本發(fā)明涉及高純氮氣制取，具體涉及一種高純氮氣的制取裝置及其制取方法。

背景技術(shù)：

1、氮氣作為一種化學性質(zhì)穩(wěn)定的氣體，被廣泛的應(yīng)用于電子、化工、機械、冶金、食品等行業(yè)。

2、高純氮氣在航天事業(yè)中，主要用于火箭推進劑貯箱、發(fā)動機系統(tǒng)等的氣密性檢查；為保證火箭發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪泵正常工作，要求泵在一定的凈正吸入壓頭下工作，以防止產(chǎn)生氣蝕，為此，在火箭起飛前要對推進劑貯箱增壓。

3、根據(jù)國家標準高純氮氣要求其中氫氣含量≤1ppm，目前高純氮氣的制備方法主要是采用空氣分離的方法，在采用該技術(shù)制取高純氮氣的過程中，氫氣在氮氣中富集而無法去除，氫氣含量超出國家標準，無法滿足航天事業(yè)上對高純氮氣用氣的指標需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的第一個目的是提供一種高純氮氣的制取裝置，該制取裝置結(jié)構(gòu)簡單、易操作，通過該制取裝置制得的高純氮氣的純度為≥99.9996％，其中o2≤0.5ppm，h2≤0.5ppm，co2≤0.5ppm，ch4≤0.5ppm，h2o≤2ppm，0.03μm≤塵埃顆粒<0.2μm，高于國家要求的標準。

2、本發(fā)明的第二個目的是提供一種制取高純氮氣的方法，該方法簡單易行，經(jīng)過該方法制得的高純氮氣質(zhì)量高、穩(wěn)定性好。

3、本發(fā)明所采用的第一個技術(shù)方案是：一種高純氮氣的制取裝置，包括氣體純化裝置；所述氣體純化裝置包括熱交換器、催化氧化反應(yīng)器、精密過濾器、第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔，

4、所述熱交換器的第一出口與催化氧化反應(yīng)器的入口連接，所述催化氧化反應(yīng)器的出口再與所述熱交換器的入口連接；所述熱交換器的第二出口分別與第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的底部入口連接，所述第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的頂部出口與所述精密過濾器的入口連接。

5、優(yōu)選地，所述氣體純化裝置還包括在線檢測裝置，所述線檢測裝置與所述精密過濾器的出口連接。

6、優(yōu)選地，所述在線檢測裝置為微量氧分析儀。

7、優(yōu)選地，所述高純氮氣的制取裝置還包括液氮貯存及氣化裝置、減壓器、增壓裝置、匯流排和高純氮氣貯存裝置；

8、所述液氮貯存及氣化裝置通過減壓器與所述氣體純化裝置的熱交換器連通；所述氣體純化裝置的精密過濾器與所述增壓裝置的入口連通，所述增壓裝置的出口通過匯流排與所述高純氮氣貯存裝置連通。

9、優(yōu)選地，所述高純氮氣的制取裝置還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置分別與所述氣體純化裝置和增壓裝置連接；所述氣體純化裝置還包括冷卻器；

10、所述熱交換器的第二出口與所述冷卻器的入口連接，所述冷卻器與冷卻裝置連接，所述冷卻器的出口分別與第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的底部入口連接。

11、優(yōu)選地，所述增壓裝置為隔膜壓縮機。

12、本發(fā)明所采用的第二個技術(shù)方案是：一種基于第一個技術(shù)方案中所述制取裝置的高純氮氣制取方法，包括以下步驟：

13、s2：通過所述氣體純化裝置將原料氮氣制成高純氮氣，具體包括：

14、原料氮氣進入氣體純化裝置，首先經(jīng)過熱交換器進行原料氮氣預熱升溫，通過熱交換器的第一出口將升溫后的原料氮氣輸入催化氧化反應(yīng)器，催化氧化反應(yīng)器將原料氮氣中的h2、co、ch4、總烴氧化為h2o和co2，以實現(xiàn)初步除雜；

15、初步除雜后的原料氮氣從催化氧化反應(yīng)器頂部出來進入熱交換器進行初步降溫；

16、除雜質(zhì)降溫后的原料氮氣從熱交換器底部的第二出口出來，從底部分別進入第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔進行常溫吸附h2o和co2；原料氮氣從第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的頂部出來，進入精密過濾器，在精密過濾器中進行塵埃顆粒去除，獲得高純氮氣。

17、優(yōu)選地，所述步驟s2還包括：通過在線檢測裝置對所述高純氮氣進行在線檢測。

18、優(yōu)選地，所述步驟s2還包括：初步除雜后的原料氮氣從催化氧化反應(yīng)器頂部出來進入熱交換器進行初步降溫后，從熱交換器底部的第二出口進入冷卻器，冷卻裝置的冷水從冷卻器底部進入，吸熱后的冷水從冷卻器頂部回到冷卻裝置實現(xiàn)循環(huán)冷卻；

19、除雜質(zhì)降溫后的原料氮氣從冷卻器頂部出來，從底部分別進入第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔進行常溫吸附h2o和co2；原料氮氣從第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的頂部出來，進入精密過濾器，在精密過濾器中進行塵埃顆粒去除，獲得高純氮氣。

20、優(yōu)選地，所述高純氮氣制取方法還包括s1：通過所述液氮貯存及氣化裝置將液氮氣化為原料氮氣，以及通過減壓器對所述原料氮氣進行減壓；

21、s2：通過所述氣體純化裝置將原料氮氣制成高純氮氣；

22、s3：通過增壓裝置將所述高純氮氣進行增壓，同時通過冷卻裝置將增壓后高純氮氣的溫度降至室溫，充裝入高純氮氣貯存裝置中。

23、上述技術(shù)方案的有益效果：

24、(1)本發(fā)明提供的一種高純氮氣的制取裝置結(jié)構(gòu)簡單、易操作，通過該制取裝置中的氣體純化裝置能將原料氮氣(純度≥99.99％)制成高純氮氣，高純氮氣的純度為≥99.9996％，其中o2≤0.5ppm，h2≤0.5ppm，co2≤0.5ppm，ch4≤0.5ppm，h2o≤2ppm，0.03μm≤塵埃顆粒<0.2μm，高于國家要求的標準。

25、(2)本發(fā)明提供的一種制取高純氮氣的方法簡單易行，經(jīng)過該方法制得的高純氮氣質(zhì)量高、穩(wěn)定性好。

技術(shù)特征：

1.一種高純氮氣的制取裝置，其特征在于，包括氣體純化裝置(3)；；所述氣體純化裝置(3)包括熱交換器(31)、催化氧化反應(yīng)器(32)、精密過濾器(36)、第一干燥吸附塔(34)或/和第二干燥吸附塔(35)，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取裝置，其特征在于，所述氣體純化裝置(3)還包括在線檢測裝置(37)，所述線檢測裝置(37)與所述精密過濾器(36)的出口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制取裝置，其特征在于，所述在線檢測裝置(37)為微量氧分析儀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取裝置，其特征在于，所述高純氮氣的制取裝置還包括液氮貯存及氣化裝置(1)、減壓器(2)、增壓裝置(4)、匯流排(5)和高純氮氣貯存裝置(6)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制取裝置，其特征在于，所述高純氮氣的制取裝置還包括冷卻裝置(7)，所述冷卻裝置(7)分別與所述氣體純化裝置(3)和增壓裝置(4)連接；所述氣體純化裝置(3)還包括冷卻器(33)；

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制取裝置，其特征在于，所述增壓裝置(4)為隔膜壓縮機。

7.一種基于權(quán)利要求1-6任一項所述制取裝置的高純氮氣制取方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純氮氣制取方法，其特征在于，所述步驟s2還包括：通過在線檢測裝置(37)對所述高純氮氣進行在線檢測。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純氮氣制取方法，其特征在于，所述步驟s2還包括：初步除雜后的原料氮氣從催化氧化反應(yīng)器(32)頂部出來進入熱交換器(31)進行初步降溫后，從熱交換器(31)底部的第二出口進入冷卻器(33)，冷卻裝置(7)的冷水從冷卻器(33)底部進入，吸熱后的冷水從冷卻器(33)頂部回到冷卻裝置(7)實現(xiàn)循環(huán)冷卻；

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純氮氣制取方法，其特征在于，所述高純氮氣制取方法還包括s1：通過所述液氮貯存及氣化裝置(1)將液氮氣化為原料氮氣，以及通過減壓器(2)對所述原料氮氣進行減壓；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及高純氮氣制取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純氮氣的制取裝置及其制取方法，包括氣體純化裝置；氣體純化裝置包括熱交換器、催化氧化反應(yīng)器、精密過濾器、第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔，熱交換器的第一出口與催化氧化反應(yīng)器的入口連接，催化氧化反應(yīng)器的出口再與熱交換器的入口連接；熱交換器的第二出口分別與第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的底部入口連接，第一干燥吸附塔或/和第二干燥吸附塔的頂部出口與精密過濾器的入口連接。該制取裝置結(jié)構(gòu)簡單、易操作，通過該制取裝置制得的高純氮氣的純度為≥99.9996％，其中O<subgt;2</subgt;≤0.5ppm，H<subgt;2</subgt;≤0.5ppm，CO<subgt;2</subgt;≤0.5ppm，CH<subgt;4</subgt;≤0.5ppm，H<subgt;2</subgt;O≤2ppm，0.03μm≤塵埃顆粒<0.2μm，高于國家要求的標準。

技術(shù)研發(fā)人員：李海蘭,王朝暉,彭孔陽,虞明根,楊金星,王棟
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊航天工程大學士官學校
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19