一种高纯氮空分装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于空分领域，具体涉及一种高纯氮空分装置。
【背景技术】
[0002]随着现代工业技术发展、高纯氮气应用范围日益广泛。纯度要求越来越高，由5N提高至6N。现行空分设备只能生产部分5N以下氮气，不能满足高纯氮用户要求。专用高纯氮空分也难达到6N质量要求，且氮气提取率不足40%。原料气中大部分氮气和氧气均做废气排放掉，浪费严重。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种高纯氮空分装置，高纯N2提取率可达60%_70%，产量提高一倍，综合利用水平提高，成本随之降低，效益显著。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型的具体方案如下:
[0005]—种高纯氮空分装置，包括:精馏分离单元，循环制冷单元，空气压缩净化单元，热交换单元；
[0006]其中，所述精馏分离单元中包括主冷凝蒸发器、辅助冷凝蒸发器、精馏塔和节流阀；所述主冷凝蒸发器设在所述精馏塔的顶部，所述辅助冷凝蒸发器分设在所述精馏塔的中部，所述节流阀设在连通管路上，该连通管路将所述精馏塔底部的塔釜与所述主冷凝蒸发器连通；
[0007]所述循环制冷单元一端与所述主冷凝蒸发器连通，其另一端通过连通管路与所述精馏塔底部的塔釜连通；
[0008]所述热交换单元与所述空气压缩净化单元以及所述精馏塔均连通；
[0009]所述空气压缩净化单元将压缩净化后的冷空气送入所述热交换单元，该冷空气与其中的溢出的氧气和氮气进行热交换后进入所述精馏塔在中段与回流液进行热质交换，分离出高纯氮气，低纯氮气继续上升进入精馏塔上段与回流高纯液氮接触精馏;一部分高纯液氮回流至塔顶，一部分从主冷凝蒸发器引至辅助冷凝蒸发器，高纯液氮在辅助冷凝蒸发器中蒸发后进入相应地换热单元换热至常温做产品引出；从精馏塔中部抽出部分氮气进入辅助冷凝蒸发器后回流至塔中部，增加回流比；
[0010]主冷凝蒸发器外侧液氧蒸发后一部分进入相应地热交换单元复热后做产品回收，大部分进入所述循环制冷单元，经换热循环压缩机并再冷却至饱和温度后从所述精馏塔底部的塔釜进入精馏塔提馏段上升，参与精馏;回流液经精馏、提馏后分离成液氧集入精馏塔底部的塔釜内，经节流阀减压后通过输送管路进入主冷凝蒸发器做冷源，损耗由外部液氧补充。
[0011]进一步地，所述热交换单元分别为氧气换热器和氮气换热器。
[0012]进一步地，所述主冷凝蒸发器上设有液氮输出口，通过设有节流阀的连通管道与所述辅助冷凝蒸发器的底部连通。
[0013]进一步地，所述辅助冷凝蒸发器的底部均设有氮气溢流口，该氮气溢流口通过输送管路与所述精馏塔连通。
[0014]进一步地，所述精馏塔的顶部与所述主冷凝蒸发器连通的输送管路上设有氮气输出口，该氮气输出口通过设有节流阀的输送管路与所述辅助冷凝蒸发器的氮气输出管路连通。
[0015]进一步地，所述氧气换热器和氮气换热器均为板式换热器。
[0016]本实用新型提供的高纯氮空分装置，在外冷式空分原理的基础上，通过在精馏塔上设置辅助冷凝蒸发器，将从主冷凝蒸发器中直接引出部分高纯液氮在辅助冷凝蒸发器中蒸发后作为产品直接引出，增加了高纯氮的产量，达到增产提效的目的。同时，冷凝部分氮气回流，增加了精馏段下部回流比，提高了进入精馏上不的氮气纯度，改善精馏工况，也就是减少了氧气损耗，增加氧气产量，提高了空分效益，高纯氮气产量提高了一倍以上。此措施可分段改变精馏塔回流比，优化精馏工况，适应用户对产品纯度、产量的不同要求，可在外冷式空分中普遍利用。
[0017]本实用新型提供的高纯氮空分装置专为高纯氮用户专门而研制，流程原理亦可用于普通空分装置。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的一种高纯氮空分装置示意图。
【具体实施方式】
[0019]参照附图对本实用新型的外冷式单级精馏空分装置的实施方式进行说明。
[0020]图1为本实施方式的外冷式单级精馏空分流程图，如图1所示，空气压缩纯化单元提供的纯净压缩空气进入换热单元与返流氧、氮换热，冷却至饱和温度后从精馏塔C中部进入精馏单元。在精馏塔中段与回流液进行热质交换，分离出95%_98%的氮气，低纯氮气继续上升进入上段与回流高纯液氮(6N)接触精馏。分离出的高纯氮气全部进入主冷凝蒸发器Kl冷凝成液氮。一部分高纯液氮回流至塔顶，一部分从Kl引至K2、K3。高纯液氮在Κ2、Κ3中蒸发后进入换热单元II。换热至常温做产品引出。从精馏塔中部抽出氮气进入Κ2、Κ3冷凝后回流至塔中部，增加回流比，改善精馏。
[0021]Kl外侧液氧蒸发后一部分进入换热单元IV中El复热后做产品外送。大部分进入循环制冷单元，经循环换热器Ε3换热，循环压缩机并再冷却至饱和温度后从塔釜进入精馏塔提馏段上升，参与精馏。回流液经精馏、提馏后分离成液氧集入塔釜，经节流阀门JV减压后进入Kl做冷源，损耗由外够液氧补充。
[0022]以上，虽然说明了本实用新型的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本实用新型的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本实用新型的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本实用新型的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的实用新型及其均等范围内。
【主权项】
1.一种高纯氮空分装置，其特征在于，包括:精馏分离单元，循环制冷单元，空气压缩净化单元，热交换单元； 其中，所述精馏分离单元中包括主冷凝蒸发器、辅助冷凝蒸发器、精馏塔和节流阀；所述主冷凝蒸发器设在所述精馏塔的顶部，所述辅助冷凝蒸发器分设在所述精馏塔的中部，所述节流阀设在连通管路上，该连通管路将所述精馏塔底部的塔釜与所述主冷凝蒸发器连通； 所述循环制冷单元一端与所述主冷凝蒸发器连通，其另一端通过连通管路与所述精馏塔底部的塔釜连通； 所述热交换单元与所述空气压缩净化单元以及所述精馏塔均连通； 所述空气压缩净化单元将压缩净化后的冷空气送入所述热交换单元，该冷空气与其中的溢出的氧气和氮气进行热交换后进入所述精馏塔在中段与回流液进行热质交换，分离出高纯氮气，低纯氮气继续上升进入精馏塔上段与回流高纯液氮接触精馏;一部分高纯液氮回流至塔顶，一部分从主冷凝蒸发器引至辅助冷凝蒸发器，高纯液氮在辅助冷凝蒸发器中蒸发后进入相应地换热单元换热至常温做产品引出；从精馏塔中部抽出部分氮气进入辅助冷凝蒸发器后回流至塔中部，增加回流比； 主冷凝蒸发器外侧液氧蒸发后一部分进入相应地热交换单元复热后做产品回收，大部分进入所述循环制冷单元，经换热循环压缩机并再冷却至饱和温度后从所述精馏塔底部的塔釜进入精馏塔提馏段上升，参与精馏;回流液经精馏、提馏后分离成液氧集入精馏塔底部的塔釜内，经节流阀减压后通过输送管路进入主冷凝蒸发器做冷源，损耗由外部液氧补充。2.根据权利要求1所述的一种高纯氮空分装置，其特征在于，所述热交换单元分别为氧气换热器和氮气换热器。3.根据权利要求1所述的一种高纯氮空分装置，其特征在于，所述主冷凝蒸发器上设有液氮输出口，通过设有节流阀的连通管道与所述辅助冷凝蒸发器的底部连通。4.根据权利要求1所述的一种高纯氮空分装置，其特征在于，所述辅助冷凝蒸发器的底部均设有氮气溢流口，该氮气溢流口通过输送管路与所述精馏塔连通。5.根据权利要求1所述的一种高纯氮空分装置，其特征在于，所述精馏塔的顶部与所述主冷凝蒸发器连通的输送管路上设有氮气输出口，该氮气输出口通过设有节流阀的输送管路与所述辅助冷凝蒸发器的氮气输出管路连通。6.根据权利要求2所述的一种高纯氮空分装置，其特征在于，所述氧气换热器和氮气换热器均为板式换热器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种高纯氮空分装置，包括：精馏分离单元，循环制冷单元E3，空气压缩净化单元，热交换单元E1和E2；其中，所述精馏分离单元中包括主冷凝蒸发器K1、辅助冷凝蒸发器K2和K3、精馏塔C和节流阀JV；所述主冷凝蒸发器K1设在所述精馏塔C的顶部，所述辅助冷凝蒸发器K2和K3分设在所述精馏塔的中部，所述节流阀JV设在连通管路上，该连通管路将所述精馏塔底部的塔釜与所述主冷凝蒸发器K1连通；所述循环制冷单元E3一端与所述主冷凝蒸发器K1连通，其另一端通过连通管路与所述精馏塔C底部的塔釜连通；所述热交换单元E1和E2与所述空气压缩净化单元以及所述精馏塔均连通；高纯N2提取率可达60％-70％，产量提高一倍，综合利用水平提高，成本随之降低，效益显著。
【IPC分类】F25J3/04
【公开号】CN205262061
【申请号】CN201521049744
【发明人】毛文军, 张英辰
【申请人】新疆天辰气体有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月16日