液氮過(guò)冷器，所述液氮過(guò)冷器通過(guò)第十六管道與第九管道相通，所述冷凝蒸發(fā)器的液空側(cè)出口連接第十七管道117，所述第十七管道通過(guò)第四節(jié)流閥16連接噴射蒸發(fā)器17。
[0024]所述單級(jí)精餾塔為塔板數(shù)為38飛5的規(guī)整填料塔。
[0025]實(shí)施例二
一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒ǎ摲椒ò?
1)原料氣為空氣，空氣先經(jīng)過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)I壓縮，壓縮后的壓力為48Mpa、溫度為?100°C氣體經(jīng)第一管道101進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)2進(jìn)行冷卻，冷卻至8?17°C，冷卻后的氣體通過(guò)第二管道102進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)3，經(jīng)過(guò)空氣純化系統(tǒng)吸附掉水、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔锖蠼?jīng)由第三管道103進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)4，進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)后的氣體分為兩部分:一部分氣體經(jīng)過(guò)第五管道105進(jìn)入透平膨脹機(jī)的增壓端5，然后通過(guò)第六管道106送入冷卻器6，通過(guò)冷卻器冷卻后經(jīng)由第七管道107在主換熱器7中與返流的富氧空氣、氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，熱交換后空氣從主換熱器中下部抽出，溫度為_(kāi)11(T-135°C，通過(guò)第八管道108進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹端8進(jìn)行絕熱膨脹，膨脹后的空氣壓力為25kPa、溫度為-17(T-187°C的氣體通過(guò)第九管道109經(jīng)主換熱器復(fù)熱后送出分餾塔系統(tǒng)；另一部分氣體通過(guò)第四管道104經(jīng)主換熱器被冷卻至液化點(diǎn)后通過(guò)單級(jí)精餾塔9下部的氣體入口進(jìn)入單級(jí)精餾塔進(jìn)行精餾；
2)單級(jí)精餾塔在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)饧耙旱?，純度含氧為小?PPmO2,單級(jí)精餾塔塔底為40%的富氧液空；單級(jí)精餾塔所需的回流液來(lái)自塔頂部的冷凝蒸發(fā)器，液空得到蒸發(fā)，而氮?dú)獾玫嚼淠徊糠忠旱貑渭?jí)精餾塔作為回流液，另一部分液氮經(jīng)液氮過(guò)冷器分為兩部分:大部分液氮通過(guò)第十四管道114經(jīng)液氮過(guò)冷器、第三節(jié)流閥14被送入液氮收集單元15，一小部分液氮通過(guò)第十五管道115經(jīng)第二節(jié)流閥至低壓后返回液氮過(guò)冷器11與液氮換熱，然后匯合膨脹空氣送出分餾塔系統(tǒng)；來(lái)自單級(jí)精餾塔塔釜的富氧液空，經(jīng)過(guò)第十管道110、第一節(jié)流閥12節(jié)流后進(jìn)入塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器10，在冷凝蒸發(fā)器頂部抽出的富氧空氣通過(guò)第十二管道112經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入噴射蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器氮?dú)鈧?cè)出口抽出的氮?dú)馔ㄟ^(guò)第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后經(jīng)第五節(jié)流閥18節(jié)流而后進(jìn)入氮?dú)馐占瘑卧?9，與冷凝蒸發(fā)器底部抽出的通過(guò)第十七管道117及第四節(jié)流閥16被送入噴射蒸發(fā)器17的液體換熱后進(jìn)入第十八管道118，第十八管道內(nèi)的氣體一部分通過(guò)第十九管道119去空氣純化系統(tǒng)作再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道120進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量；
經(jīng)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮后的氣體壓力為0.48MPa，溫度為?100°C;經(jīng)預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后的氣體溫度為8?17°C。
[0026]增壓端增壓后的氣體經(jīng)過(guò)冷器冷卻后的溫度為40°C。
[0027]制得的氮?dú)饧耙旱a(chǎn)品純度大于99.99%02，氮?dú)庵醒鯕鉃樾∮?0PPm02。
[0028]透平膨脹機(jī)的增壓端的空氣是來(lái)自純化后的氣體進(jìn)行增壓，膨脹機(jī)的膨脹端的氣體來(lái)自增壓端的氣體，經(jīng)過(guò)主換熱器中部抽出經(jīng)第八管道進(jìn)入膨脹端膨脹，膨脹后經(jīng)主換熱器換熱后去空氣預(yù)冷系統(tǒng)，為空分裝置提供冷量；膨脹機(jī)采用常規(guī)的低壓膨脹，膨脹機(jī)效率可達(dá)88%。
[0029]從噴射蒸發(fā)器出來(lái)的廢氣一部分通過(guò)第十九管道進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)作為裝置的再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
[0030]冷凝蒸發(fā)器底部抽出富氧液空進(jìn)入噴射蒸發(fā)器與富氧空氣換熱，稀釋主冷的碳?xì)浠衔锖?，減少爆炸的危險(xiǎn)。
[0031]本實(shí)施例中用到的深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置為實(shí)施例一中的深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置，在此不再一一贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置，包括空氣壓縮系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和分餾塔系統(tǒng)，其特征在于:所述分餾塔系統(tǒng)包括主換熱器、膨脹機(jī)的膨脹端、單級(jí)精餾塔、液氮過(guò)冷器；所述空氣壓縮系統(tǒng)通過(guò)第一管道與預(yù)冷系統(tǒng)相連接，所述預(yù)冷系統(tǒng)通過(guò)第二管道與純化系統(tǒng)連接，所述純化系統(tǒng)上連接第三管道，所述第三管道上連接第四管道和第五管道，所述第四管道經(jīng)主換熱器連接在精餾塔下部的氣體入口處；所述第五管道與膨脹機(jī)的增壓端相連接，所述增壓端通過(guò)第六管道連接一冷卻器，所述冷卻器通過(guò)第七管道連接分餾塔系統(tǒng)內(nèi)的主換熱器，所述第七管道經(jīng)主換熱器后與第八管道相連接，所述第八管道連接膨脹機(jī)的膨脹端，所述膨脹端的出口處連接第九管道，所述第九管道經(jīng)主換熱器后連接在預(yù)冷系統(tǒng)上；所述單級(jí)精餾塔下部的液體出口處連接第十管道，所述第十管道經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥后連接在所述冷凝蒸發(fā)器頂部，所述單級(jí)精餾塔頂部的氮?dú)獬隹谔庍B接第十一管道，所述第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器后通過(guò)第五節(jié)流閥連接氮?dú)馐占瘑卧?，所述冷凝蒸發(fā)器上方的污氣出口處連接一第十二管道，所述第十二管道經(jīng)過(guò)主換熱器后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的噴射蒸發(fā)器上，所述噴射蒸發(fā)器上連接第十八管道，所述第十八管道與第十九管道及第二十管道分別相連通，所述第十九管道連接純化系統(tǒng)，所述第二十管道連接預(yù)冷系統(tǒng)；所述冷凝器蒸發(fā)器的液氮側(cè)出口處連接第十三管道，所述第十三管道經(jīng)過(guò)液氮過(guò)冷器后分別與第十四管道及第十五管道相連通，所述第十四管道經(jīng)過(guò)第三節(jié)流閥后連接在分餾塔系統(tǒng)外部的液氮收集單元上，所述第十五管道經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥連接液氮過(guò)冷器，所述液氮過(guò)冷器通過(guò)第十六管道與第九管道相通，所述冷凝蒸發(fā)器的液空側(cè)出口連接第十七管道，所述第十七管道通過(guò)第四節(jié)流閥連接噴射蒸發(fā)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱难b置，其特征在于:所述單級(jí)精餾塔為塔板數(shù)為38?55或?qū)?yīng)塔盤數(shù)為45?75盤的規(guī)整填料塔。
3.一種利用如權(quán)利要求1中所述的裝置進(jìn)行深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?該方法如下: O原料氣為空氣，空氣先經(jīng)過(guò)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮，壓縮后的壓力為48Mpa、溫度為?100°C氣體經(jīng)第一管道進(jìn)入預(yù)冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，冷卻至8?17°C，冷卻后的氣體通過(guò)第二管道進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)空氣純化系統(tǒng)吸附掉水、二氧化碳及部分碳?xì)浠衔锖蠼?jīng)由第三管道進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)，進(jìn)入分餾塔系統(tǒng)后的氣體分為兩部分:一部分氣體經(jīng)過(guò)第五管道進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓端，然后通過(guò)第六管道送入冷卻器，通過(guò)冷卻器冷卻后經(jīng)由第七管道在主換熱器中與返流的富氧空氣、氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，熱交換后空氣從主換熱器中下部抽出，溫度為-11(T-135°C，通過(guò)第八管道進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹端進(jìn)行絕熱膨脹，膨脹后的空氣壓力為25kPa、溫度為-17(T-187°C的氣體通過(guò)第九管道經(jīng)主換熱器復(fù)熱后送出分餾塔系統(tǒng)；另一部分氣體通過(guò)第四管道經(jīng)主換熱器被冷卻至液化點(diǎn)后通過(guò)單級(jí)精餾塔下部的氣體入口進(jìn)入單級(jí)精餾塔進(jìn)行精餾； 2)單級(jí)精餾塔在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)饧耙旱?，純度含氧為小?PPmO2,單級(jí)精餾塔塔底為40%的富氧液空；單級(jí)精餾塔所需的回流液來(lái)自塔頂部的冷凝蒸發(fā)器，液空得到蒸發(fā)，而氮?dú)獾玫嚼淠?；部分液氮回單?jí)精餾塔作為回流液，另一部分液氮經(jīng)液氮過(guò)冷器分為兩部分:大部分液氮通過(guò)第十四管道經(jīng)液氮過(guò)冷器、第三節(jié)流閥被送入液氮收集單元，一小部分液氮通過(guò)第十五管道經(jīng)第二節(jié)流閥至低壓后返回液氮過(guò)冷器與液氮換熱，然后匯合膨脹空氣送出分餾塔系統(tǒng)；來(lái)自單級(jí)精餾塔塔釜的富氧液空，經(jīng)過(guò)第十管道、第一節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器頂部抽出的富氧空氣通過(guò)第十二管道經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后進(jìn)入噴射蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器氮?dú)鈧?cè)出口抽出的氮?dú)馔ㄟ^(guò)第十一管道經(jīng)過(guò)主換熱器復(fù)熱后經(jīng)第五節(jié)流閥節(jié)流而后進(jìn)入氮?dú)馐占瘑卧?，與冷凝蒸發(fā)器底部抽出的通過(guò)第十七管道及第四節(jié)流閥被送入噴射蒸發(fā)器的液體換熱后進(jìn)入第十八管道，第十八管道內(nèi)的氣體一部分通過(guò)第十九管道去空氣純化系統(tǒng)作再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?經(jīng)空氣壓縮系統(tǒng)壓縮后的氣體壓力為0.48MPa，溫度為?100°C ;經(jīng)預(yù)冷系統(tǒng)冷卻后的氣體溫度為8 ?17。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?增壓端增壓后的氣體經(jīng)過(guò)冷器冷卻后的溫度為40°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?制得的氮?dú)饧耙旱a(chǎn)品純度大于99.99%02，氮?dú)庵醒鯕鉃樾∮?0PPm02。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?透平膨脹機(jī)的增壓端的空氣是來(lái)自純化后的氣體進(jìn)行增壓，膨脹機(jī)的膨脹端的氣體來(lái)自增壓端的氣體，經(jīng)過(guò)主換熱器中部抽出經(jīng)第八管道進(jìn)入膨脹端膨脹，膨脹后經(jīng)主換熱器換熱后去空氣預(yù)冷系統(tǒng)，為空分裝置提供冷量；膨脹機(jī)采用常規(guī)的低壓膨脹，膨脹機(jī)效率可達(dá)88%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?從噴射蒸發(fā)器出來(lái)的廢氣一部分通過(guò)第十九管道進(jìn)入空氣純化系統(tǒng)作為裝置的再生氣，另一部分通過(guò)第二十管道進(jìn)入空氣預(yù)冷系統(tǒng)回收冷量。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種深冷分離提純氮?dú)饧耙旱姆椒?，其特征在?冷凝蒸發(fā)器底部抽出富氧液空進(jìn)入噴射蒸發(fā)器與富氧空氣換熱，稀釋主冷的碳?xì)浠衔锖?，減少爆炸的危險(xiǎn)。
【文檔編號(hào)】F25J3/04GK104296500SQ201410538125
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】卓躍光, 王慶波, 彭喜魁, 年濤, 孟慶烜, 任鐵柱, 陳國(guó)慶, 趙洪, 趙媛媛, 張惠媛, 張勇強(qiáng) 申請(qǐng)人:開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司