CN103539084B - 氮气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮气系统，包括缓冲罐以及并联设置的PSA制氮系统和液氮汽化系统，所述PSA制氮系统包括依次连通的空压机、PSA制氮机以及增压机，所述增压机的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通；所述液氮汽化系统包括用于储存液氮的液氮储罐和与所述液氮储罐连通的液氮汽化器，且所述液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通；且所述增压机的出氮口、液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口三者之间设置有切换装置，所述切换装置能够使所述缓冲罐的进氮口仅与增压机的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。该氮气系统的结构设计可以有效地降低制氮气的成本。

Description

氮气系统

技术领域

本发明涉及制氮设备技术领域，更具体地说，涉及一种氮气系统。

背景技术

目前，在橡胶轮胎企业一般生产氮气的系统有两种，其中一种为PSA（Pressure Swing Adsorption，变压吸附法）制氮系统，如图1所示，其包括依次连通的空压机01、PSA制氮机02以及增压机03，进行制氮气时，首先空压机01制备压缩空气，然后压缩空气进入PSA制氮机02，PSA制氮机03通过分子筛分离氮气和氧气，在吸附动力学条件下，氧分子扩散到分子筛微孔隙中的速度比氮分子的扩散速度快得多，因此，通过适当的控制，在远离平衡条件的时间内，使氧分子吸附于碳分子筛的固相中，而氮分子则在气相中得到富集。同时，碳分子筛吸附氧分子的容量，因其分压升高而增大，因其分压下降而减少。这样，碳分子筛在加压时吸附氧分子使氮分子得到富集，减压时解吸出氧分子排到空气中，如此反复循环操作，达到制备氮气的目的。然后PSA制氮机制备的氮气，通过增压机进行增压，形成高压氮气，最终进入缓冲罐04，以供使用。另外一种生产氮气的系统为液氮汽化系统，包括液氮储罐以及液氮汽化器，其是将购买的液氮储存在液氮储罐中，当需要使用液氮时，将液氮储罐打开，液氮进入液氮汽化器进行汽化后，进入缓冲罐04，以供使用。

现有技术中，橡胶轮胎企业一般仅选用一种系统进行氮气的生产。其中，PSA制氮系统生产效率较高，但是其空压机的耗电量较大，当一些工业地区实行分时电价时，电价收费较高的时间段使用PSA制氮系统进行制氮，会消耗较多的电量，相应的增加了制氮成本。液氮汽化系统需要向外界购买液氮，同样使得制氮成本较高。

综上所述，如何有效地降低制氮气的成本，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮气系统，该氮气系统的结构设计可以有效地降低制氮气的成本。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氮气系统，包括缓冲罐以及并联设置的PSA制氮系统和液氮汽化系统，

所述PSA制氮系统包括依次连通的空压机、PSA制氮机以及增压机，所述增压机的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通；

所述液氮汽化系统包括用于储存液氮的液氮储罐和与所述液氮储罐连通的液氮汽化器，且所述液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通；

且所述增压机的出氮口、液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口三者之间设置有切换装置，所述切换装置能够使所述缓冲罐的进氮口仅与增压机的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。

优选地，所述切换装置具体包括第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀，所述第一气动薄膜调节阀串接于所述增压机的出氮口与所述缓冲罐的进氮口之间，所述第二气动薄膜调节阀串接于所述液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口之间。

优选地，所述切换装置具体为三通阀，其具有两个进口和一个出口，且所述三通阀的两个进口分别与所述增压机的出氮口和所述液氮汽化器的出氮口连通，所述三通阀的出口与所述缓冲罐的进氮口连通。

优选地，所述空压机与PSA制氮机之间还设置有冷干机。

优选地，所述液氮汽化器具体为水浴式汽化器，且所述水浴式汽化器的进氮口与所述液氮储罐的出氮口连通，所述水浴式汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通。

优选地，所述水浴式汽化器的罐体具有冷水出口和热水进口，所述氮气系统还包括水环式真空泵，且所述真空泵的循环水进口与所述冷水出口连通，且所述真空泵的循环水出口与所述热水进口连通。

优选地，所述真空泵的循环水出口与所述热水进口之间还串接有水泵。

优选地，还包括冷却塔，且所述冷却塔的进水口与所述真空泵的循环水出口连通，所述冷却塔的出水口与所述真空泵的循环水进口连通。

优选地，所述液氮汽化器还包括与所述水浴式汽化器并联设置的空浴式汽化器，且所述空浴式汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通，所述空浴式汽化器的进氮口与所述液氮储罐的出氮口连通。

优选地，所述液氮汽化器具体为空浴式汽化器，且所述空浴式汽化器的进氮口与所述液氮储罐的出氮口连通，所述空浴式汽化器的出氮口与所述缓冲罐的进氮口连通。

本发明提供的氮气系统，包括缓冲罐以及并联设置的PSA制氮系统和液氮汽化系统。其中，PSA制氮系统包括依次连通的空压机、PSA制氮机以及增压机，并且增压机的出氮口与缓冲罐的进氮口连通。液氮汽化系统包括用于储存液氮的液氮储罐和与液氮储罐连通的液氮汽化器，且液氮汽化器的出氮口与缓冲罐的进氮口连通，即液氮储罐中的液氮进入液氮汽化器汽化后，可以进入缓冲罐。并且，增压机的出氮口、液氮汽化器的出氮口与缓冲罐的进氮口三者之间设置有切换装置，切换装置能够使缓冲罐的进氮口仅与增压机的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。

应用本发明提供的氮气系统时，当处于电价较高的时间段时，可以通过调节切换装置，使缓冲罐的进氮口仅与液氮汽化器的出氮口连通，此时打开液氮汽化系统，使储存液氮中的液氮进入液氮汽化器汽化后，再进入缓冲罐，以备使用。当处于电价较低的时间段时，可以通过调节切换装置，使缓冲罐的进氮口仅与增压机的出氮口连通，此时打开PSA制氮系统，使空气进入空压机进行压缩，然后压缩空气进入PSA制氮机，制得的氮气再进入增压机进行增压，最终进入缓冲罐，以备使用。如此可以避免在电费较高时，使用PSA制氮系统，其耗电量较高，而是在电费较高时使用液氮汽化系统，该系统不会耗电，在电价较低时，使用PSA制氮系统，相应的降低了制氮成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中提供的PSA制氮系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的氮气系统的结构示意图。

附图中标记如下：

01-空压机、02-PSA制氮机、03-增压机、04-缓冲罐；

1-空压机、2-冷干机、3-PSA制氮机、4-增压机、5-缓冲罐、6-硫化机、7-切换装置、8-空浴式汽化器、9-水浴式汽化器、10-冷却塔、11-水泵、12-真空泵、13-液氮储罐。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种氮气系统，该氮气系统的结构设计可以有效地降低制氮气的成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明提供的氮气系统，包括缓冲罐5以及并联设置的PSA制氮系统和液氮汽化系统。其中，PSA制氮系统包括依次连通的空压机1、PSA制氮机3以及增压机4，并且增压机4的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通。液氮汽化系统包括用于储存液氮的液氮储罐13和与液氮储罐13连通的液氮汽化器，且液氮汽化器的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通，即液氮储罐13中的液氮进入液氮汽化器汽化后，可以进入缓冲罐5。并且，增压机4的出氮口、液氮汽化器的出氮口与缓冲罐5的进氮口三者之间设置有切换装置7，切换装置7能够使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。

应用本发明提供的氮气系统时，当处于电价较高的时间段时，可以通过调节切换装置7，使缓冲罐5的进氮口仅与液氮汽化器的出氮口连通，此时打开液氮汽化系统，使储存液氮中的液氮进入液氮汽化器汽化后，再进入缓冲罐5，以备使用。当处于电价较低的时间段时，可以通过调节切换装置7，使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通，此时打开PSA制氮系统，使空气进入空压机1进行压缩，然后压缩空气进入PSA制氮机3，制得的氮气再进入增压机4进行增压，最终进入缓冲罐5，以备使用，比如供应硫化机6进行使用。如此可以避免在电费较高时，使用PSA制氮系统，其耗电量较高，而是在电费较高时使用液氮汽化系统，该系统不会耗电，在电价较低时，使用PSA制氮系统，相应的降低了制氮成本。

为了进一步优化上述技术方案，其中切换装置7可以具体包括第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀，第一气动薄膜调节阀串接于增压机4的出氮口与缓冲罐5的进氮口之间，第二气动薄膜调节阀串接于液氮汽化器的出氮口与缓冲罐5的进氮口之间。当处于电价较高的时间段时，可打开第二气动薄膜调节阀，同时关闭第一气动薄膜调节阀，使缓冲罐5的进氮口仅与液氮汽化器的出氮口连通，此时可打开液氮汽化系统，仅使液氮汽化系统进行工作。当处于电价较低的时间段时，可打开第一气动薄膜调节阀，同时关闭第二气动薄膜调节阀，使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通，此时可打开PSA制氮系统，仅使PSA制氮系统进行工作。以此实现，通过切换装置7使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。

另外，切换装置7还可以具体为三通阀，其具有两个进口和一个出口，且三通阀的两个进口分别与增压机4的出氮口和液氮汽化器的出氮口连通，三通阀的出口与缓冲罐5的进氮口连通，如此当处于电价较低的时间段时，可调节三通阀至增压机4的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通，当处于电价较高时，可调节三通阀至液氮汽化器的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通，以此实现，通过切换装置7使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通。

当然，切换装置7还可以为其它装置，比如可以具体为第一单向阀和第二单向阀，并且第一单向阀串接于增压机4的出氮口与缓冲罐5的进氮口之间，第二单向阀串接于液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐5的进氮口之间。通过调节第一单向阀和第二单向阀的开闭状态实现通过切换装置7使缓冲罐5的进氮口仅与增压机4的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通，在此不作限定。

其中，为了使进入PSA制氮机3的压缩空气较干燥，还可以在空压机1与PSA制氮机3之间设置冷干机2，以使冷干机2对压缩空气进行深度干燥后再进入PSA制氮机3。

另外，液氮汽化器可以具体为水浴式汽化器9，且水浴式汽化器9的进氮口与液氮储罐13的出氮口连通，水浴式汽化器9的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通。如此，则液氮储罐13的液氮进入水浴式汽化器9后进行汽化，然后再进入缓冲罐5以备使用。水浴式汽化器9更能充分保证换热效率，并且结构紧凑占地小，价格较低。

进一步地为了节约能源，该氮气系统还可以包括水环式真空泵12，其中水浴式汽化器9的罐体具有冷水出口和热水进口，可以将真空泵12的循环水进口与水浴式汽化器9的冷水出口连通，且真空泵12的循环水出口与水浴式汽化器9的热水进口连通，因为液氮汽化需要吸收热量，故水浴式汽化器9的罐体中的热水会放热，温度降低后从冷水出口流出，同时温度较高的水从热水进口进入，形成循环，如此可以利用从罐体中流出的温度较低的水对真空泵12进行降温，提高真空泵12的效率，对真空泵12进行降温后，水的温度升高，再从热水进口流入罐体，如此循环，节约了能源。

为了加快真空泵12的循环水出口与热水进口之间的水循环，还可以在真空泵12的循环水出口与热水进口之间串接水泵11，以进行加压。即水泵11的进水口与真空泵12的循环水出口连通，水泵11的出水口与热水进口连通。

进一步地，还可以包括冷却塔10，且冷却塔10的进水口与真空泵12的循环水出口连通，冷却塔10的出水口与真空泵12的循环水进口连通，如此设置，当PSA制氮系统不工作时，水浴式汽化器9也不进行工作，此时可以利用冷却塔10对真空泵12进行降温，以保证真空泵12的正常工作。

另外，液氮汽化器还包括与水浴式汽化器9并联设置的空浴式汽化器8，且空浴式汽化器8的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通，空浴式汽化器8的进氮口与液氮储罐13的出氮口连通，如此设置，当水浴式汽化器9故障不能正常工作时，可以使用空浴式汽化器8对液氮进行汽化，以保证整机的正常工作。

当然，液氮汽化器也可以仅具体为空浴式汽化器8，且空浴式汽化器8的进氮口与液氮储罐13的出氮口连通，空浴式汽化器8的出氮口与缓冲罐5的进氮口连通。如此，则液氮储罐13的液氮进入空浴式汽化器8后进行汽化，然后再进入缓冲罐5以备使用。在此不作限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氮气系统，其特征在于，包括缓冲罐(5)以及并联设置的PSA制氮系统和液氮汽化系统，

所述PSA制氮系统包括依次连通的空压机(1)、PSA制氮机(3)以及增压机(4)，所述增压机(4)的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通；

所述液氮汽化系统包括用于储存液氮的液氮储罐(13)和与所述液氮储罐(13)连通的液氮汽化器，且所述液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通；

且所述增压机(4)的出氮口、液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口三者之间设置有切换装置(7)，所述切换装置(7)能够使所述缓冲罐(5)的进氮口仅与增压机(4)的出氮口连通或者仅与液氮汽化器的出氮口连通以降低制氮气的成本。

2.根据权利要求1所述的氮气系统，其特征在于，所述切换装置(7)具体包括第一气动薄膜调节阀和第二气动薄膜调节阀，所述第一气动薄膜调节阀串接于所述增压机(4)的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口之间，所述第二气动薄膜调节阀串接于所述液氮汽化器的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口之间。

3.根据权利要求1所述的氮气系统，其特征在于，所述切换装置(7)具体为三通阀，其具有两个进口和一个出口，且所述三通阀的两个进口分别与所述增压机(4)的出氮口和所述液氮汽化器的出氮口连通，所述三通阀的出口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通。

4.根据权利要求1所述的氮气系统，其特征在于，所述空压机(1)与PSA制氮机(3)之间还设置有冷干机(2)。

5.根据权利要求1所述的氮气系统，其特征在于，所述液氮汽化器具体为水浴式汽化器(9)，且所述水浴式汽化器(9)的进氮口与所述液氮储罐(13)的出氮口连通，所述水浴式汽化器(9)的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通。

6.根据权利要求5所述的氮气系统，其特征在于，所述水浴式汽化器(9)的罐体具有冷水出口和热水进口，所述氮气系统还包括水环式真空泵(12)，且所述真空泵(12)的循环水进口与所述冷水出口连通，且所述真空泵(12)的循环水出口与所述热水进口连通。

7.根据权利要求6所述的氮气系统，其特征在于，所述真空泵(12)的循环水出口与所述热水进口之间还串接有水泵(11)。

8.根据权利要求7所述的氮气系统，其特征在于，还包括冷却塔(10)，且所述冷却塔(10)的进水口与所述真空泵(12)的循环水出口连通，所述冷却塔(10)的出水口与所述真空泵(12)的循环水进口连通。

9.根据权利要求5所述的氮气系统，其特征在于，所述液氮汽化器还包括与所述水浴式汽化器(9)并联设置的空浴式汽化器(8)，且所述空浴式汽化器(8)的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通，所述空浴式汽化器(8)的进氮口与所述液氮储罐(13)的出氮口连通。

10.根据权利要求1所述的氮气系统，其特征在于，所述液氮汽化器具体为空浴式汽化器(8)，且所述空浴式汽化器(8)的进氮口与所述液氮储罐(13)的出氮口连通，所述空浴式汽化器(8)的出氮口与所述缓冲罐(5)的进氮口连通。