一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)氣較快，且運(yùn)行成本較低，能夠隨時(shí)隨地制備液氮。本發(fā)明提供的一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，包括：膜分離設(shè)備及氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備，所述膜分離設(shè)備與氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備通過氣體管路連接；膜分離設(shè)備包括壓縮裝置、過濾裝置、中空纖維膜組及產(chǎn)氣輸出裝置，所述壓縮裝置、過濾裝置、中空纖維膜組及產(chǎn)氣裝置依次連接；所述氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備包括冷源循環(huán)回路及加壓液化回路。
【專利說明】一種氮?dú)夥重枰夯到y(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體制備領(lǐng)域，特別涉及一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]為了提高產(chǎn)量，在石油、天然氣、煤層氣、頁巖氣等開采技術(shù)中液氮的使用越來越頻繁，隨著液氮用量的增加及油井的分散性，液氮的使用成本也開始大幅增加。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中液氮的制備方法主要是先液化再分離的方法其代表性工藝就是深冷空分，這是一種傳統(tǒng)的液氮制備方法，以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液態(tài)空氣。液態(tài)空氣主要是液氧和液氮的混合物，然后利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在I個(gè)大氣壓下，液氧的沸點(diǎn)為-183°c，液氮的沸點(diǎn)為-196°c)，通過液態(tài)空氣的精餾，使它們分離來獲得液氮。深冷空分設(shè)備由于其需要對(duì)液體空氣進(jìn)行加熱且對(duì)溫度控制要求較高，所以其設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用較高，不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)制備液氮，設(shè)備一次性投資較大，運(yùn)行成本較高，安裝要求高，且產(chǎn)氣慢周期較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)氣較快，且運(yùn)行成本較低，不受工作地點(diǎn)及環(huán)境限制能夠隨時(shí)隨地制備液氮。
[0005]本發(fā)明實(shí) 施例提供的一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，包括:膜分離設(shè)備及氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備，所述膜分離設(shè)備與氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備通過氣體管路連接；
[0006]所述氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備包括冷源循環(huán)回路及加壓液化回路；
[0007]所述冷源循環(huán)回路包括至少兩個(gè)壓縮機(jī)、至少兩個(gè)一級(jí)換熱器、膨脹機(jī)及兩個(gè)二級(jí)換熱器，所述兩個(gè)二級(jí)換熱器串聯(lián)連接，所述至少兩個(gè)壓縮機(jī)與所述至少兩個(gè)一級(jí)換熱器順序交叉串聯(lián)連接構(gòu)成壓縮換熱機(jī)組，所述壓縮換熱機(jī)組出口經(jīng)過一個(gè)二級(jí)換熱器連接至膨脹機(jī)入口，所述膨脹機(jī)出口經(jīng)過所述兩個(gè)二級(jí)換熱器連接至壓縮換熱機(jī)組入口 ；
[0008]所述加壓液化回路包括至少一個(gè)壓縮機(jī)及與之連接的一級(jí)換熱器，所述一級(jí)換熱器經(jīng)過所述冷源循環(huán)回路的兩個(gè)二級(jí)換熱器連接至液氮存儲(chǔ)罐。
[0009]其中，所述壓縮裝置包括:壓縮機(jī)及散熱器。
[0010]其中，所述過濾裝置包括:依次連接的緩沖罐、低精度過濾器、碳床過濾器、高精度過濾器。
[0011]其中，所述產(chǎn)氣裝置包括:依次連接的流量計(jì)、純度調(diào)節(jié)閥及單向閥。
[0012]其中，所述過濾裝置進(jìn)一步包括:加熱器，所述加熱器與所述高精度過濾器連接。
[0013]其中，所述產(chǎn)氣裝置進(jìn)一步包括:氧電池，連接所述單向閥，用于檢定氮?dú)饧兌取?br> [0014]其中，所述至少一個(gè)膨脹機(jī)為兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，所述膨脹機(jī)串聯(lián)連接。
[0015]其中，其特征在于，所述冷源循環(huán)回路中二級(jí)換熱器與所述至少一個(gè)膨脹機(jī)之間設(shè)置有節(jié)流閥。
[0016]其中，其特征在于，所述加壓液化回路中二級(jí)換熱器與所述液氮存儲(chǔ)罐之間設(shè)置有節(jié)流閥。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，利用中空纖維膜組分離氮?dú)?，無需對(duì)空氣進(jìn)行加熱升溫來分離，并采用膨脹循環(huán)制冷工藝來提供冷源液化氮?dú)?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)氣較快，且體積小運(yùn)行成本較低，能夠不受工作地點(diǎn)及環(huán)境限制隨時(shí)隨地制備液氮。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的氮?dú)庖夯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的膜分離設(shè)備具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的膨脹液化設(shè)備具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施方式進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0023]圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括:膜分離設(shè)備100及氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備200，膜分離設(shè)備100與氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備200通過氣體管路連接。
[0024]其中，膜分離設(shè)備100包括壓縮裝置101、過濾裝置102、中空纖維膜組103及產(chǎn)氣輸出裝置104，該壓縮裝置101、過濾裝置102、中空纖維膜組103及產(chǎn)氣輸出裝置104依次連接。
[0025]圖2所示為氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備的具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備200包括冷源循環(huán)回路及加壓液化回路，該冷源循環(huán)回路包括至少兩個(gè)壓縮機(jī)(圖中示出兩個(gè)BI和B2)、至少兩個(gè)一級(jí)換熱器(圖中示出兩個(gè)Wl和W2)、至少一個(gè)膨脹機(jī)(圖中示出兩個(gè)ETl和ET2)及兩個(gè)二級(jí)換熱器El和E2，壓縮機(jī)B1、B2與一級(jí)換熱器W1、W2順序交叉串聯(lián)連接構(gòu)成壓縮換熱機(jī)組，即壓縮機(jī)BI與一級(jí)換熱器Wl連接后連接至壓縮機(jī)B2入口，壓縮機(jī)B2出口與一級(jí)換熱器W2入口連接，一級(jí)換熱器W2出口經(jīng)二級(jí)換熱器El連接至膨脹機(jī)ETl，膨脹機(jī)ETl與膨脹機(jī)ET2串聯(lián)連接并經(jīng)過二級(jí)換熱器E2與El連接至壓縮機(jī)BI入口 ；加壓液化回路包括至少一個(gè)壓縮機(jī)及與之連接的一級(jí)換熱器(圖中示出一個(gè)壓縮機(jī)B3及與B3連接的一級(jí)換熱器W3)，一級(jí)換熱器W3經(jīng)二級(jí)換熱器El與E2連接至液氮存儲(chǔ)罐。
[0026]空氣經(jīng)膜分離設(shè)備進(jìn)行壓縮、過濾、分離后輸出純凈的氮?dú)?，該氮?dú)夥謨刹糠诌M(jìn)入氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備，一部分進(jìn)入冷源循環(huán)回路，為膨脹循環(huán)提供冷量，一部分進(jìn)入加壓液化回路，與冷源氮?dú)鈸Q熱并液化，輸出至液氮存儲(chǔ)罐。
[0027]本發(fā)明一實(shí)施例中，壓縮裝置包括壓縮機(jī)及散熱器，過濾裝置包括依次連接的緩沖罐、低精度過濾器、碳床過濾器、高精度過濾器，產(chǎn)氣輸出裝置包括依次連接的流量計(jì)、純度調(diào)節(jié)閥及單向閥。
[0028]本發(fā)明一實(shí)施例中，在壓縮機(jī)之前連接有過濾器，在空氣進(jìn)入壓縮裝置進(jìn)行壓縮之前對(duì)空氣進(jìn)行初步過濾；在過濾裝置與中空纖維膜組之間設(shè)置加熱器，對(duì)經(jīng)過濾的氮?dú)饧訙刂梁线m溫度后進(jìn)入中空纖維膜組，提高膜分離效率；在產(chǎn)氣輸出裝置單向閥后連接氧氣池，用于檢測(cè)氮?dú)饧兌?，?jīng)單向閥流過的氮?dú)饨?jīng)氧氣池檢定氮?dú)膺_(dá)到相應(yīng)純度后，進(jìn)入氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備。[0029]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的膜分離設(shè)備具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，空氣先經(jīng)過濾器I粗濾，然后進(jìn)入壓縮機(jī)2，空氣被壓縮至一定壓力后，進(jìn)入后置散熱器3冷卻，進(jìn)而進(jìn)入過濾裝置，經(jīng)散熱器3冷卻后的壓縮空氣依次進(jìn)過緩沖罐4、低精度過濾器5、碳床過濾器6和高精度過濾器7濾去空氣中的水、油等雜質(zhì)，并將過濾后純凈的空氣經(jīng)加熱器8加熱到適合的溫度后進(jìn)入中空纖維膜組103，利用空氣成分在中空纖維膜中的滲透速率不同將氮?dú)夥蛛x出來，空氣中的富氧被分離、排放，分離得到的氮?dú)庠俳?jīng)過流量計(jì)10、純度調(diào)節(jié)閥11、單向閥12，并經(jīng)氧氣池13檢定氮?dú)膺_(dá)到相應(yīng)純度后，進(jìn)入氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備。
[0030]經(jīng)膜分離設(shè)備分離出的氮?dú)夥謨刹糠诌M(jìn)入氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備，一部分做冷源，為膨脹循環(huán)提供冷量；另一部分則加壓，與冷源氮?dú)鈸Q熱、液化，未液化的氮?dú)夥盗髋c原料氮?dú)鈪R合，循環(huán)。
[0031]圖4所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的膨脹液化設(shè)備具體連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，在二級(jí)換熱器El與膨脹機(jī)ETl之間及二級(jí)換熱器E2與液氮存儲(chǔ)罐之間分別設(shè)置有節(jié)流閥Vl和V2，用于控制液氮流速。其中，一部分氮?dú)饨?jīng)過兩個(gè)壓縮機(jī)BI和B2壓縮并分別經(jīng)過兩個(gè)一級(jí)換熱器Wl和W2冷卻后進(jìn)入二級(jí)換熱器El冷卻，冷卻后的氮?dú)饨?jīng)過兩個(gè)膨脹機(jī)ETl和ET2進(jìn)一步膨脹降溫，從膨脹機(jī)ET2出來的低壓低溫氮?dú)鉃閮蓚€(gè)二級(jí)換熱器El和E2提供冷量后返回壓縮機(jī)BI進(jìn)行循環(huán)。
[0032]另一部分純凈氮?dú)膺M(jìn)入壓縮機(jī)B3，被壓縮到一定壓力后，如2.4MPa左右，進(jìn)入一級(jí)換熱器W3，冷卻 后的氮?dú)饨?jīng)過二級(jí)換熱器El和E2進(jìn)一步降溫冷卻液化，而后進(jìn)入液氮存儲(chǔ)罐，未液化氮?dú)庖来谓?jīng)過兩個(gè)二級(jí)換熱器回收冷量，與膜分離設(shè)備分離出的氮?dú)鈪R合進(jìn)入一級(jí)換熱器W3循環(huán)。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，利用中空纖維膜組分離氮?dú)?，無需對(duì)空氣進(jìn)行加熱升溫來分離，并采用膨脹循環(huán)制冷工藝來提供冷源液化氮?dú)?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)氣較快，且體積小運(yùn)行成本較低，能夠不受工作地點(diǎn)及環(huán)境限制隨時(shí)隨地制備液氮。
[0034]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氮?dú)夥蛛x液化系統(tǒng)，其特征在于，包括:膜分離設(shè)備及氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備，所述膜分離設(shè)備與氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備通過氣體管路連接； 膜分離設(shè)備包括壓縮裝置、過濾裝置、中空纖維膜組及產(chǎn)氣輸出裝置，所述壓縮裝置、過濾裝置、中空纖維膜組及產(chǎn)氣裝置依次連接； 所述氮?dú)馀蛎浺夯O(shè)備包括冷源循環(huán)回路及加壓液化回路； 所述冷源循環(huán)回路包括至少兩個(gè)壓縮機(jī)、至少兩個(gè)一級(jí)換熱器、膨脹機(jī)及兩個(gè)二級(jí)換熱器，所述兩個(gè)二級(jí)換熱器串聯(lián)連接，所述至少兩個(gè)壓縮機(jī)與所述至少兩個(gè)一級(jí)換熱器順序交叉串聯(lián)連接構(gòu)成壓縮換熱機(jī)組，所述壓縮換熱機(jī)組出口經(jīng)過一個(gè)二級(jí)換熱器連接至膨脹機(jī)入口，所述膨脹機(jī)出口經(jīng)過所述兩個(gè)二級(jí)換熱器連接至壓縮換熱機(jī)組入口； 所述加壓液化回路包括至少一個(gè)壓縮機(jī)及與之連接的一級(jí)換熱器，所述一級(jí)換熱器經(jīng)過所述冷源循環(huán)回路的兩個(gè)二級(jí)換熱器連接至液氮存儲(chǔ)罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮裝置包括:壓縮機(jī)及散熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾裝置包括:依次連接的緩沖罐、低精度過濾器、碳床過濾器、高精度過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述產(chǎn)氣裝置包括:依次連接的流量計(jì)、純度調(diào)節(jié)閥及單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾裝置進(jìn)一步包括:加熱器，所述加熱器與所述高精度過濾器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述產(chǎn)氣裝置進(jìn)一步包括:氧電池，連接所述單向閥，用于檢定氮?dú)饧兌取?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹機(jī)個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，所述膨脹機(jī)串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷源循環(huán)回路中二級(jí)換熱器與所述至少一個(gè)膨脹機(jī)之間設(shè)置有節(jié)流閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加壓液化回路中二級(jí)換熱器與所述液氮存儲(chǔ)罐之間設(shè)置有節(jié)流閥。
【文檔編號(hào)】C01B21/04GK103787286SQ201410074341
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】張忠家, 趙宇坤 申請(qǐng)人:天津凱德實(shí)業(yè)有限公司