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CN114216301A - 深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 - Google Patents

深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 Download PDF

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CN114216301A
CN114216301A CN202111311582.1A CN202111311582A CN114216301A CN 114216301 A CN114216301 A CN 114216301A CN 202111311582 A CN202111311582 A CN 202111311582A CN 114216301 A CN114216301 A CN 114216301A
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pipeline
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Changzhou Changyu Practical Gas Co ltd
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Abstract

本发明涉及制氮设备技术领域，尤其涉及深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法，包括空气入口、回收氮气入口、液氮出口、污氮出口、管道系统、深冷分离机构、循环制液氮机构和流量调节机构，所述管道系统包括有连接各个器件的管道，所述深冷分离机构包括有流量调节机构、除尘器、空气压缩机、预冷机、纯化器、主换热器一、分馏塔，通过所述空气入口吸入的空气通过管道流入至除尘器中，除尘器通过管道连接有空气压缩机。本发明通过循环制氮机构对氮气进行回收处理，并提取出高纯度的液氮，提高了污氮的再次利用率，不仅操作简便投资最少，且运行能耗低，设备维护方便。

Description

深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法
技术领域
本发明涉及制氮设备技术领域，尤其涉及深冷分离及生产高纯度 液氮的装置及方法。
背景技术
氮气是惰性气体，常用作保护气体，在化工行业，氮气主要用作 保护气体、置换气体、洗涤气体、安全保障气体。液氮：液态的氮气。 是惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低，液氮还可用 作深度冷冻剂，可用于金属冷处理等。
深冷分离制氮法也叫低温制氮法，主要是通过空气压缩、空气净 化、空气的精馏分离等过程，实现将空气分离，提取纯度较高的氮气， 深冷分离法制氮是目前应用最为广泛的空气分离方法。
高纯新材料生产装置，该装置在运行中，需要用到低温液氮做为 冷源在装置中起到冷却作用，在装置在连续运行中，每天都需要消耗 掉约大量液氮，装置配套有2台低温真空贮槽，每天都需要采购液氮 进行补充，液氮冷能被利用后排入大气，不利于环保节能，若将排放 的氮气回收并加以液化，重复循环使用，不仅减少了浪费又节省了大 量的资金。其中冷量的制取过程及其调节将是我们制取质量合格的氮 气最为重要的一步，现有的膨胀机在制氮流程中，单一的起到获取冷 量的作用，没有对其进行冷量进行调节。
因此，提出一种深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法解决上 述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在液氮或氮气直接排入 大气，不利环保节能，且深冷分离过程中制冷量不便调节的的缺点， 而提出的深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法，包括空气入口、 回收氮气入口、液氮出口、污氮出口、管道系统、深冷分离机构、循 环制液氮机构和流量调节机构，所述管道系统包括有连接各个器件的 管道，所述深冷分离机构包括有流量调节机构、除尘器、空气压缩机、 预冷机、纯化器、主换热器一、分馏塔，通过所述空气入口吸入的空 气通过管道流入至除尘器中，除尘器通过管道连接有空气压缩机，空 气压缩机通过管道连接有预冷机，所述预冷机通过管道连接有纯化 器，纯化器通过管道连接有主换热器一，所述主换热器一通过管道与 所述分馏塔和所述透平膨胀机一的两端均连接，且所述主换热器一的 一端还通过管道连接了氮气出口和所述污氮出口；
所述流量调节机构包括有调节阀、膨胀机入口阀和透平膨胀机 一，所述膨胀机入口阀设置在靠近所述透平膨胀机一的入口端的管道 中，所述调节阀设置在所述透平膨胀机一的入口端处；
所述循环制氮机构包括有循环氮气压缩机、膨胀机后冷却器、透 平膨胀机二、主换热器二、加热器、氮过冷器、分离器，通过所述回 收氮气入口的空气将通过管道流通至加热器中，所述加热器通过管道 与循环氮气压缩机连接，所述循环氮气压缩机与透平膨胀机二连接， 所述透平膨胀机二通过管道与所述主换热器二连接，所述主换热器二 通过管道与分离器和所述氮过冷器连接，所述氮过冷器通过管道连接 至液氮出口。
优选的，所述透平膨胀机二的膨胀机增压端与所述膨胀机后冷却 器连接，所述膨胀机后冷却器通过管道连接在所述主换热器二上。
优选的，所述透平膨胀机一的气体制冷流通部件主要由导流器、 喷嘴、喷嘴叶片、工作叶轮、扩压器组成，转动所述喷嘴叶片，改变 调节阀与喷嘴叶轮的切线角度，切线角度调节范围在5～20°，从而 改变入口的流通面积，进而改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高 制氮制冷效果。
一种深冷分离及生产高纯度液氮的方法，包括以下步骤：
S1、深冷分离制氮：空气通过空气入口流通至除尘器中，在除尘 器对空气做除尘处理后，通过管道流通至空气压缩机中做压缩处理， 而后再流通至预冷机中，预冷机可以有效的降低进入空分设备的空气 温度，经过预冷后的空气通过管道流通至纯化器中，空气在纯化器中 做净化处理后，空气流通至主换热器一中，而后流通至分馏塔中，空 气在分馏塔内让温度较高的蒸汽与温度较低的液体不断相互接触，经 过传质传热使液体中的氮较多地蒸发，气体中氧较多的冷凝，使上升 的蒸气中氮的含量不断提高，下流液体中氧的含量不断增加，从而实 现将空气分离，提取纯度较高的氮气；
提纯后的氮气将通过管道流通后通过主换热器一做换热处理后， 通过氮气出口排出，深冷分离出的含有氧气的污氮在换热处理后，通 过污氮出口排出；
S2、在利用分馏塔对氮氧分离制氮的过程中，且在膨胀机入口阀 处于开启状态下，从分馏塔顶部引出经过主换热器一换热的污氮气 体，进入透平膨胀机一中，污氮气体在透平膨胀机一中做膨胀降温处 理，可以利用调节阀转动喷嘴叶片，从而改变入口的流通面积，进而 改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高制氮制冷效果；
S3、氮气回收制备液氮：采用单级增压单级膨胀的氮制冷循环， 从加热器复热出来的需要回收的空气进入循环氮压机压缩，再经膨胀 机增压端增压后分为两部分，一部分经主换热器二冷却后从主换热器 二中部抽出进入透平膨胀机二，膨胀后返回主换热器二，复热后进入 循环氮气压缩机，完成循环；另一部分经主换热器二冷却液化为液氮， 液氮经节流阀后作为产品通过液氮出口送入贮槽。
优选的，所述加热器中流出的氮气压力为0.33MPa，进入到循环 氮气压缩机压缩至1.6MPa。
优选的，所述深冷制氮机构的制冷量为1.36KJ/m3，膨胀制冷量 为6.74～10.04KJ/m3，占总冷量的83％～88％，确保深冷分离制氮装 置中制冷量的平衡。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过调节阀可以转动喷嘴叶片，改变喷嘴与叶轮 的切线角度，切线角度调节范围在5～20°，从而改变入口的流通面 积，进而改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高制氮制冷效果，且 利用调节阀对喷嘴叶片进行调节的方法，在不改变气体在膨胀机进出 口的状态参数的前提下，能够很均匀的改变膨胀机的进气量，这种调 节方法经济性好，并且可以灵活的掌握改变叶片角度的大小，得到比 较精细的调节效果。
2、本发明通过循环制氮机构对空气进行回收处理，并提取出高 纯度的液氮，提高了污氮的再次利用率，不仅操作简便投资最少，且 运行能耗低，设备维护方便。
附图说明
图1为本发明提出的深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 的总体结构示意图；
图2为本发明提出的深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 的流量调节机构的结构示意图；
图3为本发明提出的深冷分离及生产高纯度液氮的装置及方法 的与管道五相连接的循环制氮结构的示意图。
图中：1空气入口、2除尘器、3氮气出口、4空气压缩机、5预 冷机、6污氮出口、7纯化器、8透平膨胀机一、9分馏塔、10分离 器、11液氮出口、12氮过冷器、13透平膨胀机二、14膨胀机增压端、 15膨胀机后冷却器、16循环氮气压缩机、17主换热器二、18回收氮 气入口、19调节阀、20膨胀机入口阀、21主换热器一、22加热器、 23管道二、25管道四、27管道五、28污氮压缩机、29排水口、30 脱水器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明 书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用 现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备 均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规 的连接方式，在此不再详述。
实施例1：参照图1-3，一种深冷分离及生产高纯度液氮的装置， 包括空气入口1、回收氮气入口18、液氮出口11、污氮出口6、管道 系统、深冷分离机构、循环制液氮机构和流量调节机构，管道系统包 括有连接各个器件的管道，深冷分离机构包括有流量调节机构、除尘 器2、空气压缩机4、预冷机5、纯化器7、主换热器一21、分馏塔9， 通过空气入口1吸入的空气通过管道流入至除尘器2中，除尘器2通 过管道连接有空气压缩机4，空气压缩机4通过管道连接有预冷机5， 预冷机5通过管道连接有纯化器7，纯化器7通过管道连接有主换热器一21，主换热器一21通过管道与分馏塔9和透平膨胀机一8的两 端均连接，且主换热器一21的一端还通过管道连接了氮气出口3和 污氮出口6；
流量调节机构包括有调节阀19、膨胀机入口阀20和透平膨胀机 一8，膨胀机入口阀20设置在靠近透平膨胀机一8的入口端的管道 中，调节阀19设置在透平膨胀机一8的入口端处；
循环制氮机构包括有循环氮气压缩机16、膨胀机后冷却器15、 透平膨胀机二13、主换热器二17、加热器22、氮过冷器12、分离器 10，通过回收氮气入口18的氮气将通过管道流通至加热器22中，加 热器22通过管道与循环氮气压缩机16连接，循环氮气压缩机16与透平膨胀机二13连接，透平膨胀机二13通过管道与主换热器二17 连接，主换热器二17通过管道与分离器10和氮过冷器12连接，氮 过冷器12通过管道连接至液氮出口11。
透平膨胀机二13的膨胀机增压端14与膨胀机后冷却器15连接， 膨胀机后冷却器15通过管道连接在主换热器二17上。
一种深冷分离及生产高纯度液氮的方法，包括以下步骤：
S1、深冷分离制氮：空气通过空气入口1流通至除尘器2中，在 除尘器2对空气做除尘处理后，通过管道流通至空气压缩机4中做压 缩处理，而后再流通至预冷机5中，预冷机5可以有效的降低进入空 分设备的空气温度，经过预冷后的空气通过管道流通至纯化器7中， 空气在纯化器7中做净化处理后，空气流通至主换热器一21中，而 后流通至分馏塔9中，空气在分馏塔9内让温度较高的蒸汽与温度较 低的液体不断相互接触，经过传质传热使液体中的氮较多地蒸发，气 体中氧较多的冷凝，使上升的蒸气中氮的含量不断提高，下流液体中 氧的含量不断增加，从而实现将空气分离，提取纯度较高的氮气；
提纯后的氮气将通过管道流通后通过主换热器一21做换热处理 后，通过氮气出口3排出，深冷分离出的含有氧气的污氮在换热处理 后，通过污氮出口6排出；
其中，深冷制氮机构的制冷量为1.36KJ/m3，膨胀制冷量为6.74～10.04KJ/m3，占总冷量的83％～88％；
S2、在利用分馏塔9对氮氧分离制氮的过程中，且在膨胀机入口 阀8处于开启状态下，从分馏塔9顶部引出经过主换热器一21换热 的污氮气体，进入透平膨胀机一8中，污氮气体在透平膨胀机一8中 做膨胀降温处理，透平膨胀机一8的气体制冷流通部件主要由导流 器、喷嘴、喷嘴叶片、工作叶轮、扩压器组成，导流器上装有可以调 节的喷嘴叶片，污氮气体进入进入喷嘴流道内，通过喷嘴横截面积的 变换，使其压力能降低动能增加，污氮气体的烩转换成动能，流速增 加温度降低，实现了污氮气体在膨胀机导流器内的膨胀降温；
并且通过调节阀19可以转动喷嘴叶片，改变喷嘴与叶轮的切线 角度，切线角度调节范围在5～20°，从而改变入口的流通面积，进 而改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高制氮制冷效果，利用调节 阀19对喷嘴叶片进行调节的方法，在不改变气体在膨胀机进出口的 状态参数的前提下，能够很均匀的改变膨胀机的进气量，因此在较大 的范围内调节冷量时，仍然保持机器有较高的等嫡效率，且这种调节 方法经济性好，并且可以灵活的掌握改变叶片角度的大小，得到比较 精细的调节效果，是一种最简单、最先进、最常用的调节方法；
S3、氮气回收制备液氮：采用单级增压单级膨胀的氮制冷循环， 从加热器22复热出来的需要回收的空气进入循环氮压机压缩，加热 器22中流出的氮气压力为0.33MPaA，进入到循环氮气压缩机16压 缩至1.6MPaA，再经膨胀机增压端14增压后分为两部分，一部分经 主换热器二17冷却后从主换热器二17中部抽出进入透平膨胀机二13，膨胀后返回主换热器二17，复热后进入循环氮气压缩机16，完 成循环；另一部分经主换热器二17冷却液化为液氮，液氮经节流阀 后作为产品通过液氮出口11送入贮槽；
其中，需要做回收处理的空气，作为循环气体沿管道系统做循环 流动，膨胀机膨胀后的压力与空气压力保持一致，配置的氮过冷器 12，可以对另一部分中液化氮气节流至0.35MPaA，使液化后的产品 具有一定的过冷度，防止进入贮槽后汽化量过大，保证装置的平稳运 行。
工作流程：通过空气入口1流通至深冷分离机构，通过对空气压 缩、除尘净化处理后，在分馏塔9中做分离处理后，在透平膨胀机一 8内获取制冷量后，并通过主换热器一21做换热处理，制备提纯出 的氮气通过氮气出口3排出，污氮通过污氮出口6排出；
实施例2：参照图1-2，一种深冷分离及生产高纯度液氮的装置， 包括空气入口1、回收氮气入口18、液氮出口11、污氮出口6、管道 系统、深冷分离机构、循环制液氮机构和流量调节机构，管道系统包 括有连接各个器件的管道，深冷分离机构包括有流量调节机构、除尘 器2、空气压缩机4、预冷机5、纯化器7、主换热器一21、分馏塔9， 通过空气入口1吸入的空气通过管道流入至除尘器2中，除尘器2通 过管道连接有空气压缩机4，空气压缩机4通过管道连接有预冷机5， 预冷机5通过管道连接有纯化器7，纯化器7通过管道连接有主换热器一21，主换热器一21通过管道与分馏塔9和透平膨胀机一8的两 端均连接，且主换热器一21的一端还通过管道连接了氮气出口3和 污氮出口6；
流量调节机构包括有调节阀19、膨胀机入口阀20和透平膨胀机 一8，膨胀机入口阀20设置在靠近透平膨胀机一8的入口端的管道 中，调节阀19设置在透平膨胀机一8的入口端处；
循环制氮机构包括有循环氮气压缩机16、膨胀机后冷却器15、 透平膨胀机二13、主换热器二17、加热器22、氮过冷器12、分离器 10，通过回收氮气入口18的氮气将通过管道流通至加热器22中，加 热器22通过管道与循环氮气压缩机16连接，循环氮气压缩机16与透平膨胀机二13连接，透平膨胀机二13通过管道与主换热器二17 连接，主换热器二17通过管道与分离器10和氮过冷器12连接，氮 过冷器12通过管道连接至液氮出口11。
透平膨胀机二13的膨胀机增压端14与膨胀机后冷却器15连接， 膨胀机后冷却器15通过管道连接在主换热器二17上。
一种深冷分离及生产高纯度液氮的方法，包括以下步骤：
S1、深冷分离制氮：空气通过空气入口1流通至除尘器2中，在 除尘器2对空气做除尘处理后，通过管道流通至空气压缩机4中做压 缩处理，而后再流通至预冷机5中，预冷机5可以有效的降低进入空 分设备的空气温度，经过预冷后的空气通过管道流通至纯化器7中， 空气在纯化器7中做净化处理后，空气流通至主换热器一21中，而 后流通至分馏塔9中，空气在分馏塔9内让温度较高的蒸汽与温度较 低的液体不断相互接触，经过传质传热使液体中的氮较多地蒸发，气 体中氧较多的冷凝，使上升的蒸气中氮的含量不断提高，下流液体中 氧的含量不断增加，从而实现将空气分离，提取纯度较高的氮气；
提纯后的氮气将通过管道流通后通过主换热器一21做换热处理 后，通过氮气出口3排出，深冷分离出的含有氧气的污氮在换热处理 后，通过污氮出口6排出；
其中，深冷制氮机构的制冷量为1.36KJ/m3，膨胀制冷量为 6.74～10.04KJ/m3，占总冷量的83％～88％；
S2、在利用分馏塔9对氮氧分离制氮的过程中，且在膨胀机入口 阀8处于开启状态下，从分馏塔9顶部引出经过主换热器一21换热 的污氮气体，进入透平膨胀机一8中，污氮气体在透平膨胀机一8中 做膨胀降温处理，透平膨胀机一8的气体制冷流通部件主要由导流 器、喷嘴、喷嘴叶片、工作叶轮、扩压器组成，导流器上装有可以调 节的喷嘴叶片，污氮气体进入进入喷嘴流道内，通过喷嘴横截面积的 变换，使其压力能降低动能增加，污氮气体的烩转换成动能，流速增 加温度降低，实现了污氮气体在膨胀机导流器内的膨胀降温；
并且通过调节阀19可以转动喷嘴叶片，改变喷嘴与叶轮的切线 角度，切线角度调节范围在5～20°，从而改变入口的流通面积，进 而改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高制氮制冷效果，利用调节 阀19对喷嘴叶片进行调节的方法，在不改变气体在膨胀机进出口的 状态参数的前提下，能够很均匀的改变膨胀机的进气量，因此在较大 的范围内调节冷量时，仍然保持机器有较高的等嫡效率，且这种调节 方法经济性好，并且可以灵活的掌握改变叶片角度的大小，得到比较 精细的调节效果，是一种最简单、最先进、最常用的调节方法；
S3、氮气回收制备液氮：采用单级增压单级膨胀的氮制冷循环， 从加热器22复热出来的需要回收的空气进入循环氮压机压缩，加热 器22中流出的氮气压力为0.33MPaA，进入到循环氮气压缩机16压 缩至1.6MPaA，再经膨胀机增压端14增压后分为两部分，一部分经 主换热器二17冷却后从主换热器二17中部抽出进入透平膨胀机二 13，膨胀后返回主换热器二17，复热后进入循环氮气压缩机16，完 成循环；另一部分经主换热器二17冷却液化为液氮，液氮经节流阀 后作为产品通过液氮出口11送入贮槽；
工作流程：通过空气入口1流通至深冷分离机构，通过对空气压 缩、除尘净化处理后，在分馏塔9中做分离处理后，在透平膨胀机一 8内获取制冷量后，并通过主换热器一21做换热处理，制备提纯出 的氮气通过氮气出口3排出，污氮通过污氮出口6排出。
在管道系统中，设置有连接污氮出口6的管道四25，管道四25 与管道五27连接，管道五27的一端连接至管道23上，在管道五27 之间设置了节流阀，污氮压缩机28和脱水器30，在节流阀处于开启 状态下，污氮在污氮压缩机28作用下被压缩至0.75MPa，并流通至脱水器30，在脱水器中实现脱水处理，实现水气分离，分离后的水 通过排水口排出，而从污氮中分离出的气体将通过管道五27流通至 至循环制液氮机构，循环制氮机构对空气做液氮的提纯制备处理，通 过循环制氮机构对氮气进行回收处理，并提取出高纯度的液氮，提高 了污氮的再次利用率，不仅操作简便投资最少，且运行能耗低，设备 维护方便。
根据实施例1和实施例2制备的液氮，液氮的质量参数参见下表 所示：
Figure BDA0003342121700000131
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关 系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简 化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解 为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由 此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个 或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改 变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种深冷分离及生产高纯度液氮的装置，包括空气入口(1)、回收氮气入口(18)、液氮出口(11)、污氮出口(6)、管道系统、深冷分离机构、循环制液氮机构和流量调节机构，所述管道系统包括有连接各个器件的管道，其特征在于，所述深冷分离机构包括有流量调节机构、除尘器(2)、空气压缩机(4)、预冷机(5)、纯化器(7)、主换热器一(21)、分馏塔(9)，通过所述空气入口(1)吸入的空气通过管道流入至除尘器(2)中，除尘器(2)通过管道连接有空气压缩机(4)，空气压缩机(4)通过管道连接有预冷机(5)，所述预冷机(5)通过管道连接有纯化器(7)，纯化器(7)通过管道连接有主换热器一(21)，所述主换热器一(21)通过管道与所述分馏塔(9)和所述透平膨胀机一(8)的两端均连接，且所述主换热器一(21)的一端还通过管道连接了氮气出口(3)和所述污氮出口(6)；
所述流量调节机构包括有调节阀(19)、膨胀机入口阀(20)和透平膨胀机一(8)，所述膨胀机入口阀(20)设置在靠近所述透平膨胀机一(8)的入口端的管道中，所述调节阀(19)设置在所述透平膨胀机一(8)的入口端处；
所述循环制氮机构包括有循环氮气压缩机(16)、膨胀机后冷却器(15)、透平膨胀机二(13)、主换热器二(17)、加热器(22)、氮过冷器(12)、分离器(10)，通过所述回收氮气入口(18)的空气将通过管道流通至加热器(22)中，所述加热器(22)通过管道与循环氮气压缩机(16)连接，所述循环氮气压缩机(16)与透平膨胀机二(13)连接，所述透平膨胀机二(13)通过管道与所述主换热器二(17)连接，所述主换热器二(17)通过管道与分离器(10)和所述氮过冷器(12)连接，所述氮过冷器(12)通过管道连接至液氮出口(11)。
2.根据权利要求1所述的深冷分离及生产高纯度液氮的装置，其特征在于，所述透平膨胀机二(13)的膨胀机增压端(14)与所述膨胀机后冷却器(15)连接，所述膨胀机后冷却器(15)通过管道连接在所述主换热器二(17)上。
3.根据权利要求3所述的深冷分离及生产高纯度液氮的方法，其特征在于，所述透平膨胀机一(8)的气体制冷流通部件主要由导流器、喷嘴、喷嘴叶片、工作叶轮、扩压器组成，转动所述喷嘴叶片，改变调节阀(19)与喷嘴叶轮的切线角度，切线角度调节范围在5～20°。
4.一种深冷分离及生产高纯度液氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、深冷分离制氮：空气通过空气入口(1)流通至除尘器(2)中，在除尘器(2)对空气做除尘处理后，通过管道流通至空气压缩机(4)中做压缩处理，而后再流通至预冷机(5)中，预冷机(5)可以有效的降低进入空分设备的空气温度，经过预冷后的空气通过管道流通至纯化器(7)中，空气在纯化器(7)中做净化处理后，空气流通至主换热器一(21)中，而后流通至分馏塔(9)中，空气在分馏塔(9)内让温度较高的蒸汽与温度较低的液体不断相互接触，经过传质传热使液体中的氮较多地蒸发，气体中氧较多的冷凝，使上升的蒸气中氮的含量不断提高，下流液体中氧的含量不断增加，从而实现将空气分离，提取纯度较高的氮气；
提纯后的氮气将通过管道流通后通过主换热器一(21)做换热处理后，通过氮气出口(3)排出，深冷分离出的含有氧气的污氮在换热处理后，通过污氮出口(6)排出；
S2、在利用分馏塔(9)对氮氧分离制氮的过程中，且在膨胀机入口阀(8)处于开启状态下，从分馏塔(9)顶部引出经过主换热器一(21)换热的污氮气体，进入透平膨胀机一(8)中，污氮气体在透平膨胀机一(8)中做膨胀降温处理，可以利用调节阀(19)转动喷嘴叶片，从而改变入口的流通面积，进而改变膨胀机的流量，改变其制冷量，提高制氮制冷效果；
S3、氮气回收制备液氮：采用单级增压单级膨胀的氮制冷循环，从加热器(22)复热出来的需要回收的空气进入循环氮压机压缩，再经膨胀机增压端(14)增压后分为两部分，一部分经主换热器二(17)冷却后从主换热器二(17)中部抽出进入透平膨胀机二(13)，膨胀后返回主换热器二(17)，复热后进入循环氮气压缩机(16)，完成循环；另一部分经主换热器二(17)冷却液化为液氮，液氮经节流阀后作为产品通过液氮出口(11)送入贮槽。
5.根据权利要求4所述的深冷分离及生产高纯度液氮的方法，其特征在于，所述加热器(22)中流出的氮气压力为0.33MPa(A)，进入到循环氮气压缩机(16)压缩至1.6MPa(A)。
6.根据权利要求4所述的深冷分离及生产高纯度液氮的方法，其特征在于，所述深冷制氮机构的制冷量为1.36KJ/m3，膨胀制冷量为6.74～10.04KJ/m3，占总冷量的83％～88％。
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