[发明专利]一种可替代膜分离制氮的变压吸附制氮装置

说明书

技术领域

本发明涉及空分制氮领域，具体涉及一种可替代膜制氮的变压吸附制氮装置(简称PSA制氮装置)。

背景技术

膜分离制氮技术是利用高分子中空纤维膜对空气中氮和氧等气体分子在膜中溶解度和扩散系数不同， 从而具有不同的渗透速率，将氮、氧等气体进行分离而制取氮气或氧气的技术。其优点：产气速度快，占 地空间小，维护方便。缺点：1.膜分离制氮的膜桶的更换成本高，相对变压吸附，膜桶对空气的前期处理 的要求更高，同样产气量下，膜分离制氮比PSA制氮装置的成本要高出许多；2.膜分离制氮的纯度只适用 于氮气纯度较低的场合(≤99.5％)，相较于PSA制氮装置，膜分离制氮前级的空压机的排气压力要高；3. 膜桶使用寿命短，一般膜分离制氮装置使用寿命约为2年，而PSA分子筛制氮装置使用寿命约为5-10年。

变压吸附制氮技术是利用碳分子筛对两种或两种以上的气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差 异，以及碳分子筛的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在加压条件下分离出氮气，降压时脱附出尾气， 从而实现气体分离以及碳分子筛的循环使用。PSA制氮优点：工艺比较成熟，可以制出稳定99.99％-99.999％ 左右的氮气，产气时间30分钟左右，使用寿命长，维护成本低。缺点：占地面积大，产气速度慢，装填 工艺的方法直接影响到分子筛的粉化情况，容易造成喷筛现象。

发明内容

本发明结合两种制氮技术特点，在PSA制氮基础上发明了一种可替代膜分离制氮的变压吸附制氮装 置，该变压吸附制氮装置一方面具有PSA的优点，又解决了其占地面积大的缺点，同时兼具膜分离制氮的 优点，维护方便。将常规吸附塔做成易更换的细筒状、轻型吸附塔，采用高压碳分子筛，螺纹及软管连接， 参照膜桶组合方式进行组装，一人即可完成更换任务。本发明中的PSA制氮装置，由吸附塔组、进出气管 路及阀门、电控气动系统组成，吸附塔组可由两塔、三塔、四塔甚至多塔组成。装置可根据用户要求，在 吸附塔内填充不同承压能力的分子筛、调整吸附塔组的数量及每个吸附塔组内吸附塔的数量，一个装置可 由若干个吸附塔组组成，每个吸附塔都有独立进气、出气、排气阀门和管道与总进气、出气、排气管道相 连，每个吸附塔均可实现单个吸附塔的更换维修，每个吸附塔的排气管道可分别连接消音器，亦可连接总 管消音器，实现模块化组装，方便用户维修更换。

本发明的一个特点是，吸附塔采用轻型金属、高强度塑料或玻璃纤维等强度高的材料，既能减轻塔体 重量，又能满足高达1.6MPa压力下的变压吸附工艺，吸附塔体积小于0.03m³或内直径小于0.15m，根据 《压力容器安全技术监察规程》和《2015最新国家特种设备目录》规定，最高工作压力大于或者等于 0.1MPa(表压)的气体，容积小于0.03m³且内直径(非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸)小于0.15m 的容器为非压力容器。本发明的吸附塔可以实现标准化、规模化制作，降低设计制造成本，缩短生产周期， 进一步实现本发明中的制氮装置的标准化、批量化生产。该吸附塔体积小，死空间小，所以吸附剂的利用 率高，另一方面，该吸附塔体积小，重量轻，内部的吸附剂更容易填充的致密紧实，因此吸附塔可以竖放， 横放及叠放，减小制氮装置的整体体积。

本发明的另一特点在于，以吸附塔组合而成的吸附塔组，可由两塔、三塔、四塔甚至多塔组成，提高 原料气利用率，节能降耗。

本发明的再一特点在于，该吸附塔内可根据用户要求填充承压能力不同的分子筛，最高承压能力达 1.6MPa，从而实现最终出气高达1.5MPa的氮气，完全具有膜分离制氮装置出气压力高的优点。

附图说明

图1是本发明的两塔结构图之一。图中，1.吸附塔组IIIIII；2.手动出气阀；3.出气管路；4.产品气 供气管路；5.电控部分；6.总进气手动阀；7.左右塔进气阀门；8.排气管路；9.手动进气阀；10.消音器

具体实施方式

三组吸附塔组(图中1)纵向排列，每个吸附塔组均配有独立的手动出气阀(图中2)和独立的手动 进气阀(图中9)，打开装置电源(图中5)和总进气手动阀(图中6)，压缩空气从左右塔进气阀门(图中 7)进入吸附塔组左塔吸附，合格氮气从出气管路(图中3)出气，最终经产品气供气管路(图中4)供给 下游用户，同时吸附塔组右塔解吸再生，解吸气通过排气管路(图中8)经消音器(图中10)排放，一个 循环后，左右塔切换，左塔解吸再生，右塔吸附出气，如此循环。