本发明涉及一种制氮设备及其制氮方法的改进，特别是一种设备成本低、能耗低、占地面积小且运行更加稳定的制氮设备及其制氮方法。
背景技术：
随着国内经济水平的发展，各行各业都离不开气体工业与低温技术，石化行业、电子行业及多晶硅等工业的发展需要的氮气产品也越来越多；空分的广泛应用也对空分设备提出了严格的要求：一方面，要使设备更加安全、可靠、稳定的运行；另一方面，能耗考核及设备运行成本也越来越被重视；但是现有的制氮设备，根据空压机排气量的不同，通常选用空冷塔+水冷塔或者预冷机的模式来作为空气预冷设备；但是空冷塔+水冷塔的模式占地面积大，工艺复杂，维护成本高；采用预冷机作为空气预冷设备，设备成本高，能耗高。
为此，我们研发了一种设备成本低、能耗低、占地面积小且运行更加稳定的制氮设备及其制氮方法。
技术实现要素：
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种设备成本低、能耗低、占地面积小且运行更加稳定的制氮设备及其制氮方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制氮设备，包含有依次连通的自洁式空气过滤器、空气压缩机、管壳式换热器、板翅式换热器、纯化器和分馏塔；所述自洁式空气过滤器用于将原料空气中的杂质过滤掉；所述空气压缩机能将经过自洁式空气过滤器过滤的空气压缩至设定压力，然后进管壳式换热器进行初步降温，接着再进板翅式换热器进行第二次降温，再进纯化器进行纯化，再然后进分馏塔，制备氮气。
优选的，所述管壳式换热器利用循环冷却水作为第一冷源；所述分馏塔膨胀后的污氮气在进入主换热器复热前，取部分污氮气，直接与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降低至15-20°；所述15-20°污氮气回流至板翅式换热器内充当第二冷源。
优选的，所述管壳式换热器利用循环冷却水作为第一冷源，能将空气压缩机排出的40°空气冷却至35°；所述分馏塔膨胀后的污氮气在进入主换热器复热前，取部分污氮气，直接与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降低至17°；所述17°污氮气回流至板翅式换热器内充当第二冷源；第二冷源与35°空气换热，使35°空气温度进一步降低至20°。
优选的，所述板翅式换热器外采用保冷结构。
优选的，所述保冷结构为具有绝热效果的外壳或保温棉或聚氨酯。
优选的，制氮设备的制氮方法，包含以下步骤：
步骤1：原料空气经自洁式空气过滤器去除杂质后由空气压缩机压缩至设定压力，并进入管壳式换热器；
步骤2：管壳式换热器内利用循环冷却水作为第一冷源，将空气压缩机排出的40°空气冷却至35°，并进入板翅式换热器；同时，分馏塔内的污氮气在进入主换热器复热前，取部分污氮气，直接与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降低至17°，这股污氮气回流到板翅式换热器内充当第二冷源；
步骤3：在板翅式换热器内，17°的污氮气与35°空气换热，使得35°空气温度降低至20°，并进入纯化器；
步骤4：在纯化器中吸附掉原料空气中的水分、二氧化碳、碳氢化合物后进入分馏塔；
步骤5：分馏塔分馏得到高纯度氮气和污氮气，将高纯度氮气送至用户；同时取部分膨胀后的污氮气，与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降至17°，并回流到板翅式换热器内充当第二冷源，多余的污氮气排入空气。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述的制氮设备及制氮工艺流程通过采用管壳式换热器与板翅式换热器组合的形式，替代预冷机，来达到空气的降温，设备成本低，能耗低，节能性能好，且占地面积小；同时，去除了原有技术中的阀门以及用电设备，大幅增加制氮设备的经济性、稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的制氮设备的工作原理图；
其中：1、自洁式空气过滤器；2、空气压缩机；3、管壳式换热器；4、板翅式换热器；5、纯化器；6、分馏塔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种制氮设备，包含有依次连通的自洁式空气过滤器1、空气压缩机2、管壳式换热器3、板翅式换热器4、纯化器5和分馏塔6；所述自洁式空气过滤器1用于将原料空气中的杂质过滤掉；所述空气压缩机2能将经过自洁式空气过滤器1过滤的空气压缩至设定压力，然后进管壳式换热器3进行初步降温，接着再进板翅式换热器4进行第二次降温，再进纯化器5进行纯化，再然后进分馏塔6，制备氮气。
其中，所述纯化器5用于吸附空气中的水分、二氧化碳、碳氢化合物等；所述分馏塔6能将纯化后的空气精馏成高纯度氮气和污氮气；所述管壳式换热器3利用循环冷却水作为第一冷源，能将空气压缩机2排出的40°空气冷却至35°；所述分馏塔6内的膨胀后的污氮气在进入主换热器复热前，取部分污氮气，直接与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降低至17°；所述17°污氮气回流至板翅式换热器4内充当第二冷源；第二冷源与35°空气换热，使35°空气温度进一步降低至20°；所述管壳式换热器3与板翅式换热器4组合，起预冷机的作用，来达到空气的降温。
本实施例所述板翅式换热器4外采用保冷结构，能提供高效的换热效果，且冷气不易散失；所述保冷结构可以是具有绝热效果的外壳，也可以是如保温棉之类的无机保温材料，还可以是如聚氨酯之类的有机保温材料。
本发明中去除了原有技术中的阀门和用电设备，大幅增加制氮设备的经济性、稳定性、可靠性。
本实施例中的制氮设备的制氮方法如下：
步骤1：原料空气经自洁式空气过滤器1去掉杂质后由空气压缩机2压缩至设定压力，并进入管壳式换热器3；
步骤2：管壳式换热器3内利用循环冷却水作为第一冷源，将空气压缩机2排出的40°空气冷却至35°，并进入板翅式换热器4；同时，分馏塔6内膨胀后的污氮气在进入主换热器复热前，取50nm3/h的污氮气，直接与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降低至17°，这股污氮气回流到板翅式换热器4内充当第二冷源；
步骤3：在板翅式换热器4内，17°的污氮气与35°空气换热，使得35°空气温度降低至20°，并进入纯化器5；
步骤4：在纯化器5中吸附掉原料空气中的水分、二氧化碳、碳氢化合物后进入分馏塔6；
步骤5：分馏塔6分馏得到高纯度氮气和污氮气，将高纯度氮气送至用户，同时取膨胀后50nm3/h的污氮气，与复热后的污氮气混合，将流出分馏塔的污氮气温度降至17°，并回流到板翅式换热器4内充当第二冷源，多余的污氮气排入空气。
本实施例中增加的管壳式换热器3与板翅式换热器4，其合计价格为3.6万元，相较于单台预冷机的采购价格5万元，可节约设备成本1.4万元。
经试验证明，本实施例中采用管壳式换热器3与板翅式换热器4组合的形式来作为空气预冷设备，最终的总实际运行电功率为232kw，相较于原有技术中采用预冷机来作为空气预冷设备，其实际运行电功率为281kw，平均每小时可节约49kw的电量，如果按电费0.58元来计算，一年可节约24.9万元左右；且整套装置的能耗大幅降低，与原有技术相比，能耗减少约17.4%，节能性能好。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述的制氮设备及其制氮方法通过采用管壳式换热器与板翅式换热器组合的形式，替代预冷机，来达到空气的降温，设备成本低，能耗低，节能性能好，且占地面积小；同时，去除了原有技术中的阀门以及用电设备，大幅增加制氮设备的经济性、稳定性和可靠性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。