本技術(shù)涉及一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置。

背景技術(shù)：

1、隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前已有利用風(fēng)光發(fā)電，結(jié)合電解水提供氫氣、空分制氮裝置提取氮?dú)?，氫氣和氮?dú)庾鳛楹铣砂痹蠚膺M(jìn)行合成氨，以滿足綠色化工行業(yè)的發(fā)展需求。

2、由于風(fēng)或太陽能發(fā)電的不穩(wěn)定，電解水制氫產(chǎn)量也隨之波動(dòng)，作為合成氨需要的另一種原料氣——氮?dú)庑枨笠彩遣▌?dòng)的。通常要求制氮裝置要能提供30%-120%的調(diào)負(fù)荷能力，以滿足合成氨的不間斷生產(chǎn)。

3、目前，市面上常見的低溫制氮裝置工藝流程主要分為單塔制氮和雙塔制氮，其中單塔制氮雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但產(chǎn)品提取率較低、產(chǎn)品單耗高，不適合大規(guī)模的用氮需求。而雙塔制氮流程氮提取率高，單位能耗較單塔制氮低，但液氮產(chǎn)量少，后備系統(tǒng)調(diào)峰供氮能力較弱，一般需要提高制氮規(guī)模以滿足用氣高峰需求，但在用氣需求低峰時(shí)要將多余氮?dú)夥趴?。以上兩種空分制氮裝置的調(diào)負(fù)荷能力為75%-105%，與市場(chǎng)需求相差較大，在氮?dú)庑枨蟮头鍟r(shí)，只能通過將產(chǎn)品氮?dú)夥趴諄斫鉀Q低負(fù)荷工況，氮?dú)夥派⒙瘦^高，不利于經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行。而為滿足高峰時(shí)氮?dú)獾男枨?，需要設(shè)置更大容量的緩沖罐或采取后備系統(tǒng)液氮汽化來滿足需求，增加投資成本和運(yùn)行能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，能夠在不降低氮提取率、不加大氮?dú)夥趴盏那闆r下，提供30%-120%的調(diào)負(fù)荷工況，調(diào)負(fù)荷工況變換簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、工況變換后運(yùn)行穩(wěn)定，能夠快速響應(yīng)氮?dú)庑枨蟮淖兓?，降低投資成本和運(yùn)行能耗。

2、本實(shí)用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，包括低溫精餾單元；低溫精餾單元包括主換熱器、精餾塔一、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、精餾塔二、輔助冷凝蒸發(fā)器和液氮過冷器；主換熱器的熱流道出口與精餾塔一的進(jìn)口連接，精餾塔一的液空出口與過冷器的熱流道進(jìn)口連接，過冷器的熱流道出口與主冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接；精餾塔一的氣體出口分別與主冷凝蒸發(fā)器的入口和主換熱器的冷流道進(jìn)口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔一上部相連；主冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與精餾塔二的氣體進(jìn)口連接，主冷凝蒸發(fā)器的液體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接；精餾塔二的液空出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接，精餾塔二的氣體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體入口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔二上部連接；精餾塔二的液氮出口與精餾塔一的液體入口連接；輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與過冷器的冷流道進(jìn)口連接，過冷器的冷流道出口與主換熱器的冷流道進(jìn)口連接；精餾塔二的液氮產(chǎn)品抽口與液氮過冷器的熱流道入口連接；其特征在于：還包括液氮調(diào)負(fù)荷單元，液氮調(diào)負(fù)荷單元包括真空儲(chǔ)罐和液氮返注閥門；液氮過冷器的熱流道出口與真空儲(chǔ)罐的入口連接，真空儲(chǔ)罐的出口經(jīng)液氮返注閥門與精餾塔一的液體入口連接。

3、本實(shí)用新型還包括壓縮單元、預(yù)冷單元和純化單元，壓縮單元與預(yù)冷單元連接，預(yù)冷單元與純化單元連接，純化單元與低溫精餾單元連接。

4、本實(shí)用新型所述的壓縮單元包括空氣過濾器和空氣壓縮機(jī)，空氣過濾器與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)與預(yù)冷單元連接。

5、本實(shí)用新型所述的預(yù)冷單元包括空冷塔、水冷塔和冷水機(jī)組；壓縮單元與空冷塔連接，空冷塔與純化單元連接；主換熱器與水冷塔連接，水冷塔與冷水機(jī)組連接，冷水機(jī)組的與空冷塔連接。

6、本實(shí)用新型所述的純化單元包括吸附器和電加熱器；吸附器與主換熱器連接，主換熱器與電加熱器連接，電加熱器與吸附器連接。

7、本實(shí)用新型所述的

8、精餾塔二的液氮出口通過液氮泵與精餾塔一頂部的液體入口連接。

9、本實(shí)用新型還包括膨脹機(jī)，主換熱器與膨脹機(jī)連接。

10、本實(shí)用新型所述的主換熱器、過冷器和液氮過冷器均為板翅式換熱器。

11、本實(shí)用新型所述的真空儲(chǔ)罐設(shè)置有2個(gè)，一個(gè)真空儲(chǔ)罐處于低壓，另一個(gè)真空儲(chǔ)罐處于工作壓力。

12、本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

13、（1）制氮裝置變負(fù)荷能力可達(dá)30%-120%，能根據(jù)管網(wǎng)氮?dú)庑枨罂焖僬{(diào)整冷箱氮?dú)猱a(chǎn)量，減少氮?dú)夥派⒙省?/p>

14、（2）通過本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)液氮返注：

15、可以在不改變進(jìn)冷箱空氣量的條件下，通過返流注入液氮，增加精餾塔回流比，能夠提高氮提取率，增加氮?dú)猱a(chǎn)量。注入液氮量與氮?dú)猱a(chǎn)量的比值大小，可將制氮裝置的氮?dú)馓崛÷侍岣?%-8%，增加的氮?dú)猱a(chǎn)量，一般是注入液氮量的1.5-2.5倍；

16、可以通過液氮返注，把液氮汽化冷量回收，降低裝置運(yùn)行能耗，也可在膨脹氣量不變的情況下，讓空氣充分參與低溫精餾，提高分離效率，進(jìn)一步提高氮產(chǎn)量。

17、（3）相比用氮高峰期用液氮后備系統(tǒng)汽化提供氮?dú)獾姆绞?，本?shí)用新型方法取消后備系統(tǒng)汽化器設(shè)備，可以利用液氮直接調(diào)整精餾塔的回流比，工藝操作上更簡(jiǎn)單可靠，反應(yīng)更迅速，更經(jīng)濟(jì)和節(jié)能。據(jù)核算，500nm3/h的液氮通過精餾塔，冷箱氮?dú)猱a(chǎn)量可增加1000nm3/h。

技術(shù)特征：

1.一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，包括低溫精餾單元；低溫精餾單元包括主換熱器、精餾塔一、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、精餾塔二、輔助冷凝蒸發(fā)器和液氮過冷器；主換熱器的熱流道出口與精餾塔一的進(jìn)口連接，精餾塔一的液空出口與過冷器的熱流道進(jìn)口連接，過冷器的熱流道出口與主冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接；精餾塔一的氣體出口分別與主冷凝蒸發(fā)器的入口和主換熱器的冷流道進(jìn)口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔一上部相連；主冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與精餾塔二的氣體進(jìn)口連接，主冷凝蒸發(fā)器的液體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接；精餾塔二的液空出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的液體進(jìn)口連接，精餾塔二的氣體出口與輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體入口連接，主冷凝蒸發(fā)器的出口與精餾塔二上部連接；精餾塔二的液氮出口與精餾塔一的液體入口連接；輔助冷凝蒸發(fā)器的氣體出口與過冷器的冷流道進(jìn)口連接，過冷器的冷流道出口與主換熱器的冷流道進(jìn)口連接；精餾塔二的液氮產(chǎn)品抽口與液氮過冷器的熱流道入口連接；其特征在于：還包括液氮調(diào)負(fù)荷單元，液氮調(diào)負(fù)荷單元包括真空儲(chǔ)罐和液氮返注閥門；液氮過冷器的熱流道出口與真空儲(chǔ)罐的入口連接，真空儲(chǔ)罐的出口經(jīng)液氮返注閥門與精餾塔一的液體入口連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：還包括壓縮單元、預(yù)冷單元和純化單元，壓縮單元與預(yù)冷單元連接，預(yù)冷單元與純化單元連接，純化單元與低溫精餾單元連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的壓縮單元包括空氣過濾器和空氣壓縮機(jī)，空氣過濾器與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)與預(yù)冷單元連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的預(yù)冷單元包括空冷塔、水冷塔和冷水機(jī)組；壓縮單元與空冷塔連接，空冷塔與純化單元連接；主換熱器與水冷塔連接，水冷塔與冷水機(jī)組連接，冷水機(jī)組的與空冷塔連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的純化單元包括吸附器和電加熱器；吸附器與主換熱器連接，主換熱器與電加熱器連接，電加熱器與吸附器連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的精餾塔二的液氮出口通過液氮泵與精餾塔一頂部的液體入口連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：還包括膨脹機(jī)，主換熱器與膨脹機(jī)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的主換熱器、過冷器和液氮過冷器均為板翅式換熱器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，其特征在于：所述的真空儲(chǔ)罐設(shè)置有2個(gè)，一個(gè)真空儲(chǔ)罐處于低壓，另一個(gè)真空儲(chǔ)罐處于工作壓力。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供一種調(diào)峰型低溫精餾制取高純氮?dú)庋b置，能夠在不降低氮提取率、不加大氮?dú)夥趴盏那闆r下，提供30%?120%的調(diào)負(fù)荷工況，調(diào)負(fù)荷工況變換簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、工況變換后運(yùn)行穩(wěn)定，能夠快速響應(yīng)氮?dú)庑枨蟮淖兓?，降低投資成本和運(yùn)行能耗。主換熱器與精餾塔一連接，精餾塔一與過冷器連接，過冷器與主冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔一與主冷凝蒸發(fā)器和主換熱器連接，主冷凝蒸發(fā)器與精餾塔一、精餾塔二和輔助冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔二與輔助冷凝蒸發(fā)器連接；精餾塔二與精餾塔一連接；輔助冷凝蒸發(fā)器與過冷器連接，過冷器與主換熱器連接；精餾塔二與液氮過冷器連接；液氮過冷器與真空儲(chǔ)罐連接，真空儲(chǔ)罐與精餾塔一連接。

技術(shù)研發(fā)人員：繆樟臻,丁傳琪,柳春來
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)空分工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240430
技術(shù)公布日：2024/12/19