[发明专利]一种带冷冻机组单塔的制氮装置及方法

权利要求书

1.一种带冷冻机组单塔的制氮装置,主要包括自洁式空气滤清器（AF），透平空气压缩机（TC），预冷机组（RU）,分子筛纯化器组（MS），高温膨胀机组（ET1），冷却器（WE），主换热器（E1），冷冻机组（YU），精馏塔（C1），冷凝蒸发器（K1），过冷器（E2），低温膨胀机（ET2），电加热器（EH）,其特征在于：所述空气滤清器（AF）通过管道与所述透平空气压缩(TC)机连接，将空气过滤后对其进行增压；所述预冷机组(RU)与透平空气压缩机(TC)连接，增压后的空气进入预冷机组预冷；所述分子筛纯化器组(MS)与预冷机组(RU)连接，吸附空气中水分，CO₂、C₂H₂有害杂质；所述高温膨胀机(ET1)的膨胀端与分子筛纯化器组(MS)连接，高温膨胀机(ET1)膨胀端与所述主换热器(E1)连接，将燃料空气送入所述主换热器(E1)，主换热器(E1)与所述冷冻机组(YU)连接，冷冻后的空气进入主换热器(E1)，空气在主换热器(E1)中分为两路，一路进入高温膨胀机(ET1)膨胀端膨胀降温后穿过主换热器(E1)到达空气压缩机(TC)入口端；另一路到达精馏塔（C1）下部进行空气分离，精馏塔(C1)顶部有一输出管道，高浓度氮气输出后分为两路，一路流经主换热器(E1)对外供应，一路到达冷凝蒸发器(K1)进行冷凝，同时精馏塔(C1)底部有一输出管路，将低温富氧液空送入冷凝蒸发器(K1)，作为氮气冷凝的冷源，冷凝蒸发器(K1)的底部有一出口管路，液氮流出后分为两路，一路经过过冷器(E2)冷却后对外供应，另一路从精馏塔(C1)上部流下；

其中所述冷凝蒸发器（K1）上端有一出口管路，冷凝蒸发器(K1)上部的污氮气从管路流出进入主换热器(E1)到达低温膨胀机(ET2)膨胀端，低温膨胀后的污氮气先后进入过冷器(E2)与主换热器(E1)后分为两路，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组(MS)。

2.一种利用权利要求1所述的带冷冻机组单塔的制氮装置制作氮气和液氮的方法，其特征在于，所述方法包括：将原料空气通过所述自洁式空气滤清器(AF)过滤后进入所述空气压缩机(TC)进行增压，增压后压力为0.89MPa，进入所述预冷机组(RU)进行预冷，预冷后温度由313K降至283K，遇冷后的空气到达所述分子筛纯化器组(MS)，将空气中的水分，CO₂、C₂H₂等有害杂质吸附，然后进入高温膨胀机(ET1)增压端进行增压，增压后压力达到1.0MPa，经冷却器冷却进入主换热器(E1)，然后进入冷冻机组(YU)降温，再进入主换热器(E1)，在出口端空气被分成两路，一路从主换热器(E1)出来后进入高温膨胀机(ET1)（进口温度146K），膨胀降温后进入主换热器(E1)进行换热，最后流入空气压缩机(TC)进口端，反复循环；另一路从主换热器(E1)出来后进入精馏塔(C1)进行空气分离，精馏塔(C1)顶部获得高浓度氮气，一部分经过所述主换热器(E1)升温后直接对外供应成品氮气，另一部分到达所述冷凝蒸发器(K1)，同时精馏塔(C1)底部富氧液空被送入冷凝蒸发器(K1)，作为氮气冷凝的冷源，产生的液氮从冷凝蒸发器(K1)下端的出口流出后分为两路，一路进入过冷器(E2)，然后对外供应成品液氮，一路进入精馏塔(C1)上部流入塔底,其中所述冷凝蒸发器(K1)上端有一出口管路，冷凝蒸发器(K1)上部的污氮气从管路流出进入主换热器(E1)到达低温膨胀机(ET2)膨胀端（进口温度113K），低温膨胀后先后进入过冷器(E2)与主换热器(E1)后分为两路，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组(MS)。