一种超低负荷制氮装置及其使用方法与流程

本发明属于深冷低温空气分离，具体涉及一种超低负荷制氮装置及其使用方法，主要适用于高纯氮气的提取。

背景技术：

1、随着新能源、新材料、食品、电子等行业的发展，其生产工艺中应用极为广泛的高纯氮气，产量需求越来越大。目前行业所采用的深冷高纯氮提取工艺，根据产量不同，可简单分为单塔工艺和双塔工艺。单塔工艺氮气提取率低，但设备少工艺简单，适用于小产量；双塔工艺氮气提取率大大增加，工艺复杂性也随之增加，适用于大产量。

2、随着行业的发展，市场对高纯氮需求也逐渐发生变化。不管是单塔工艺还是双塔工艺，传统制氮工艺往往只能实现50%~100%负荷调节范围，而客户常有氮气需求量爬坡的要求。随着工艺产线的增加，前期可能长达几年氮气需求量都不大。因此，当客户用气量少于50%时，只能采用放空的形式，造成资源浪费；或者现场需配置多套制氮装置组合供气才能实现用气爬坡的需求，但往往又受限于投资成本和设备场地而无法实现。为此，设计一种超低负荷制氮装置及其使用方法，从而克服上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种超低负荷制氮装置及其使用方法，它基于深冷低温空气分离原理，利用膨胀机制冷制取高纯氮气的工艺，具有操作弹性大，设备整体投资成本低，生命周期运行能耗低等特点。

2、本发明是通过如下的技术方案予以实现的：一种超低负荷制氮装置，它包括制氮冷箱，所述冷箱内安装有换热器、第一氮塔、第二氮塔、过冷器、膨胀机，相互之间通过管道进行连接，其中换热器的一端与外部管道连接，另一端连接至第一氮塔，第一氮塔与第二氮塔相互连接，之间还开设有过冷器，且第一氮塔与膨胀机连接，该膨胀机与换热器连接，所述第一氮塔和第二氮塔的顶部均设置有冷凝蒸发器。

3、作为优选：所述换热器内设置有三根管路，其中一根连接外部的cda管道，另外两根分别为出气的gwn管道和pn2管道，其中cda管道连接换热器后依次连接至第一氮塔的底部，在第一氮塔底部通过管道依次通过过冷器后连接至第一氮塔的顶部冷凝蒸发器内，该冷凝蒸发器上延伸出一根分叉管道分别与换热器和第二氮塔底部连接，并在分叉管道上分别安装有第一阀门和第二阀门，该换热器与膨胀机连接后回流至换热器内通向gwn管道内，所述第一氮塔上还开设有一根与pn2管道直通的管道。

4、作为优选：所述第二氮塔的底部开设有一条经过过冷器后与第二氮塔的顶部的冷凝蒸发器连接的管道，并在第二氮塔的顶部冷凝蒸发器上开设有两根管道，其中一根与分叉管道通向换热器一端的管道，另一根与换热器顶部的冷凝蒸发器连接，并在该两根管道上开设有第三阀门和第四阀门。

5、一种超低负荷制氮装置的使用方法，所述方法包括氮气需求量≤15%时、当用户氮气需求量≥50%时、当用户用气量在15%~50%时三种情况，其中当用户氮气需求量≤15%时，所述制氮装置第一阀门、第二阀门、第四阀门均关闭，第三阀门开启，仅运行第一氮塔；当用户氮气需求量≥50%时，所述制氮装置第一阀门、第二阀门、第四阀门均打开，第三阀门关闭，同时运行第一氮塔和第二氮塔；当用户用气量在15%~50%时，可根据投资、能耗和运行时间等实际情况确定仅运行第一氮塔还是同时运行第一氮塔和第二氮塔。所述装置仅运行第一氮塔时，运行一套空压机和膨胀机系统，同时运行第一氮塔和第二氮塔时，运行另一套空压机和膨胀机系统。

6、本发明相比于现有技术，其有益效果如下：

7、常规制氮装置仅能运行50%~100%工况，本发明装置可根据实际需求运行超低负荷工况，通过匹配相应动设备实现负荷在15%~100%范围调整。本发明具有超低负荷，超大操作弹性，设备整体投资成本低，生命周期运行能耗低等特点。

技术特征：

1.一种超低负荷制氮装置，它包括制氮冷箱，其特征在于：所述冷箱内安装有换热器、第一氮塔、第二氮塔、过冷器、膨胀机，相互之间通过管道进行连接，其中换热器的一端与外部管道连接，另一端连接至第一氮塔，第一氮塔与第二氮塔相互连接，之间还开设有过冷器，且第一氮塔与膨胀机连接，该膨胀机与换热器连接，所述第一氮塔和第二氮塔的顶部均设置有冷凝蒸发器。

2.根据权利要求1所述的超低负荷制氮装置，其特征在于：所述换热器内设置有三根管路，其中一根连接外部的cda管道，另外两根分别为出气的gwn管道和pn2管道，其中cda管道连接换热器后依次连接至第一氮塔的底部，在第一氮塔底部通过管道依次通过过冷器后连接至第一氮塔的顶部冷凝蒸发器内，该冷凝蒸发器上延伸出一根分叉管道分别与换热器和第二氮塔底部连接，并在分叉管道上分别安装有第一阀门和第二阀门，该换热器与膨胀机连接后回流至换热器内通向gwn管道内，所述第一氮塔上还开设有一根与pn2管道直通的管道。

3.根据权利要求2所述的超低负荷制氮装置，其特征在于：所述第二氮塔的底部开设有一条经过过冷器后与第二氮塔的顶部的冷凝蒸发器连接的管道，并在第二氮塔的顶部冷凝蒸发器上开设有两根管道，其中一根与分叉管道通向换热器一端的管道，另一根与换热器顶部的冷凝蒸发器连接，并在该两根管道上开设有第三阀门和第四阀门。

4.一种根据权利要求1-3任一一项所述超低负荷制氮装置的使用方法，其特征在于：所述方法包括氮气需求量≤15%时、当用户氮气需求量≥50%时、当用户用气量在15%~50%时三种情况，其中当用户氮气需求量≤15%时，所述制氮装置第一阀门、第二阀门、第四阀门均关闭，第三阀门开启，仅运行第一氮塔；当用户氮气需求量≥50%时，所述制氮装置第一阀门、第二阀门、第四阀门均打开，第三阀门关闭，同时运行第一氮塔和第二氮塔；当用户用气量在15%~50%时，可根据投资、能耗和运行时间等实际情况确定仅运行第一氮塔还是同时运行第一氮塔和第二氮塔。

5.所述装置仅运行第一氮塔时，运行一套空压机和膨胀机系统，同时运行第一氮塔和第二氮塔时，运行另一套空压机和膨胀机系统。

技术总结
本发明涉及一种超低负荷制氮装置及其使用方法，其中装置包括制氮冷箱，所述冷箱内安装有换热器、第一氮塔、第二氮塔、过冷器、膨胀机，相互之间通过管道进行连接，其中换热器的一端与外部管道连接，另一端连接至第一氮塔，第一氮塔与第二氮塔相互连接，之间还开设有过冷器，且第一氮塔与膨胀机连接，该膨胀机与换热器连接，所述第一氮塔和第二氮塔的顶部均设置有冷凝蒸发器。本发明具有超低负荷，超大操作弹性，设备整体投资成本低，生命周期运行能耗低等特点。

技术研发人员：施俊丰,王定伟,汪建峰,顾燕新,应勇江,杨鹏,陶信,谷雨,周强
受保护的技术使用者：杭氧集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19