[发明专利]氮气的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮气的一种制备方法。

背景技术

半导体行业中，使用氮气作为保护气体已经非常普及。氮气无色无味不可燃气体，难溶于水，化学性质非常稳定，不易与其他物质发生反应。以往大多数企业使用液氮，放置大型液氮贮罐进行贮存，定期的槽罐车来补充液氮。由于高压气体贮存、运输都是很打大的麻烦，如能自己产气将是非常受欢迎的。使用亞硝酸鈉和氯化銨反映可以制备氮气，但是此种方法的投入太大，成本惊人，也可使空气液化成液态空气，利用氮气的沸点(低)与其他气体不同，用分溜法將氮气分离，但所得的氮气中常含有微量的氧气，该氮气的纯度达不到使用要求，在空气中氮气的含量为78％，如果能从空气中提取氮气，并且是高纯度的氮气，是大多数公司希望解决的问题，既能降低成本，又不受运输、贮存的影响。

发明内容

本发明针对上述技术中存在的成本大、纯度不高的问题提供一种能提取高纯度的氮气方法，并且该方法的成本投入比较少。

实现本发明的技术方案如下：

氮气的制备方法，包括空气压缩机、过滤器，该方法设置有左、右两个吸附塔，该吸附塔内设有碳分子筛，制备氮气的步骤如下：

空气进入空气压缩机进行压缩，输出压强为0.76MPa——0.8MPa的压缩空气；

将压缩空气输入到过滤器内，除去空气中的尘土、油气和水气；

压缩空气输入左吸附塔内与左吸附塔内的碳分子筛进行充分的接触，在空气压缩机的压力作用下，氧在碳分子筛微孔中扩散吸附速率远大于氮在碳分子筛微孔中的扩散吸附速率，碳分子筛吸附掉空气中的氧气，排出氮气；

当左吸附塔吸附氧气达到平衡时，将经过过滤的压缩空气输入右吸附塔内，在右吸附塔进行吸附时，左吸附塔进行再生操作，此再生操作是减压释放氧分子。

使用上述技术的氮气的制备方法，以空气为原料取之不尽，用之不竭，两个吸附塔之间能交替使用，使用吸附剂为高品质碳分子组成的碳分子筛，在压力变化下能吸附空气中的氧分子，在吸取氧分子达到平衡前提取氮气，该氮气纯度高，吸附塔能重复使用，成本低。

具体实施方式

本发明以空气为原料，利用可选择性吸附氧气的高品质碳分子筛为吸附剂，并使用压力变化吸附法来制备氮气，原理是压力作用下，氧在碳分子筛微孔中扩散吸附速率远大于氮在碳分子筛微孔中的扩散吸附速率。

空气经空气压缩机压缩后，经过过滤器除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，吸附塔内装有碳分子筛层，塔内压力升高，压缩空气的压强为0.76MPa，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。