本实用新型涉及一种分离空气提氮设备，特别是指一种预冷节能型高纯氮设备。
背景技术：
氮气通常被作为保护气被广泛用于冶金、化工、煤炭、食品、医药、电子、磁材、运输、热处理、轮胎、热电、航空等领域。目前，空气分离氮气的方法主要有三种：变压吸附法、膜分离法及深冷法，变压吸附法及膜分离法为非低温法，主要用于对氮气纯度要求不是特别高的领域，氮气的纯度为99％-99.9％左右。低温法主要用于纯度要求较高的领域，氮气纯度要求为99.99％-99.9999％，在国家经济宏观调控的大气候下，企业要生存发展，就要节能减耗，降低生产成本。现有的分离设备电耗大，且无法实现氮气纯度的要求。
技术实现要素：
本实用新型提出一种预冷节能型高纯氮设备，通过采用能够自动回收冷量的预冷器、节能型低温精馏装置、双塔中压精馏制氮工艺，在保证制得的氮气纯度大于99.999％的同时，使设备单位制氮时的电耗显著下降，运行费用大幅降低；且设置预冷器、降低了冷气机46％的负荷，保证了在冷气机有故障时系统能稳定运行，提高了装置的运行可靠性；同时在摒弃了氮压机及增压机，氮气压力为0.2Mpa-0.3Mpa，能够同时产生部分0.6Mpa-0.7Mpa的中压氮气和低温液氮气，避免了氮气被二次污染；本设备运行自动化程度高、开停车方便。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种预冷节能型高纯氮设备，包括：分离单元、精馏单元及回收单元，所述分离单元与所述精馏单元连接，所述精馏单元同时与所述回收单元连接，所述回收单元同时与所述分离单元连接。
进一步，所述分离单元包括自洁式空气过滤器、主空压机、预冷器、冷气机及分子筛纯化系统，所述自洁式空气过滤器通过通气管与所述主空压机连接，所述主空压机同时通过通气管与所述预冷器连接，所述预冷器同时通过通气管与所述冷气机连接，所述冷气机同时通过通气管与所述分子筛纯化系统连接。
进一步，所述分子筛纯化系统包括用于工作的第一分子筛吸附器、用于再生气体的第二分子筛吸附器及用于加热再生气体的电加热器，所述第一分子筛吸附器及第二分子筛吸附器均与所述电加热器连接。
进一步，所述精馏单元包括主换热器、膨胀机、精馏塔及过冷器，所述主换热器同时与所述第二分子筛吸附器、膨胀机及精馏塔连接，所述膨胀机同时与所述精馏塔连接，所述精馏塔同时与所述过冷器连接。
进一步，所述精馏塔包括上塔及下塔；所述上塔与所述过冷器连接，所述过冷器同时与所述主换热器连接，所述主换热器同时与所述预冷器连接，所述预冷器连接有用户单元；所述下塔同时与所述过冷器连接，所述主换热器与所述电加热器连接；所述下塔同时与所述膨胀机连接，所述膨胀机同时与所述主换热器、第一分子筛吸附器及第二分子筛吸附器连接。
进一步，所述回收单元包括高纯氮回收单元、富氧废气回收单元及液氮回收单元。
进一步，所述上塔连接有冷凝器，所述冷凝器同时与所述过冷器连接；所述过冷器、主换热器及预冷器组成所述高纯氮回收单元；所述冷凝器、过冷器、主换热器、预冷器、冷气机及分子筛纯化系统共同组成所述富氧废气回收单元；所述上塔、过冷器、冷凝器组成所述液氮回收单元。
更进一步，所述预冷器连接有用户单元，即所述高纯氮回收单元与所述用户单元连接。
本实用新型通过采用能够自动回收冷量的预冷器、节能型低温精馏装置、双塔中压精馏制氮工艺，在保证制得的氮气纯度大于99.999％的同时，使设备单位制氮时的电耗显著下降，运行费用大幅降低；且设置预冷器、降低了冷气机46％的负荷，保证了在冷气机有故障时系统能稳定运行，提高了装置的运行可靠性；同时在摒弃了氮压机及增压机，氮气压力为0.2Mpa-0.3Mpa，能够同时产生部分0.6Mpa-0.7Mpa的中压氮气和低温液氮气，避免了氮气被二次污染；本设备运行自动化程度高、开停车方便。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型具体实施例中一种预冷节能型高纯氮设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，一种预冷节能型高纯氮设备，包括：分离单元1、精馏单元3及回收单元，分离单元1与精馏单元3连接，精馏单元 3同时与回收单元连接，回收单元同时与分离单元1连接；本设备产生氮气的纯度高、产氮量稳定，受到外界的干扰因素少，延长了设备的连续运行周期；同时设备耗电低、投入少、占地面积小，明显减轻了企业负担，同时节约了资源，能够更好地保护环境。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，分离单元1包括自洁式空气过滤器 11、主空压机12、预冷器13、冷气机14及分子筛纯化系统15，自洁式空气过滤器11通过通气管与主空压机12连接，主空压机12同时通过通气管与预冷器 13连接，预冷器13同时通过通气管与冷气机14连接，冷气机14同时通过通气管与分子筛纯化系统15连接。其中设置预冷器13，能够降低冷气机14的46％的负荷，当冷气机14有故障时，系统也能平稳运行，提高了装置运行的可靠性。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，分子筛纯化系统15包括用于工作的第一分子筛吸附器152、用于再生气体的第二分子筛吸附器154及用于加热再生气体的电加热器151，第一分子筛吸附器152及第二分子筛吸附器154均与电加热器151连接。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，精馏单元3包括主换热器32、膨胀机33、精馏塔34及过冷器31，精馏塔34包括上塔341及下塔343，下塔343 顶部设有用于蒸发氧气及冷凝氮气的主冷342；上塔341与过冷器31连接，过冷器31同时与主换热器32连接，主换热器32同时与预冷器13连接，预冷器13连接有用户单元；下塔343同时与过冷器31连接，主换热器32与电加热器 151连接；下塔343同时与膨胀机33连接，膨胀机33同时与主换热器32、第一分子筛吸附器152及第二分子筛吸附器154连接。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，上塔341连接有冷凝器4，冷凝器4同时与过冷器31连接。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，回收单元包括高纯氮回收单元、富氧废气回收单元及液氮回收单元。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，过冷器31、主换热器32及预冷器 13组成高纯氮回收单元；冷凝器4、过冷器31、主换热器32、预冷器13、冷气机14及分子筛纯化系统15共同组成富氧废气回收单元；上塔341、过冷器31、冷凝器4组成液氮回收单元。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，预冷器13连接有用户单元，即高纯氮回收单元与用户单元连接，用户单元用于回收高纯氮。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，本装置的工艺过程是使原料空气首先进入自洁式空气过滤器11，在自洁式空气过滤器11中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入主空压机12；在主空压机12中经过多级压缩后进入预冷器13；在预冷器13中经过冷却后的空气进入冷气机14中将空气温度继续降低到5℃，同时分离出的游离水空气进入分子筛纯化系统15；分子筛纯化系统15由第一分子筛吸附器152、第二分子筛吸附器154及电加热器151组成，第一分子筛吸附器152吸附空气中的水分、二氧化碳和一些碳氢化合物，第二分子筛吸附器154 再生气体，然后再生气进入电加热器151中完成加热；由第二分子筛吸附器154 出来的空气分为两股，并分别进入主换热器32经冷却后进入下塔343中；同时从主换热器32中部抽出一部分膨胀空气，膨胀空气经膨胀机33膨胀后进入上塔341的底部；下塔343中的气体上升然后与回流液体接触使含氮量增加，其中所需的回流液氮来自下塔343顶部的主冷342，在下塔343中氧得到蒸发，而氮得到冷凝；在下塔343底部得到氧含量约57％的液氮，液氮通过过冷器31过冷后通过节流进入冷凝器4；上塔341顶部获得的高纯度的氮气经过过冷器31、主换热器32、预冷器13回收冷量后送到用户单元；从上塔341中出来的部分氮气进入冷凝器4被冷凝，与下塔343抽出的氧含量约57％液氮混合进入上塔341 的顶部作为回流液参加精馏；而冷凝器4蒸发出来的富氧废气经过过冷器31、主换热器32、预冷器13及冷气机14回收冷量后进入分子筛纯化系统15从新参与分离工艺。通过这种工艺设计能充分降低高纯氮设备提出氮气时废气复热不足的损失，使装置能耗指标显著下降。
在本实用新型的具体实施例中，见图1，本工艺流程简单，装置操作便捷，运行稳定可靠，依据3000Nm3/h为例，氮提取率83％，单位制氮电耗0.16Kw.h /Nm3N2，比常规高纯氮设备节约电耗22％，氮气纯度大于等于99.999％，显著提高了氮的提取率、运行能耗显著降低。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。