[实用新型]一种高纯氮气提纯装置

说明书

本实用新型一种高纯氮气提纯装置，所述装置现有技术包括一台净化塔，二台吸附塔，原料氮气进气管接入净化塔，净化塔通过管道与二台并联的吸附塔连接，二台吸附塔一用一备，经纯化后的氮气输出管道与隔膜式压缩机连接之后接汇流排进行充瓶；本实用新型方案一在现有技术基础上增加一台净化塔，形成二台净化塔并联连接，一用一备的运行方式，还包括增加一台冷却器，冷却器设置在吸附塔的进气管路中；方案二包括增加二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联，形成二组并联连接的吸附塔，二组吸附塔一用一备，还包括在第二组吸附塔的进气管路中增设一台冷却器；本实用新型装置能确保高纯氮气生产安全、稳定、长周期运行，显著提高经济效益。

技术领域

本实用新型属于低温空气分离与液化领域，尤其涉及高纯度气体提纯工艺与装置。

背景技术

高纯度氮气提纯装置是以纯氮气为原料气，经纯化设备深度净化、吸附后，经检验生产出符合国标GB/T8979-2008的高纯氮气产品，之后通过隔膜式压缩机压缩、升压，再经汇流排进行充瓶。在后面的陈述中，高纯度氮气简称“高纯氮气”。

高纯氮气提纯装置中纯化设备是清除原料纯氮气中杂质组份的关键设备。现有技术纯化设备是由净化塔、吸附塔组成；纯化设备的工作原理是首先由净化塔中净化剂脱除纯氮中氧、甲烷、氢气、碳氢化合物，再由吸附塔中分子筛吸附纯氮中水、二氧化碳、乙炔，最后对纯化后的氮气进行检验，对纯度达到国标要求的高纯氮气进行后续充装工序。

纯化设备净化塔中的净化剂无法通过再生方式循环使用，只能定期更换；纯化设备吸附塔中的13X分子筛吸附剂因其物理特性可以通过加热再生方式循环使用。因此，纯化设备工艺流程的科学优化设计尤为重要。

目前，高纯氮气提纯装置通用型工艺流程的示意图见附图1，包括一台净化塔、二台吸附塔(一台使用、一台再生)，实现对纯氮气深度净化、吸附功能。纯化设备工艺流程设计一台净化塔，因净化塔中净化剂的物理特性，无法通过再生方法循环使用，必须定期更换，导致高纯氮气提纯装置运行周期较短；同时，在净化塔发生故障时，提纯装置必须停机检修；上述二种因素导致的装置停运必然影响高纯氮气生产经济性。

此外，原料纯氮气在净化塔脱除氧、甲烷、氢气、碳氢化合物的过程中吸收热量，温度升高；之后，经过净化塔净化的原料气进入吸附塔，吸附塔中的 13X分子筛吸附剂在吸附原料气中水、二氧化碳、乙炔的同时，分子筛吸附剂也吸收了热量，导致分子筛吸附剂温度升高，吸附容量降低、吸附效果下降，吸附塔工作周期变短，吸附塔必须进行切换运行，此时，13X分子筛吸附剂必须使用自产的高纯氮气作为再生气源进行加温再生，致使整个高纯氮气提纯装置运行成本增加。

实用新型内容

本实用新型一种高纯氮气提纯工艺技术方案一(见图2)为：在现有技术基础上增加一台净化塔，将二台净化塔并联设置，形成一用一备的运行方式；再增加一台冷却器E1，冷却器E1设置在所述净化塔和吸附塔之间；本实用新型工艺方法包括：原料氮气进入二台并联的净化塔净化后，经过冷却器E1冷却后，进入二台并联连接的吸附塔，经过吸附塔纯化后，经检验合格得到高纯氮气产品；二台净化塔和二台吸附塔均为一用一备，维持高纯氮气提纯系统不间断工作。

针对纯化设备设计一台的净化塔中净化剂无法通过再生方法循环使用的物理特性，为纯化设备增设一台相同型号的净化塔，二台净化塔设计为并联连接，形成1用1备的运行方式，有效保证高纯氮气提纯装置长周期运行。

针对纯化设备设计的吸附塔工作温度高现象，在净化塔之后的吸附塔进气管道中增设1台气体冷却器，气体冷却器使用冷却水与吸附塔进气管路中纯氮气换热，降低吸附塔工作温度。因分子筛吸附剂吸附温度越低，物理吸附效率越高，分子筛吸附剂吸附温度降低10℃，吸附容量提高不小于13％，所以降低分子筛吸附剂吸附温度，可以有效提高分子筛吸附剂吸附效果。当吸附塔中的 13X分子筛吸附剂工作温度高时，为保证吸附效果，吸附塔工作周期缩短，此时吸附塔必须进行切换运行，使分子筛吸附剂加热再生从而恢复吸附功效。由此导致提纯装置运行成本增加。