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1、(10)申请公布号 CN 103776240 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103776240 A (21)申请号 201410014031.2 (22)申请日 2014.01.13 F25J 3/04(2006.01) (71)申请人 浙江海天气体有限公司 地址 317000 浙江省台州市临海市东方大道 (72)发明人 陈崇文 (74)专利代理机构 台州蓝天知识产权代理有限 公司 33229 代理人 苑新民 (54) 发明名称 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置 (57) 摘要 本发明属于制氮技术领域， 涉及单压缩双增 压双膨胀高纯氮制取装置， 本发明在通用制氮设 备上增。
2、加两套增压透平膨胀机， 并在原增压机的 进出口管道上设置有进口阀和出口阀， 氮气和液 氮出精馏塔管道上设置有压力调节阀， 在精馏塔 顶部得到的高纯氮气经过主换热器或经过主换热 器及增压机后对外输出高纯氮气， 高纯液氮经过 液氮过冷器后对外输出液氮， 优点是 ： 本发明通 过贮液分离罐顶部的通气管道上的两个阀门控制 制冷量， 可控制液氮的生产， 采用双增压双膨胀系 统产生更多的制冷量， 将多余的气氮转换成液氮， 从而实现气氮、 液氮生产可调的目的， 并通过出塔 污氮气膨胀带动氮气增压， 能耗低， 适用于低能耗 的气氮、 液氮的生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附。
3、图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103776240 A CN 103776240 A 1/1 页 2 1. 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 包括用管道连接的精馏塔、 冷凝蒸发器、 增 压透平膨胀机、 主换热器、 液空过冷器、 氮气过冷器， 其特征在于 ： 增压机的进出口管道上设 置有进口阀和出口阀， 氮气和液氮出精馏塔管道上设置有压力调节阀， 所述的增压透平膨 胀机为同轴连接的增压机及膨胀机， 纯化空气依次通过管道送入 ET2、 ET3 膨胀机并经主换 热器换热， 一部分冷却后直接送入精。
4、馏塔底部， 另一部分从主换热器中部或底部抽出通过 ET2 膨胀机膨胀后的部分空气送入贮液分离罐， 贮液分离罐内的液空送入精馏塔底部， 贮液 分离罐内的气体送入 ET 膨胀机膨胀制冷， 在精馏塔底部得到富氧液空， 经液空过冷器及节 流后送至冷凝蒸发器顶部， 冷凝蒸发器的液氮回流至精馏塔顶部作为精馏塔的回流液， 在 冷凝蒸发器低压侧顶部得到的污氮气送入到 ET1 膨胀机膨胀制冷， 复热后的污氮气送入纯 化系统， 在精馏塔下塔顶部得到高纯氮气， 高纯氮气经过主换热器复热或经过主换热器复 热及增压机增压后对外输出不同压力的高纯氮气， 高纯液氮经过液氮过滤器后对外输出液 氮。 2. 根据权利要求 1 所。
5、述的单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 其特征在于 ： 所述对 外输出的高纯氮气可通过 ET1 膨胀机增压端的进口阀、 出口阀、 氮气出塔压力调节阀调节 对外输出氮气的压力。 3. 根据权利要求 1 所述的单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 其特征在于 ： 所述纯 化空气通过管道及管道上设置的阀门经主换热器换热后可直接送入精馏塔底部。 4. 根据权利要求 1 所述的单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 其特征在于 ： 所述的 贮液分离罐顶部连接精馏塔和主换热器的分支管路上设置的两个阀门控制制冷量， 可控制 液氮的生产。 5. 根据权利要求 14 任一项所述的单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 其。
6、特征在 于 ： 所述的贮液分离罐、 精馏塔、 冷凝蒸发器上均设置有液位计， 所述增压机、 膨胀机、 贮液 分离罐、 精馏塔及冷凝蒸发器的连通管道上均设置有压力表。 权 利 要 求 书 CN 103776240 A 2 1/3 页 3 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置 技术领域 0001 本发明属于制氮技术领域， 特指一种单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置。 背景技术 0002 随着电子产业、 冶金、 医药、 化工、 新材料行业及石化行业等各行业飞速发展， 对氮 气产品的需求量越来越大， 制取氮气的空分设备是耗能大户， 由于长期运行， 耗能量大， 如 何能有效降低能耗至关重要。 目前一般的做法是部。
7、分膨胀， 其余节流， 膨胀机输出的功增压 采用风机制动放空 ； 液空不过冷或仅与部分流体简单换热过冷， 设备调节固化不灵活， 导致 产品不足或富余排空浪费， 采用这些方法和流程组织， 空分设备的能耗高无法满足用户的 要求。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种能耗低且气氮、 液氮生产可调的单压缩双增压双膨胀高 纯氮制取装置。 0004 本发明的目的是这样实现的 ： 0005 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 包括用管道连接的精馏塔、 冷凝蒸发器、 增 压透平膨胀机、 主换热器、 液空过冷器、 氮气过冷器， 增压机的进出口管道上设置有进口阀 和出口阀， 氮气和液氮出精馏塔管道上设置有压力。
8、调节阀， 所述的增压透平膨胀机为同轴 连接的增压机及膨胀机， 纯化空气依次通过管道送入 ET2、 ET3 膨胀机并经主换热器换热， 一部分冷却后直接送入精馏塔底部， 另一部分从主换热器中部或底部抽出通过 ET2 膨胀机 膨胀后的部分空气送入贮液分离罐， 贮液分离罐内的液空送入精馏塔底部， 贮液分离罐内 的气体送入 ET2 膨胀机膨胀制冷， 在精馏塔底部得到富氧液空， 经液空过冷器及节流后送 至冷凝蒸发器顶部， 与精馏塔底部氮气换热获得液氮回流至精馏塔顶部作为精馏塔的回流 液， 在冷凝蒸发器低压侧顶部得到的污氮气送入到 ET1 膨胀机膨胀制冷， 复热后的污氮气 送入纯化系统， 在精馏塔顶部得到高。
9、纯氮气， 高纯氮气经过主换热器复热或经过主换热器 复热及增压机增压后对外输出不同压力的高纯氮气， 高纯液氮经过液氮过滤器后对外输出 液氮。 0006 上述对外输出的高纯氮气可通过第一级膨胀机增压端的进口阀、 出口阀、 氮气精 馏塔管道上的压力调节阀调节对外输出氮气的压力。 0007 上述纯化空气通过管道及管道上设置的阀门经主换热器换热后可直接送入精馏 塔底部。 0008 上述的贮液分离罐顶部连接精馏塔和主换热器的分支管路上设置的两个阀门控 制制冷量， 可控制液氮的生产。 0009 上述的控制制冷量的阀门为 ： 贮液分离罐顶部的通气管通过三通管分别与进入主 换热器及精馏塔下部的管道连通， 在三通。
10、管分别与主换热器及精馏塔下部连通的管道上均 设置有调节阀门。 说 明 书 CN 103776240 A 3 2/3 页 4 0010 上述的贮液分离罐、 精馏塔、 冷凝蒸发器上均设置有液位计， 所述增压机、 膨胀机、 贮液分离罐、 精馏塔及冷凝蒸发器的连通管道上均设置有压力表。 0011 本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是 ： 0012 1、 本发明通过 V4、 V5 两个阀门控制制冷量， 可控制液氮的生产。 0013 2、 本发明通过出塔污氮气膨胀带动增压机 A1、 A3 增压氮气， 降低了整体塔压从而 降低压缩机压力， 继而使得整体能耗下降。 0014 3、 本发明采用双增压 A2、。
11、 A3 双膨胀 ET2、 ET3 系统产生更多的制冷量， 将多余的气 氮转换成液氮， 从而实现气氮、 液氮生产可调的目的。 0015 4、 本发明不仅能满足用户制取高纯氮气、 高纯液氮的要求， 整体能耗可大幅下降， 气、 液同时生产， 经济效益可观， 调节灵活可靠， 具有经济效益最大化、 增加投资最小化的特 点， 适用于低能耗的气氮、 液氮的生产。 附图说明 0016 图 1 是本发明的结构示意图。 具体实施方式 0017 下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述， 参见图 1 ： 0018 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置， 包括用管道连接的精馏塔 C1、 冷凝蒸发器 K1、 增压透平膨。
12、胀机、 主换热器 E1、 液空过冷器 E2、 氮气过冷器 E3， 增压机 A1 的进出口管道 5、 2 上设置有进口阀 V1 和出口阀 V2， 氮气和液氮出精馏塔 K1 管道 8 上设置有压力调节阀 V3， 所述的增压透平膨胀机为同轴连接的增压机及膨胀机 （A1与ET1、 A2与ET2、 A3与ET3） ， 纯化空气的一部分通过管道 1 及 2 通至精馏塔 C1 或经增压机 A2、 A3 通至精馏塔 C1， 另一 部分纯化空气依次通过管道 1、 2 送入膨胀机 ET2、 ET3 并经主换热器 E1 换热冷却， 一部分冷 却后直接送入精馏塔 C1 底部， 膨胀机 ET2 膨胀后的部分空气送入贮液。
13、分离罐 G1， 贮液分离 罐 G1 内的液空通过管道 12 送入精馏塔 C1 底部， 贮液分离罐内的气体送入 ET3 膨胀机膨胀 制冷， 在精馏塔 C1 底部得到富氧液空， 经液空过冷器 E2 及节流后送至冷凝蒸发器 K1 顶部， 与精馏塔 C1 顶部氮气换热形成液氮回流至精馏塔 C1 顶部作为精馏塔 C1 的回流液， 在冷凝 蒸发器低压侧顶部得到的污氮气送入到 ET1 膨胀机膨胀制冷， 复热后的污氮气送入纯化系 统， 在精馏塔 C1 顶部得到高纯氮气， 高纯氮气经过管道 9 主换热器 E1 后经过管道 15 对外 输出高纯氮气， 或高纯氮气经过管道 9、 主换热器 E1、 管道 5 及增压机。
14、 A1 后经过管道 3、 15 对外输出不同压力的高纯氮气， 高纯液氮经过液氮过冷器E3后通过管道11对外输出液氮。 0019 上述对外输出的高纯氮气可通过膨胀机 ET1 增压端的进口阀 V1、 出口阀 V2、 氮气 精馏塔管道 8 上的压力调节阀 V3 调节对外输出氮气的压力， 当客户需要高压力氮气产品 时， 关闭氮气出精馏塔 C1 管道上的压力调节阀 V3， 打开增压机 A1 进出口阀门 V1、 V2， 氮气 产品经过增压端增压后通过管道 3、 15 送入供气管网 ； 当客户需要低压力氮气产品时， 打开 氮气出精馏塔 C1 管道上的压力调节阀 V3， 关闭增压机进出口阀门 V1、 V2， 。
15、产品氮气直接通 过管道 8、 15 送入供气管网。 0020 上述纯化空气通过管道及管道上设置的阀门经主换热器换热后可直接送入精馏 塔底部 ； 当膨胀机故障时， 关闭 V10、 V11、 V5 阀门， 打开 V12 阀门， 纯化空气经主换热器换热 说 明 书 CN 103776240 A 4 3/3 页 5 后送入精馏塔 C1 底部。 0021 上述的贮液分离罐 G1 顶部连通精馏塔 C1 和主换热器 E1 的分支管路上设置的两 个阀门 V4、 V5 控制制冷量， 可控制液氮的生产。 0022 上述的控制制冷量的阀门为 ： 贮液分离罐 G1 顶部的通气管通过三通管 16、 14、 13 分别与。
16、进入主换热器 E1 及精馏塔 C1 下部的管道连通， 在三通管 16、 14、 13 分别与主换热器 E1 及精馏塔 C1 下部连通的管道上均设置有调节阀门 V4、 V5 ； 并通过 V5、 V6 两个阀门控制 制冷量， 控制液氮的生产。 0023 上述的贮液分离罐 G1、 精馏塔 C1、 冷凝蒸发器 K1 上均设置有液位计， 所述增压机 A1、 A2、 A3、 膨胀机 ET1、 ET2、 ET3、 贮液分离罐 G1、 精馏塔 C1 及冷凝蒸发器 K1 的连通管道上 均设置有压力表。 0024 本装置通过管道 10、 7、 4 及 16、 14、 6、 4 对出精馏塔 C1 的污氮气膨胀增压氮气， 降 低了精馏塔 C1 的整体塔压从而降低压缩机压力， 继而使得整体能耗下降， 并采用了双增压 双膨胀系统产生更多的制冷量， 将多余的气氮转换成液氮。 0025 上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非依此限制本发明的保护范围， 故 ： 凡依 本发明的结构、 形状、 原理所做的等效变化， 均应涵盖于本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103776240 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103776240 A 6 。