[实用新型]煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于煤矿井下可移动的能够直接分离空气制取氮气的煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备。

背景技术

矿井氮气防灭火实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定量的氮气，使其氧含量降到5％以下，达到防灭火和抑制瓦斯爆炸的目的。与矿井其它防灭火方法相比，用氮气防灭火技术优于传统注浆防灭火技术；注氮工艺快捷、迅速。氮气可迅速渗透充满到采空区氧化带内或火区的各角落。而注浆工艺，由于浆体在采空区氧化带内或火区的流动受地板不平，顶板冒落堆集不均等因素影响，会形成“流动沟”，因而不能均匀、全面地覆盖在“煤体”表面，未能真正起到“隔绝”氧气，防止煤炭氧化自燃的作用。故此，氮气防灭技术有其更好的效果。

变压吸附技术是近十几年发展起来的一项用于气体净化、分离与提纯的新技术。该技术设备简单、操作方便、自动化程度高、投资少、产气快等优点，得到了广泛的应用，煤矿的防火就是其中的一项重要领域。

变压吸附碳分子筛制氮原理：

O₂和N₂都是非极性分子，两者的动力学直径和沸点十分接近。由于分子筛的位阻效应，具有微孔结构的碳分子筛对O₂和N₂存在共吸附现象。因此实现氧、氮分离是比较困难的。然而碳分子筛属于速度分离型的吸附剂，O₂和N₂在碳分子筛表面的扩散速度不同，由于N₂的动力学直径大于O₂的动力学直径，所以O₂在碳分子筛表面的扩散速度大于N₂在碳分子筛表面的扩散速度。O₂优先被碳分子筛所吸附，而N₂从不吸附相中富集。PSA制氮运用了这一原理。组成加压吸附和减压解吸的快速过程。从而获得产品氮气。

变压吸附分子筛制氮工艺流程：

经压缩净化后的空气进入装填有碳分子筛(CMS)的吸附塔。压缩空气流经吸附塔，其间氧气分子被碳分子筛所吸附，氮气则富集在不吸附相中，由吸附塔一端流出，进入N₂储罐。经一段时间后，吸附塔中碳分子筛吸附的氧饱和，必需再生。再生是通过停止吸附，降低吸塔的压力，使被吸附的氧气从碳分子筛孔穴中释放出来。两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。因吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称做变压吸附(PSA)

现在设计使用的煤矿井下碳分子筛制氮装置主机吸附塔是卧式的和固定式的。卧式吸附塔装填分子筛困难；且压紧装置复杂，长时间运行易导致碳分子筛粉化、下沉，使压力空气走短路，继而氮气纯度下降，检修维护复杂，使用寿命短，固定的制氮装置很难将氮气输送到井下的每一个需要的角落，只能起到局部防火的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种可移动的，制氮主机采用立式四塔结构的井下移动式制氮设备，克服卧式吸附塔装填分子筛困难，压紧装置复杂、长时间运行易导致碳分子筛粉化、下沉、使压力空气走短路，继而氮气纯度下降，同时可以随时方便的移动。

本实用新型的具体方案是本制氮设备由空气压缩机，空气预处理设备，制氮主机，成品氮气罐，四部平板矿车和外箱组成，一台移动式空气压缩机固定在第一辆平板矿车上；空气预处理设备固定在第二辆平板矿车上，在平板矿车的前底板上固定一台冷凝器，由快接压力软管与空气压缩机连接，两台冷凝器串联后与汽水分离器连接，汽水分离器与一套双塔高效除油器连接，高效除油器与三台串连的过滤器连接，过滤器与空气储罐连接；制氮主机固定在第三辆平板矿车上，采用立式四塔碳分子筛吸附塔结构，两塔为一运行组单元，每运行组单元分别安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件分别由快接压力软管与空气储罐连接，电器控制箱固定在制氮主机旁平板上，在电器控制箱两端平板上装有两台消音器；氮气罐固定在第四辆平板矿车上，氮气罐上安装一组包括有过滤器、出口调压阀、氮气纯度检测仪、流量计和排空装置的氮气罐出气组件，氮气罐由快接压力软管与上阀出气组件连接，外箱罩在设备外，四部平板矿车依次串联。