一种制备高纯氮气的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种制备高纯氮气的装置，属于机械工程领域，特别是低温制取工业气体领域。


背景技术：

2.氮气作为一种化学性质稳定的气体，被广泛的应用于电子、化工、机械、冶金、食品等行业。随着国民经济高速发展，各行业对高纯氮气的品质和用量的要求日益增加。根据国家标准高纯氮气要求其中氢气含量≤1ppm。空气中氢气含量在1ppm左右，常规的低温精馏的装置和方法无法除去氢气，使得氢气在氮气中富集而超出高纯氮要求。工业上常使用化学法除去氢气，将空气中的氢气与氧气通过催化剂反应生成水从而降低氢气的含量。催化剂通常由贵金属制成，其价格高，寿命短，操作复杂，必须定期更换。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种制备高纯氮气的装置，在不使用任何贵金属催化剂的情况下，采用精馏塔从空气中分离出高纯氮气。
4.为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
5.一种制备高纯氮气的装置，包括空气压缩机、空气预冷机组、分子筛纯化装置、主换热器、精馏塔、多通道冷凝蒸发器、膨胀机、过冷器；
6.所述空气压缩机、空气预冷机组、分子筛纯化装置、主换热器和精馏塔依次通过管路连接，所述精馏塔的上端与所述多通道冷凝蒸发器管路连接，所述过冷器与多通道冷凝蒸发器管路连接，所述膨胀机入口与过冷器连接，出口与主换热器连接。
7.所述精馏塔包括上下两部分，下部分为精馏段，用于将氮气和氢气从空气中分离出来；上部分为提馏段，用于将氮气中的氢气分离出去，从而制备出高纯液氮或高纯氮气。
8.所述精馏段与所述提馏段之间设置有高纯液氮出口或高纯氮气出口，所述高纯液氮出口与所述多通道冷凝蒸发器管路连接，在所述高纯液氮出口位置得到高纯液氮并抽出，经节流阀节流后进入所述多通道冷凝蒸发器，作为冷源与精馏塔塔顶富氢气体换热并气化为高纯氮气，高纯氮气经主换热器复热后作为产品送至客户端使用；或在所述高纯氮气出口位置得到高纯氮气，经节流阀直接和主换热器复热后作为产品送至客户端使用。
9.所述精馏塔的精馏段选自筛板塔、填料塔中的一种。
10.所述精馏塔的提馏段选自筛板塔、填料塔中的一种。
11.所述膨胀机的优选类型为透平膨胀机。
12.所述分子筛纯化装置包括至少两组分子筛纯化器，所述至少两组分子筛纯化器可交替工作。
13.所述制备高纯氮气的装置还包括电加热器，所述电加热器与所述至少两组分子筛纯化器分别管路连接。
14.与现有技术相比，本实用新型取得了如下有益效果：
15.本发明避免了催化剂的使用，降低了经济成本，减小了系统能耗。通过在精馏塔中设置提馏段，在提馏段除去氮气中的氢气，且从精馏塔的中上部直接获得高纯氮气或者抽取液氮再经过气化的方法即可为客户提供高纯氮气。整套装置结构简单，操作简便，安全性高，大大节约了投资以及后续维护成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型的实施例一的结构示意图；
18.图2为本实用新型的实施例二的结构示意图；
19.其中，图1和图2中相同的附图标记表示相同的设备。
具体实施方式
20.下面将对本实用新型具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，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做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。
21.实施例一：
22.如图1所示，本实施方式中的制氮装置包括空气压缩机(ac)、空气预冷机组(ru)、分子筛纯化装置、主换热器(e1)、精馏塔(c)、多通道冷凝蒸发器(k)、膨胀机(et)、过冷器(e2)和电加热器(eh)；
23.其中，所述空气压缩机(ac)、空气预冷机组(ru)、分子筛纯化装置、主换热器(e1)和精馏塔(c)依次通过管路连接，所述精馏塔(c)由下部分的精馏段(c1)和上部分的提馏段(c2)组成，所述精馏塔(c)上端连接多通道冷凝蒸发器(k)，多通道冷凝蒸发器(k)侧出口与过冷器(e2)相连接，过冷器(e2)的出口与膨胀机(et)的入口连接，膨胀机(et)的出口连接至主换热器(e1)。
24.其中，所述分子筛纯化装置包括两组交替工作的分子筛纯化器(ms1、ms2)，电加热器(eh)与两组分子筛纯化器(ms1、ms2)分别管路连接。
25.将空气中的大颗粒杂质进行过滤后，通入至空气压缩机(ac)，空气压缩机(ac)将空气增压后送入空气预冷机组(ru)。预冷后的空气进入到分子筛纯化器(ms1、ms2)，吸附空气中的水分、co2、c2h2等有害杂质。经分子筛纯化器(ms1、ms2)进一步净化后的空气进入主换热器(e1)，经返流气冷却后直接进入精馏塔(c)进行精馏。在精馏塔(c)的精馏段(c1)将氮气和氢气从空气中分离出来，然后在提馏段(c2)将氮气中的氢气分离出去。经计算，在精馏塔(c)合适的位置得到高纯液氮并抽出，经节流阀（v1）节流后进入冷凝蒸发器(k)，作为冷源与精馏塔(c)塔顶富氢气体换热并气化为高纯氮气，高纯氮气经主换热器(e1)复热后作为产品送至客户端使用。精馏塔(c)塔顶富氢气体经冷凝液化后得到的液氮重新进入精馏塔(c)上部作为回流液，不凝气排出。精馏过程中，从精馏塔(c)底部抽出液空，使其通过
过冷器(e2)过冷后，经节流阀（v2）节流，进入冷凝蒸发器(k)，也作为冷源液化氮气。气化后的富氧气体依次经过过冷器(e2)、主换热器(e1)后，进入膨胀机(et)，膨胀后的富氧气体再次进入主换热器(e1)后分两路，一路对外放空，一路进入电加热器(eh)升温后进入分子筛纯化器(ms1、ms2)，对所述分子筛纯化器(ms1、ms2)进行再生活化。
26.实施例二：
27.如图2所示，本实施例与实施例一除了精馏塔分离出高纯氮气的方式和精馏塔塔顶液氮回流的方式不同之外，其余部分均相同。精馏塔分离出高纯氮气方式和精馏塔塔顶液氮回流方式的具体方式如下：
28.在精馏塔(c)的精馏段(c1)将氮气和氢气从空气中分离出来，然后在提馏段(c2)将氮气中的氢气分离出去。经计算，在精馏塔(c)合适的位置得到高纯氮气，经节流阀（v1）和主换热器(e1)复热后作为产品送至客户端使用。精馏过程中，从精馏塔(c)底部抽出液空，使其通过过冷器(e2)过冷后，经节流阀（v2）节流，进入冷凝蒸发器(k)，作为冷源液化氮气。精馏塔(c)塔顶富氢气体经冷凝液化后得到的液氮重新进入精馏塔(c)上部作为回流液，不凝气排出。
29.以上对本实用新型所提供的制备高纯氮气的装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的结构及工作原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求保护的范围内。