一种氮气分离液化系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种氮气分离液化系统，结构简单，产气较快，且运行成本较低，能够随时随地制备液氮。本实用新型提供的一种氮气分离液化系统，包括：膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；膜分离设备包括压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气输出装置，所述压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气装置依次连接；所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路。
【专利说明】 一种氮气分罔液化系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体制备领域，特别涉及一种氮气分离液化系统。
技术背景
[0002]为了提高产量，在石油、天然气、煤层气、页岩气等开采技术中液氮的使用越来越频繁，随着液氮用量的增加及油井的分散性，液氮的使用成本也开始大幅增加。
[0003]现有技术中液氮的制备方法主要是先液化再分离的方法其代表性工艺就是深冷空分，这是一种传统的液氮制备方法，以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液态空气。液态空气主要是液氧和液氮的混合物，然后利用液氧和液氮的沸点不同(在I个大气压下，液氧的沸点为-183°c，液氮的沸点为-196°c)，通过液态空气的精馏，使它们分离来获得液氮。深冷空分设备由于其需要对液体空气进行加热且对温度控制要求较高，所以其设备复杂、占地面积大，基建费用较高，不适应现场制备液氮，设备一次性投资较大，运行成本较高，安装要求高，且产气慢周期较长。
实用新型内容
[0004]本实用新型实施例提供了一种氮气分离液化系统，结构简单，产气较快，且运行成本较低，不受工作地点及环境限制能够随时随地制备液氮。
[0005]本实用新型实施例提供的一种氮气分离液化系统，包括:膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接；
[0006]所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路；
[0007]所述冷源循环回路包括至少两个压缩机、至少两个一级换热器、膨胀机及两个二级换热器，所述两个二级换热器串联连接，所述至少两个压缩机与所述至少两个一级换热器顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，所述压缩换热机组出口经过一个二级换热器连接至膨胀机入口，所述膨胀机出口经过所述两个二级换热器连接至压缩换热机组入口 ；
[0008]所述加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器，所述一级换热器经过所述冷源循环回路的两个二级换热器连接至液氮存储罐。
[0009]其中，所述压缩装置包括:压缩机及散热器。
[0010]其中，所述过滤装置包括:依次连接的缓冲罐、低精度过滤器、碳床过滤器、高精度过滤器。
[0011]其中，所述产气装置包括:依次连接的流量计、纯度调节阀及单向阀。
[0012]其中，所述过滤装置进一步包括:加热器，所述加热器与所述高精度过滤器连接。
[0013]其中，所述产气装置进一步包括:氧电池，连接所述单向阀，用于检定氮气纯度。
[0014]其中，所述至少一个膨胀机为两个或两个以上时，所述膨胀机串联连接。
[0015]其中，其特征在于，所述冷源循环回路中二级换热器与所述至少一个膨胀机之间设置有节流阀。
[0016]其中，其特征在于，所述加压液化回路中二级换热器与所述液氮存储罐之间设置有节流阀。
[0017]本实用新型实施例提供的一种氮气分离液化系统，利用中空纤维膜组分离氮气，无需对空气进行加热升温来分离，并采用膨胀循环制冷工艺来提供冷源液化氮气，结构简单，产气较快，且体积小运行成本较低，能够不受工作地点及环境限制随时随地制备液氮。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1所示为本实用新型实施例提供的氮气液化系统结构示意图。
[0019]图2所示为本实用新型实施例提供的氮气膨胀液化设备具体连接结构示意图。
[0020]图3所示为本实用新型一实施例提供的膜分离设备具体连接结构示意图。
[0021]图4所示为本实用新型一实施例提供的膨胀液化设备具体连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图，对本实用新型实施例的实施方式进行清楚、完整地描述。
[0023]图1所示为本实用新型实施例提供的氮气分离液化系统结构示意图。如图1所示，该系统包括:膜分离设备100及氮气膨胀液化设备200，膜分离设备100与氮气膨胀液化设备200通过气体管路连接。
[0024]其中，膜分离设备100包括压缩装置101、过滤装置102、中空纤维膜组103及产气输出装置104，该压缩装置101、过滤装置102、中空纤维膜组103及产气输出装置104依次连接。
[0025]图2所示为氮气膨胀液化设备的具体连接结构示意图。如图2所示，氮气膨胀液化设备200包括冷源循环回路及加压液化回路，该冷源循环回路包括至少两个压缩机(图中示出两个BI和B2)、至少两个一级换热器(图中示出两个Wl和W2)、至少一个膨胀机(图中示出两个ETl和ET2)及两个二级换热器El和E2，压缩机B1、B2与一级换热器W1、W2顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，即压缩机BI与一级换热器Wl连接后连接至压缩机B2入口，压缩机B2出口与一级换热器W2入口连接，一级换热器W2出口经二级换热器El连接至膨胀机ETl，膨胀机ETl与膨胀机ET2串联连接并经过二级换热器E2与El连接至压缩机BI入口 ；加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器(图中示出一个压缩机B3及与B3连接的一级换热器W3)，一级换热器W3经二级换热器El与E2连接至液氮存储罐。
[0026]空气经膜分离设备进行压缩、过滤、分离后输出纯净的氮气，该氮气分两部分进入氮气膨胀液化设备，一部分进入冷源循环回路，为膨胀循环提供冷量，一部分进入加压液化回路，与冷源氮气换热并液化，输出至液氮存储罐。
[0027]本实用新型一实施例中，压缩装置包括压缩机及散热器，过滤装置包括依次连接的缓冲罐、低精度过滤器、碳床过滤器、高精度过滤器，产气输出装置包括依次连接的流量计、纯度调节阀及单向阀。
[0028]本实用新型一实施例中，在压缩机之前连接有过滤器，在空气进入压缩装置进行压缩之前对空气进行初步过滤；在过滤装置与中空纤维膜组之间设置加热器，对经过滤的氮气加温至合适温度后进入中空纤维膜组，提高膜分离效率；在产气输出装置单向阀后连接氧气池，用于检测氮气纯度，经单向阀流过的氮气经氧气池检定氮气达到相应纯度后，进入氮气膨胀液化设备。
[0029]图3所示为本实用新型一实施例提供的膜分离设备具体连接结构示意图。如图3所示，空气先经过滤器I粗滤，然后进入压缩机2，空气被压缩至一定压力后，进入后置散热器3冷却，进而进入过滤装置，经散热器3冷却后的压缩空气依次进过缓冲罐4、低精度过滤器5、碳床过滤器6和高精度过滤器7滤去空气中的水、油等杂质，并将过滤后纯净的空气经加热器8加热到适合的温度后进入中空纤维膜组103，利用空气成分在中空纤维膜中的渗透速率不同将氮气分离出来，空气中的富氧被分离、排放，分离得到的氮气再经过流量计10、纯度调节阀11、单向阀12，并经氧气池13检定氮气达到相应纯度后，进入氮气膨胀液化设备。
[0030]经膜分离设备分离出的氮气分两部分进入氮气膨胀液化设备，一部分做冷源，为膨胀循环提供冷量；另一部分则加压，与冷源氮气换热、液化，未液化的氮气返流与原料氮气汇合，循环。
[0031]图4所示为本实用新型一实施例提供的膨胀液化设备具体连接结构示意图。如图4所示，在二级换热器El与膨胀机ETl之间及二级换热器E2与液氮存储罐之间分别设置有节流阀Vl和V2，用于控制液氮流速。其中，一部分氮气经过两个压缩机BI和B2压缩并分别经过两个一级换热器Wl和W2冷却后进入二级换热器El冷却，冷却后的氮气经过两个膨胀机ETl和ET2进一步膨胀降温，从膨胀机ET2出来的低压低温氮气为两个二级换热器El和E2提供冷量后返回压缩机BI进行循环。
[0032]另一部分纯净氮气进入压缩机B3，被压缩到一定压力后，如2.4MPa左右，进入一级换热器W3，冷却后的氮气经过二级换热器El和E2进一步降温冷却液化，而后进入液氮存储罐，未液化氮气依次经过两个二级换热器回收冷量，与膜分离设备分离出的氮气汇合进入一级换热器W3循环。
[0033]本实用新型实施例提供的一种氮气分离液化系统，利用中空纤维膜组分离氮气，无需对空气进行加热升温来分离，并采用膨胀循环制冷工艺来提供冷源液化氮气，结构简单，产气较快，且体积小运行成本较低，能够不受工作地点及环境限制随时随地制备液氮。
[0034]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，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，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种氮气分离液化系统，其特征在于，包括:膜分离设备及氮气膨胀液化设备，所述膜分离设备与氮气膨胀液化设备通过气体管路连接； 膜分离设备包括压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气输出装置，所述压缩装置、过滤装置、中空纤维膜组及产气装置依次连接； 所述氮气膨胀液化设备包括冷源循环回路及加压液化回路； 所述冷源循环回路包括至少两个压缩机、至少两个一级换热器、膨胀机及两个二级换热器，所述两个二级换热器串联连接，所述至少两个压缩机与所述至少两个一级换热器顺序交叉串联连接构成压缩换热机组，所述压缩换热机组出口经过一个二级换热器连接至膨胀机入口，所述膨胀机出口经过所述两个二级换热器连接至压缩换热机组入口； 所述加压液化回路包括至少一个压缩机及与之连接的一级换热器，所述一级换热器经过所述冷源循环回路的两个二级换热器连接至液氮存储罐。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩装置包括:压缩机及散热器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤装置包括:依次连接的缓冲罐、低精度过滤器、碳床过滤器、高精度过滤器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产气装置包括:依次连接的流量计、纯度调节阀及单向阀。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述过滤装置进一步包括:加热器，所述加热器与所述高精度过滤器连接。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述产气装置进一步包括:氧电池，连接所述单向阀，用于检定氮气纯度。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膨胀机个数为两个或两个以上时，所述膨胀机串联连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷源循环回路中二级换热器与所述至少一个膨胀机之间设置有节流阀。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加压液化回路中二级换热器与所述液氮存储罐之间设置有节流阀。
【文档编号】B01D53/22GK203833612SQ201420092970
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】张忠家, 赵宇坤 申请人:天津凯德实业有限公司