[发明专利]一种多塔循环变压吸附制氮的装置及方法

说明书

本发明属于变压吸附制氮相关技术领域，其公开了一种多塔循环变压吸附制氮的装置及方法，主要包括空气源、吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、氮气源、阀门、管路、电气控制单元。所述每个吸附塔包括以下步骤，依次为：吸附、降压、逆放、冲洗、等待一、均升、等待二、回放和升压9个动作。本发明通过两个吸附塔之间错时并联吸附，另两个吸附塔之间进行均压和冲洗，通过所述电气控制单元控制所述阀门开关，通过所述管道连通气体实现四塔循环切换。本发明一方面能对高纯度氮气及压力进行回收，另一方面可以保持吸附塔内氮气分布进行保留提高制氮产品纯度稳定性，提升产气率，降低空气处理量，增长吸附剂使用寿命，降低制氮成本。

技术领域

本发明属于变压吸附制氮相关技术领域，更具体地，涉及一种多塔循环变压吸附制氮的装置及方法。

背景技术

目前，常规变压吸附制氮设备为双塔并联，切换使用，设备以空气为原料，碳分子筛为吸附剂，利用氧气和氮气穿透碳分子筛床层的速度差异进行分离提纯氮气，而由于速度差异较小，大产量制氮变压吸附设备存在单塔直径大，造成塔板厚度增加，成本上升，现场布置困难等问题。

为解决以上问题，在工艺流程中有以下几种解决思路及其存在问题：

一、双套台或多台常规变压吸附制氮设备并联使用，存在问题是产氮率不高，切换时产品纯度波动大；

二、双塔加辅助塔或缓冲罐工艺，存在问题是吸附塔或设备有效利用率不高，切换时产品纯度波动大；

三、多塔变压吸附工艺，多种具有节能和高效的工艺流程具有产品纯度稳定等特点，但普遍存在吸附塔或设备有效利用率不高的问题，大部分低于两台吸附两台再生的50％利用率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能够实现吸附塔或设备有效利用率等于或超过50％且高效制氮的变压吸附制氮的装置，装置生产的经济性高，单元稳定性高，便于操作，制氮产品纯度稳定性，提升产气率，降低空气处理量，增长吸附剂使用寿命，降低制氮成本。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多塔循环变压吸附制氮的装置，包括空气源、n+2个吸附塔、氮气源、阀门、管路以及电气控制单元，n≥2；

所述阀门包括与所述n+2个吸附塔一一对应的n+2个吸附塔进气阀、n+2个吸附塔出气阀、n+2个吸附塔泄放阀以及n+2个吸附塔均压阀；

所述管路包括：空气总管、氮气总管、排放总管、均压总管；

各所述吸附塔的两端分别通过对应的吸附塔进气阀和吸附塔出气阀连接所述空气总管和氮气总管；吸附塔进气阀连接空气总管，吸附塔出气阀连接氮气总管；空气总管由空气源供气，氮气总管由氮气源供气；

同时，各所述吸附塔的两端还分别通过对应的吸附塔泄放阀和吸附塔均压阀连接所述排放总管和均压总管；吸附塔泄放阀连接排放总管，吸附塔均压阀连接均压总管；同一吸附塔对应的吸附塔进气阀和吸附塔泄放阀连接该吸附塔的进气口，同一吸附塔对应的吸附塔出气阀和吸附塔均压阀连接该吸附塔的出气口；

在电气控制单元的控制下，各吸附塔均按照动作1～9的编号顺序执行，动作1～9及其执行顺序如下：

1)吸附，所述吸附为引入空气排放高纯度氮气的恒压过程；

2)降压，所述降压为通过阀门管道排放高纯度氮气和排放低纯度氮气的压力下降过程；

3)逆放，所述逆放为通过阀门管道排放低纯度氮气的压力下降过程；

4)冲洗，所述冲洗为通过阀门管道引入高纯度氮气排放低纯度氮气的恒压过程；

5)等待一，所述等待为无气体进排的恒压过程；