CN103466567A - 集成式膜分离制氮设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式膜分离制氮设备，该设备包括冷却器，电机，聚结过滤器，活性碳过滤器，手动球阀，流量计，减压阀，氧电池，膜分离器，电动调节阀，电磁阀，单向阀，手动排水阀，电动排水阀，空气螺杆压缩机，汽水分离器，换热器，在过滤器和膜分离器设有由微控单元控制的温度检测器，压力检测器。膜分离器由多个中空纤维膜组件并联。优点是体积小，氮气纯度高，集成化程度高，操作简便，精确控制及数据记忆能力。

Description

集成式膜分离制氮设备

技术领域

本发明涉及一种制氮设备，尤其涉及一种集成式膜分离制氮设备。

背景技术

随着科学技术的发展，制氮工艺和设备也得以完善，氮气广泛应用于不同领域。可适用于石油开采提高采油率；适用于化工行业可起到惰性保护、干燥、压力输送、管道吹扫、工艺渗氮等；适用于食品仓储，果蔬保鲜、饮料搅拌、包装等；电力电缆应用于干法聚乙烯交联保护、电子焊接保护等；医药领域应用于气态运输、包装等；冶金行业应用于热处理；煤矿行业应用于惰化防灭火等。 现有的制氮设备操作复杂，对环境污染大，能源消耗多及获得的氮气纯度较低等方面的缺陷。

目前常用的制氮方法主要有低温精馏法、变压吸附法和膜分离法大众。本发明的采用的膜分离技术源于美国DOW化学公司的科研成果。DOW化学是世界上最大的化学公司之一，它的膜分离技术四十多年来在世界上一直处于领先地位。自八十年代中期第一代膜分离氮气发生器问世以来，到目前第二代膜分离空分制氮膜组件已商业化。该技术核心是超细化中空纤维，具有高的回收效率和可获得较高纯度的氮气，工作连续稳定、可靠、寿命长，现已有数千套膜分离系统在世界各地运行，产生了极大的经济效益。

发明内容

本发明主要解决上述技术问题，提供一种具有集成化程度高，体积小，氮气纯度高，操作简便，精确控制及数据记忆能力的集成式膜分离制氮设备。

本发明主要是通过以下技术方案实现的：

集成式膜分离制氮设备，包括冷却器1，电机3，聚结过滤器5，活性碳过滤器6，手动球阀8，流量计11，减压阀12，氧电池13，膜分离器14，电动调节阀15，电磁阀16，单向阀17，手动排水阀18，电动排水阀19，其特征在于，所述制氮设备包括空气螺杆压缩机2，汽水分离器4，换热器7，在过滤器5和膜分离器14设有由微控单元控制的温度检测器9，压力检测器10。

膜分离器采用多个中空纤维膜组件并联，并将空气螺杆压缩机体积增大，可获得不同产气量和纯度的氮气。

由电化学氧检测传感器控制采样检测氮气；由纯度调节阀来实现产品气的纯度调控。温度检测器9，压力检测器10对所述制氮设备进行系统保护，主要是对空压机和膜组件进行保护，防止进气温度过高会损伤膜组。标准固定氮气装置具有成熟的中空纤维膜分离制氮技术、可靠的膜组件产品支持。可通过增加膜组件扩大系统的产氮量、氮气纯度调节方便,并根据用户的需求在95%-99.9%之间任意调节、人性化设计满足您的不同要求。流程简单，结构紧凑，节省空间。所述制氮设备对采样检测、纯度调控、温度控制及系统保护采用全自动控制方式。本制氮设备还包括由电化学氧检测传感器，纯度调节阀，冷干机，空气加热器。

本发明的有益效果是：集成式膜分离制氮设备均采用先进的中空纤维膜分离制氮技术，具有产气量大、抗污染、高纯度、低能耗等最佳性能，将空气螺杆压缩机，汽水分离器，换热器集成，并且均采用PLC电脑控制系统，数据记忆功能强大，适用于95—99.9%纯度的氮气，流程简单，控制精确，操作简便。

附图说明

 图1 为本发明集成式膜分离制氮设备平面结构示意图。    

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步具体的说明：

集成式膜分离制氮设备包括冷却器1，电机3，聚结过滤器5，活性碳过滤器6，手动球阀8，温度检测器9，压力检测器10，流量计11，减压阀12，氧电池13，膜分离器14，电动调节阀15，电磁阀16，单向阀17，手动排水阀18，电动排水阀19，空气螺杆压缩机2，汽水分离器4，换热器7。膜分离器采用多个中空纤维膜组件并联。本制氮设备还包括由电化学氧检测传感器，纯度调节阀，冷干机，空气加热器。

如图1所示，本实施例中开启电机3，启动空气螺杆压缩机2，润滑油和压缩空气经冷却器1冷却后进入空气螺杆压缩机2，润滑油经换热器7后再进入冷却器1；空气压缩增压到1.4MPa，压缩气体先经铝翅片风冷冷却器1冷却，进入汽水分离器4除水、再经过滤器5、活性碳过滤器6预处理装置过滤净化，并通过冷干机，空气加热器使，压缩气体的纯净度达到颗粒度含量小于0.01um、油雾含量小于0.01ppm的纯净度指标，然后进入膜分离器14实现氮-氧分离，分离后的氮气通过单向阀17进入储气罐，实现用户的终端使用。膜分离器采用多个中空纤维膜组件并联。为防止进气温度过高损伤膜组，在过滤器5和膜分离器14设有由微控单元控制的温度检测器9，压力检测器10。

压缩空气内的水分通过手动排水阀18，电动排水阀19定时排放，干燥的空气经过13氧电池的标定，开启减压阀12，通过流量计11检测后进入膜分离器14，经过电动调节阀15的控制，产生出合格纯度的氮气进入储液罐，此时氮气在经过14氧电池的标定，校核纯度。该设备配置使用期限长达五年的电化学氧检测传感器，在线随机检测产品气的纯度。当氮气的纯度标定与纯度设定完成后，系统开机即可进入调整状态，这时通过纯度调节阀的逐渐调整来实现产品气的纯度控制。当纯度未达到要求，通过电磁阀16排向大气，将膜分离器分离出来的富氧放空，当不需要氮气的时候，控制手动球阀8关闭进入膜分离器的入口；打开手动球阀8，产生的压缩空气供用户使用，实现双工况的功能。氮气发生装置均采用PLC电脑控制系统，数据记忆功能强大。

膜分离制氮机理是薄膜对某些气体组成具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。

膜组件是一个圆筒状的不锈钢外壳和PVC高分子材料制成的中空纤维膜束，每束象列管式换热器一样包含上百万根中空纤维，以提供最大限度的分离面积。每根纤维直径约几十微米，象人的头发丝一样细。压缩空气由纤维膜束的一端进入，气体分子在压力作用下首先在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、脱溶、逸出。每种气体都含有不同的渗透速率，氧、二氧化碳、水蒸汽等渗透速率“快”，由高压内侧纤维壁向外侧渗出，由膜组件的另一端排出，从而实现了空气中氧、氮的分离。分离出的氮气压力比一般入口空气低 5-15 psig(0.3-1.0 bar)。

本发明还可以有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围内。

Claims (3)

1.集成式膜分离制氮设备，包括冷却器（1），电机（3），聚结过滤器（5），活性碳过滤器（6），手动球阀（8），流量计（11），减压阀（12），氧电池（13），膜分离器（14），电动调节阀（15），电磁阀（16），单向阀（17），手动排水阀（18），电动排水阀（19），其特征在于，所述制氮设备包括空气螺杆压缩机（2），汽水分离器（4），换热器（7），在所述过滤器（5）和所述膜分离器(14)设有由微控单元控制的温度检测器(9)，压力检测器（10）。

2.根据权利要求1所述的集成式膜分离制氮设备，其特征在于，所述膜分离器由多个中空纤维膜组件并联。

3.根据权利要求1或2所述的集成式膜分离制氮设备，其特征在于，所述制氮设备包括冷干机，空气加热器，电化学氧检测传感器，纯度调节阀。