CN103910342B - 一种氮气纯化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氮气纯化装置。混合器有氢气入口和普氮入口，混合器的出口与换热器的A进口密封相通，与换热器的A进口相通的换热器的B出口与催化脱氧器的进口密封相通，催化脱氧器的出口与吸附脱氧器的进口密封相通，吸附脱氧器的出口与换热器的C进口密封相通，与换热器的C进口相通的换热器的D出口与冷却器的C进口密封相通，与冷却器的C进口相通的冷却器的D出口与汽水分离器的进口密封相通，汽水分离器的出气口与三塔变温吸附干燥装置的进口密封相通，三塔变温吸附干燥装置有高纯氮气出口；所述的冷却器有A进水口和与冷却器的A进口相通的B出水口，冷却器的A进口和B出口分别接循环冷却水的进、出口；所述的汽水分离器有排水口。

Description

一种氮气纯化装置
技术领域
本发明涉及一种纯化装置，特别适合氮气纯化。
背景技术
目前，我们常用的传统氮气纯化装置一般需要具有脱氧和脱水功能。而常用的氮气脱氧方式有加氢脱氧、吸附脱氧、反应脱氧三种，但三种方式都有一定的局限性，分别如下：
1、加氢脱氧：采用氢氧反应生成水的原理，若氧气脱除比较完全，则产品氮气中至少含有0.1％以上的氢气；
2、吸附脱氧：采用金属与氧反应，生成金属氧化物的原理，一般适用于原料氮气中含氧量≤0.1％的情况，原料气中氧含量更高时，脱氧剂装量会增加很多，且脱氧剂需要再生，会有再生气放空；
3、反应脱氧：使用碳载型催化剂，采用碳与氧反应生成二氧化碳的原理，产品氮气中会增加二氧化碳组分，且运行过程中要定期清理碳载型催化剂与氧反应后生成的灰尘，定期补充碳载型催化剂，增加了使用成本。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种氮气纯化装置，它能够保证脱氧***的长期稳定运行，并能够得到高纯度的氮气。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：混合器有氢气入口和普氮入口，混合器的出口与换热器的A进口密封相通，与换热器的A进口相通的换热器的B出口与催化脱氧器的进口密封相通，催化脱氧器的出口与吸附脱氧器的进口密封相通，吸附脱氧器的出口与换热器的C进口密封相通，与换热器的C进口相通的换热器的D出口与冷却器的C进口密封相通，与冷却器的C进口相通的冷却器的D出口与汽水分离器的进口密封相通，汽水分离器的出气口与三塔变温吸附干燥装置的进口密封相通，三塔变温吸附干燥装置有高纯氮气出口；所述的冷却器有A进水口和与冷却器的A进口相通的B出水口，冷却器的A进口和B出口分别接循环冷却水的进、出口；所述的汽水分离器有排水口。
本发明具有下列优点：1、采用加氢脱氧与吸附脱氧相结合的方式，保证产品氮气中氢气含量≤1ppm，氧气含量≤1ppm；2、运行条件温和，运行温度不超过200℃，而一般的吸附脱氧运行温度在350℃左右，使得生产过程中的能耗和成本大大提高；3、干燥剂再生气采用内循环方式，无再生气体放空，避免了浪费；4、通过分析脱氧***中气体的氢、氧含量来调节气动调节阀1的开度，进而调节氢气的进气量，整个过程自动化程度高，大大降低了工作强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明示意图。
具体实施方式
如图1所示，混合器3有氢气入口1和普氮入口16，混合器3的出口与换热器5的A进口密封相通，与换热器5的A进口相通的换热器5的B出口与催化脱氧器6的进口密封相通，催化脱氧器6的出口与吸附脱氧器7的进口密封相通，吸附脱氧器7的出口与换热器5的C进口密封相通，与换热器5的C进口相通的换热器5的D出口与冷却器9的C进口密封相通，与冷却器9的C进口相通的冷却器9的D出口与汽水分离器10的进口密封相通，汽水分离器10的出气口与三塔变温吸附干燥装置12的进口密封相通，三塔变温吸附干燥装置12有高纯氮气出口13；所述的冷却器9有A进水口和与冷却器9的A进口相通的B出水口，冷却器9的A进口和B出口分别接循环冷却水的进、出口14、8；所述的汽水分离器10有排水口15。
所述混合器2的氢气入口上串接调节阀1。
所述混合器3的出口上接氢气分析仪4。
所述汽水分离器10的出气口上接色谱分析仪或微量氧、氢分析仪11。
所述的三塔变温吸附干燥装置可以使用中国船舶重工集团公司第七一八研究所发明的一种制备极干燥气体的工艺方法所用装置，该发明的专利号为ZL03149729.2。
所述催化脱氧器6内的反应温度为35-150℃。
所述吸附脱氧器7内的反应温度为35-200℃。
使用时，首先原料氮气进入混合器3，在混合器3中普氮与氢气按一定比例混合，通过换热器5换热后进入催化脱氧器6，催化脱氧器6内装高性能的催化剂，催化氧气与氢气反应生成水，反应温度为35-150℃。该步脱氧可将氧含量降至1-100ppm以内。
经过催化脱氧的氮气，进入吸附脱氧器7，吸附脱氧器7内有高效吸附反应型脱氧剂，该脱氧剂可与氧气反应生成氧化物，将氮气中的氧气降至1PPm以内，反应温度为35-200℃。反应生成的氧化物可用氢气再生，再生温度≤200℃，反应生成水，并且使氢气含量降至1PPm。程序化的控制混合器中的氢气含量，可以实现脱氧器由“脱氧—再生—脱氧”的周期过程，并且确保经过催化脱氧、吸附脱氧后氧气和氢气的含量均在1PPm以内。
经过二级脱氧的氮气，经过冷却和气水分离，氮气进入干燥***脱水，采用三塔内循环干燥技术，氮气含水量可降至1PPm以下。
本装置在氢气进气管路上装有气动调节阀2，在混合器3出气管路上装有氢气分析仪4，在汽水分离器后安装有色谱分析仪或微量氧、氢分析仪11。程序化控制气动调节阀2来调节氢气进气量，并且通过氢气分析仪4和色谱分析仪11所监测的数据进行反馈，修正调节阀2的开度，从而确保吸附脱氧器7，实现“脱氧—再生—脱氧”的周期运转。色谱分析仪11同时给出最终产品的氢、氧含量。

Claims (6)

1.一种氮气纯化装置，其特征在于：混合器(3)有氢气入口(1)和普氮入口(16)，混合器(3)的出口与换热器(5)的A进口密封相通，与换热器(5)的A进口相通的换热器(5)的B出口与催化脱氧器(6)的进口密封相通，催化脱氧器(6)的出口与吸附脱氧器(7)的进口密封相通，吸附脱氧器(7)的出口与换热器(5)的C进口密封相通，与换热器(5)的C进口相通的换热器(5)的D出口与冷却器(9)的C进口密封相通，与冷却器(9)的C进口相通的冷却器(9)的D出口与汽水分离器(10)的进口密封相通，汽水分离器(10)的出气口与三塔变温吸附干燥装置(12)的进口密封相通，三塔变温吸附干燥装置(12)有高纯氮气出口(13)；所述的冷却器(9)有A进水口和与冷却器(9)的A进口相通的B出水口，冷却器(9)的A进口和B出口分别接循环冷却水的进、出口(14、8)；所述的汽水分离器(10)有排水口(15)。
2.根据权利要求1所述的氮气纯化装置，其特征在于：所述混合器(3)的氢气入口上串接调节阀(2)。
3.根据权利要求1所述的氮气纯化装置，其特征在于：所述混合器(3)的出口上接氢气分析仪(4)。
4.根据权利要求1所述的氮气纯化装置，其特征在于：所述汽水分离器(10)的出气口上接色谱分析仪或微量氧、氢分析仪(11)。
5.根据权利要求1所述的氮气纯化装置，其特征在于：所述催化脱氧器(6)内的反应温度为35-150℃。
6.根据权利要求1所述的氮气纯化装置，其特征在于：所述吸附脱氧器(7)内的反应温度为35-200℃。
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