利用污氮气提取高纯氮的装置的制作方法

1.本实用新型涉及气体提纯利用技术领域，具体涉及一种利用污氮气提取高纯氮的装置。


背景技术：

2.空分装置运行时，分离出氧气、氮气后，还产生大量的污氮气，这些污氮气往往只能排放到大气或送到水冷塔，不能产生经济效益。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提高一种充分利用污氮气，提高经济效益的利用污氮气提取高纯氮的装置。
4.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
5.一种利用污氮气提取高纯氮的装置，包括精馏下塔、精馏上塔、下塔冷凝器、上塔冷凝器、膨胀机和换热器组；所述精馏下塔具有污氮气入口、高纯氮气出口、回流液入口、污液氮出口；所述精馏上塔具有污氮气入口、纯氮气出口、回流液入口、废液出口；所述下塔冷凝器具有冷凝侧高纯氮气入口、冷凝侧液氮出口、蒸发侧污液氮入口、蒸发侧污氮气出口、废液空出口；所述上塔冷凝器具有冷凝侧氮气入口、冷凝侧液氮出口、蒸发侧废液入口、蒸发侧废气出口；
6.污氮气气源经所述换热器组与所述精馏下塔的污氮气入口相连接，所述精馏下塔的高纯氮气出口分为两条高纯氮气支路，第一条所述高纯氮气支路经所述换热器组连接至需要高纯氮气产品之处，第二条所述高纯氮气支路与所述下塔冷凝器的冷凝侧高纯氮气入口相连接，所述下塔冷凝器的冷凝侧液氮出口与所述精馏下塔的回流液入口相连接，所述精馏下塔的污液氮出口与所述下塔冷凝器的蒸发侧污液氮入口相连接，所述下塔冷凝器的蒸发侧污氮气出口与所述精馏上塔的污氮气入口相连接，所述精馏上塔的纯氮气出口与所述上塔冷凝器的冷凝侧氮气入口相连接，所述上塔冷凝器的冷凝侧液氮出口分为两条液氮支路，第一条所述液氮支路与所述精馏下塔的回流液入口相连接，第二条所述液氮支路与所述精馏上塔的回流液入口相连接，所述下塔冷凝器的废液空出口、所述精馏上塔的废液出口均经所述换热器组与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述换热器组与所述膨胀机的入口相连接，所述膨胀机的出口经所述换热器组连接至排气位置。
7.所述换热器组包括主换热器和过冷器，所述污氮气气源经所述主换热器与所述下塔的污氮气入口相连接，第一条所述高纯氮气支路经所述主换热器连接至需要高纯氮气产品之处，所述下塔冷凝器的废液空出口、所述精馏上塔的废液出口均经所述过冷器与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述过冷器、所述主换热器与所述膨胀机的入口相连接。
8.所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述主换热器后分支出一条废气支路，所述
废气支路在所述主换热器中与所述膨胀机的出口连接至所述排气位置的管路汇合。
9.所述精馏下塔的污液氮出口经第一节流阀与所述下塔冷凝器的蒸发侧污液氮入口相连接。
10.所述下塔冷凝器的废液空出口经所述换热器组后再经第二节流阀与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述精馏上塔的废液出口均经所述换热器组后再经第三节流阀与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接。
11.第二条所述液氮支路经液氮泵与所述精馏上塔的回流液入口相连接。
12.所述精馏下塔、所述精馏上塔、所述下塔冷凝器、所述上塔冷凝器、所述膨胀机和所述换热器组均设置于冷箱中。
13.所述污氮气气源经压缩冷却装置后再经所述换热器组与所述精馏下塔的污氮气入口相连接。
14.所述污氮气气源为空分装置。
15.由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型利用污氮气提取高纯氮产品，从而产生经济效益，避免污氮气被浪费。
附图说明
16.附图1为本实用新型的利用污氮气提取高纯氮的装置的示意图。
实施方式
17.下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。
18.实施例一：如附图1所示，一种利用污氮气提取高纯氮的装置，用于对污氮气气源提供的污氮气进行提纯以得到高纯氮产品，其中污氮气气源为空分装置。该利用污氮气提取高纯氮的装置包括精馏下塔c1、精馏上塔c2、下塔冷凝器k1、上塔冷凝器k2、膨胀机et1和换热器组，它们均设置于冷箱中。精馏下塔c1具有位于其中下部的污氮气入口、位于其顶部的高纯氮气出口、位于其中上部的回流液入口、位于其底部的污液氮出口。精馏上塔c2具有位于其中下部的污氮气入口、位于其顶部的纯氮气出口、位于其中上部的回流液入口、位于其底部的废液出口。下塔冷凝器k1具有位于其顶部的冷凝侧高纯氮气入口、位于其底部的冷凝侧液氮出口、位于其中下部的蒸发侧污液氮入口、位于其底部的蒸发侧污氮气出口、位于其底部的废液空出口。上塔冷凝器k2具有位于其顶部的冷凝侧氮气入口、位于其底部的冷凝侧液氮出口、位于其底部的蒸发侧废液入口、位于其顶部的蒸发侧废气出口。
19.污氮气气源先经压缩冷却装置后，再经换热器组与精馏下塔c1的污氮气入口相连接，精馏下塔c1的高纯氮气出口分为两条高纯氮气支路，第一条高纯氮气支路经换热器组连接至需要高纯氮气产品之处，第二条高纯氮气支路与下塔冷凝器k1的冷凝侧高纯氮气入口相连接，下塔冷凝器k1的冷凝侧液氮出口与精馏下塔c1的回流液入口相连接，精馏下塔c1的污液氮出口与下塔冷凝器k1的蒸发侧污液氮入口相连接，下塔冷凝器k1的蒸发侧污氮气出口与精馏上塔c2的污氮气入口相连接，精馏上塔c2的纯氮气出口与上塔冷凝器k2的冷凝侧氮气入口相连接，上塔冷凝器k2的冷凝侧液氮出口分为两条液氮支路，第一条液氮支路与精馏下塔c1的回流液入口相连接，第二条液氮支路经液氮泵与精馏上塔c2的回流液入口相连接，下塔冷凝器k1的废液空出口、精馏上塔c2的废液出口均经换热器组与上塔冷凝
器k2的蒸发侧废液入口相连接，上塔冷凝器k2的蒸发侧废气出口经换热器组与膨胀机et1的入口相连接，膨胀机et1的出口经换热器组连接至排气位置。
20.上述方案中，换热器组包括主换热器e1和过冷器e2，污氮气气源经主换热器e1与下塔的污氮气入口相连接，第一条高纯氮气支路经主换热器e1连接至需要高纯氮气产品之处，下塔冷凝器k1的废液空出口、精馏上塔c2的废液出口均经过冷器e2与上塔冷凝器k2的蒸发侧废液入口相连接，上塔冷凝器k2的蒸发侧废气出口经过冷器e2、主换热器e1与膨胀机et1的入口相连接。上塔冷凝器k2的蒸发侧废气出口经主换热器e1后分支出一条废气支路，废气支路在主换热器e1中与膨胀机et1的出口连接至排气位置的管路汇合。
21.精馏下塔c1的污液氮出口经第一节流阀lv1与下塔冷凝器k1的蒸发侧污液氮入口相连接。下塔冷凝器k1的废液空出口经换热器组后再经第二节流阀lv2与上塔冷凝器k2的蒸发侧废液入口相连接，精馏上塔c2的废液出口均经换热器组后再经第三节流阀lv3与上塔冷凝器k2的蒸发侧废液入口相连接。
22.基于上述污氮气提取高纯氮的装置所实现的污氮气提取高纯氮的方法为：空分装置送出的污氮气，经压缩冷却装置（压缩机）进行压缩冷却后，送入主换热器e1中与返流的废气、高纯氮气产品进行热交换，污氮气被冷却到饱和温度左右，进入精馏下塔c1底部。从精馏下塔c1底部进入的饱和污氮气，与从精馏下塔c1的顶部流下的回流液在塔内进行多次热量与质量交换，在精馏下塔c1的顶部得到高纯氮气，抽出一部分高纯氮气经主换热器e1复热后作为高纯氮气产品送出，另一部分高纯氮气则进入下塔冷凝器k1中冷凝，冷凝后的液氮与上塔冷凝器k2来的液氮汇合进入精馏下塔c1顶部作为回流液参与精馏，在精馏下塔c1底部得到污液氮。精馏下塔c1底部抽出的污液氮经第一节流阀lv1进入下塔冷凝器k1，蒸发后形成的污氮气进入精馏上塔c2底部作为上升蒸汽参与精馏，在精馏上塔c2顶部得到纯氮气。纯氮气出精馏上塔c2进入上塔冷凝器k2后冷凝成为液氮，该液氮分为两股，一股液氮回到精馏上塔c2作为回流液参与精馏，另一股经液氮泵加压后送到精馏下塔c1顶部作为回流液参与精馏，在精馏上塔c2底部得到废液。下塔冷凝器k1中未蒸发的废液空经过冷器e2、第二节流阀lv2后进入上塔冷凝器k2的蒸发侧。精馏上塔c2底部得到的废经过冷器e2、第三节流阀lv3进入上塔冷凝器k2的蒸发侧。两股废液蒸发后形成的废气经过冷器e2和主换热器e1冷端加热到一定温度，送入膨胀机et1进行膨胀制冷，膨胀后再经主换热器e1复热到常温后排出冷箱。
23.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述利用污氮气提取高纯氮的装置包括精馏下塔、精馏上塔、下塔冷凝器、上塔冷凝器、膨胀机和换热器组；所述精馏下塔具有污氮气入口、高纯氮气出口、回流液入口、污液氮出口；所述精馏上塔具有污氮气入口、纯氮气出口、回流液入口、废液出口；所述下塔冷凝器具有冷凝侧高纯氮气入口、冷凝侧液氮出口、蒸发侧污液氮入口、蒸发侧污氮气出口、废液空出口；所述上塔冷凝器具有冷凝侧氮气入口、冷凝侧液氮出口、蒸发侧废液入口、蒸发侧废气出口；污氮气气源经所述换热器组与所述精馏下塔的污氮气入口相连接，所述精馏下塔的高纯氮气出口分为两条高纯氮气支路，第一条所述高纯氮气支路经所述换热器组连接至需要高纯氮气产品之处，第二条所述高纯氮气支路与所述下塔冷凝器的冷凝侧高纯氮气入口相连接，所述下塔冷凝器的冷凝侧液氮出口与所述精馏下塔的回流液入口相连接，所述精馏下塔的污液氮出口与所述下塔冷凝器的蒸发侧污液氮入口相连接，所述下塔冷凝器的蒸发侧污氮气出口与所述精馏上塔的污氮气入口相连接，所述精馏上塔的纯氮气出口与所述上塔冷凝器的冷凝侧氮气入口相连接，所述上塔冷凝器的冷凝侧液氮出口分为两条液氮支路，第一条所述液氮支路与所述精馏下塔的回流液入口相连接，第二条所述液氮支路与所述精馏上塔的回流液入口相连接，所述下塔冷凝器的废液空出口、所述精馏上塔的废液出口均经所述换热器组与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述换热器组与所述膨胀机的入口相连接，所述膨胀机的出口经所述换热器组连接至排气位置。2.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述换热器组包括主换热器和过冷器，所述污氮气气源经所述主换热器与所述下塔的污氮气入口相连接，第一条所述高纯氮气支路经所述主换热器连接至需要高纯氮气产品之处，所述下塔冷凝器的废液空出口、所述精馏上塔的废液出口均经所述过冷器与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述过冷器、所述主换热器与所述膨胀机的入口相连接。3.根据权利要求2所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述上塔冷凝器的蒸发侧废气出口经所述主换热器后分支出一条废气支路，所述废气支路在所述主换热器中与所述膨胀机的出口连接至所述排气位置的管路汇合。4.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述精馏下塔的污液氮出口经第一节流阀与所述下塔冷凝器的蒸发侧污液氮入口相连接。5.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述下塔冷凝器的废液空出口经所述换热器组后再经第二节流阀与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接，所述精馏上塔的废液出口均经所述换热器组后再经第三节流阀与所述上塔冷凝器的蒸发侧废液入口相连接。6.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：第二条所述液氮支路经液氮泵与所述精馏上塔的回流液入口相连接。7.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述精馏下塔、所述精馏上塔、所述下塔冷凝器、所述上塔冷凝器、所述膨胀机和所述换热器组均设置于冷箱中。8.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述污氮气气源
经压缩冷却装置后再经所述换热器组与所述精馏下塔的污氮气入口相连接。9.根据权利要求1所述的利用污氮气提取高纯氮的装置，其特征在于：所述污氮气气源为空分装置。

技术总结
本实用新型涉及一种利用污氮气提取高纯氮的装置，包括精馏下塔、精馏上塔、下塔冷凝器、上塔冷凝器、膨胀机和换热器组；气源与下塔连接，下塔的高纯氮气出口分两条支路分别连接至需要高纯氮气产品之处和下塔冷凝器的冷凝侧，下塔冷凝器的冷凝侧与下塔的回流液入口连接，下塔的污液氮出口与下塔冷凝器的蒸发侧连接，下塔冷凝器的蒸发侧与上塔的污氮气入口连接，上塔的纯氮气出口与上塔冷凝器的冷凝侧连接，上塔冷凝器的冷凝侧分两条支路分别与下塔、上塔的回流液入口连接，下塔冷凝器的废液空出口、上塔的废液出口均与上塔冷凝器的蒸发侧连接，上塔冷凝器的蒸发侧与膨胀机的入口连接。本实用新型能够利用污氮气产生经济效益。本实用新型能够利用污氮气产生经济效益。本实用新型能够利用污氮气产生经济效益。


技术研发人员：肖龙昆 王凯 孙宁
受保护的技术使用者：兴鲁空分（无锡）科技有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/8/26