CN105344203A - 一种气体分离装置以及利用该装置分离气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体分离装置以及利用该装置分离气体的方法，气体分离装置包括注射器和样品管，注射器包括前端带有注射管的注射筒和与注射筒匹配的注射活塞，注射活塞上连接有注射杆，注射杆另一端上连接有带有偏心轮的电机，注射筒的前端还设有进气通道，注射筒和进气通道之间用第一单向阀连接；样品管内设有多孔填料，样品管通过第二单向阀连接在注射器的注射管端头，样品管另一端设有电磁阀，电磁阀通过第三单向阀和第四单向阀分别连接废气排出通道和产物气体通道。同时本发明提供利用上述气体分离装置分离气体的方法。本发明提供的气体分离装置结构简单、占地面积小、制造成本低、且耗能量少、噪音小，本发明提供的分离气体的方法工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于混合气体的分离技术领域，具体涉及一种气体分离装置以及利用该装置分离气体的方法。
背景技术
气体分离设备是将气体经液化、精馏等步骤最终分离成为氧、氮和其他有用气体的设备。变压吸附(PressureSwingAdsorption.简称PSA)，是一种新型气体吸附分离技术，其原理是利用气体组分在固体材料上吸附性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离,具体举例，若以空气为原料，利用气体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能，通过采用加压吸附,减压脱附再生的循环操作方法，把空气中的氮和氧分离出来。
目前，变压吸附气体分离技术在工业上得到了广泛应用，已逐步成为一种主要的气体分离技术。变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。
然而，一般的变压吸附气体分离装置由鼓风机、吸附塔、解吸塔、缓冲罐、空气过滤器、空气压缩机等多种设备，各种阀门以及管道组装而成，这种气体分离装置设备多，投资大，成本高，占地面积大，而且上述这种气体分离装置耗能量大，运行时的噪音也大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种结构简单、设计合理的气体分离装置，该装置中的设备少、占地面积小、制造成本低、并且耗能量少、噪音小。
本发明的另一个目的是提出一种工艺简单、气体分离过程可循环连续、操作简单、可以在不需要吸附、脱附的情况下对混合气体进行分离的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种气体分离装置包括注射器和样品管，注射器包括前端带有注射管的注射筒和与注射筒匹配并且可在注射筒内往复运动的注射活塞，注射活塞上连接有可推动注射活塞往复运动的注射杆，注射杆另一端上连接有用于提供动力并且带有偏心轮的电机，注射筒的前端还设有进气通道，注射筒和进气通道之间用第一单向阀连接；样品管内设有多孔填料，样品管通过第二单向阀连接在注射器的注射管端头，样品管另一端设有电磁阀，电磁阀通过第三单向阀和第四单向阀分别连接废气排出通道和产物气体通道。
在本发明中，进一步的，气体分离装置还包括容器罐，产物气体通道连接在容器罐上，以实现收集产物气体的目的。
在本发明中，进一步的，上述容器罐上可同时并联两个或多个气体分离装置，以实现气体平缓、快速地收集到容器罐中。
在本发明中，优选的，上述气体分离装置的电磁阀上可连接至少两个单向阀，每个单向阀连接一个容器罐，由电磁阀控制在不同时段开启不同的单向阀，将不同成分的气体收集到不同的容器罐中。
利用上述气体分离装置分离气体的方法按顺序包括以下步骤：
（1）将额定体积的混合气体通过进气通道通入注射筒中，关闭第一单向阀；
（2）电机运行，注射杆推动注射活塞向注射筒前端移动，使混合气体通过注射管由第二单向阀进入到样品管中；
（3）混合气体进入具有多孔填料的样品管后，第二单向阀关闭，此时，由于混合气体中不同成分的气体穿过多孔填料的速度不同，不同时刻会有不同成分的气体从样品管中出来，根据气体出来的时段不同，由电磁阀控制收集气体，即第三单向阀开启时，不需要的废气从废气排出通道排出，第四单向阀开启时，需要收集的产物气体从产物气体通道排出；
（4）带有偏心轮的电机继续运行，注射杆拉动注射活塞，使注射活塞回到注射筒后端；
（5）循环上述步骤（1）至（4），可实现连续分离气体的功能。
本发明的有益效果是：本发明所述的气体分离装置中的设备少，没有采用传统的鼓风机、吸收塔等大型设备，使得该气体分离装置的占地面积小、制造成本低，本发明提供的气体分离装置采用带偏心轮的电机给装置提供动力，减少了能耗；
本发明提供的分离气体的方法是利用气体穿过具有多孔填料的样品管时,速度和时间不同的原理分离气体，而不需要采用传统的吸附剂进行复杂的吸附、脱附过程，简化了气体分离的工艺过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例描述中所使用的附图及附图标记做简单介绍。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图。
附图标记说明：1-注射器、2-注射筒、3-注射活塞、4-注射杆、5-注射管、6-样品管、7-电磁阀、8-容器罐、9-电机、10-进气通道、11-废气排出通道、12-产物气体通道、13-第一单向阀、14-第二单向阀、15-第三单向阀、16-第四单向阀、17-多孔填料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整地描述。
参见图1所示，在本发明实施例一中，一种气体分离装置包括注射器1、样品管6和容器罐8，注射器1包括前端带有注射管5的注射筒2和与注射筒2匹配并且可在注射筒2内往复运动的注射活塞3，注射活塞3上连接有可推动其往复运动的注射杆4，注射杆4另一端上连接有用于提供动力并且带有偏心轮的电机9，注射筒2的前端还设有进气通道10，注射筒2和进气通道10之间用第一单向阀13连接；样品管6内设有多孔填料17，样品管6通过第二单向阀14连接在注射器1的注射管5端头，样品管6另一端设有电磁阀7，电磁阀7通过第三单向阀15和第四单向阀16分别连接废气排出通道11和产物气体通道12，产物气体通道12连接在容器罐8上。
参见图2所示，在本发明实施例二中，气体分离装置的容器罐8上可同时并联两个气体分离装置，以实现气体平缓、快速地收集到容器罐8中。
在本发明实施例一和实施例二中，电磁阀7上连接了两个单向阀，电磁阀7上也可连接多个单向阀，每个单向阀连接一个容器罐，由电磁阀7控制在不同时段开启不同的单向阀，将不同成分的气体收集到不同的容器罐中。
利用上述实施例一所述的气体分离装置分离空气中氧气的方法按顺序包括以下步骤：
（1）将额定体积的空气通过进气通道10通入注射筒1中，关闭第一单向阀13；
（2）运行电机9，注射杆4推动注射活塞3向注射筒2前端移动，使空气通过注射管5由第二单向阀10进入到样品管6中；
（3）空气进入具有多孔填料17的样品管6后，第二单向阀10关闭，此时，由于空气中不同成分的气体穿过多孔填料17的速度不同，不同时刻会有不同成分的气体从样品管6中出来，根据气体出来的时段不同，由电磁阀7控制收集气体，即第三单向阀15开启时，不需要的废气从废气排出通道11排出，第四单向阀16开启时，需要收集的氧气从产物气体通道12排出；
（4）带有偏心轮的电机9继续运行，注射杆4拉动注射活塞3向注射筒1后端移动，使注射活塞3回到注射筒1后端；
（5）循环上述步骤（1）至（4），可实现连续分离气体的功能。
上述实施例仅以空气为原料，阐述了利用本发明所述的气体分离装置分离气体的方法，本发明提供的气体分离装置以及方法还适用于经过汽化的有机液体或水的分离。
应当指出，上述描述了本发明的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1.一种气体分离装置以及利用该装置分离气体的方法，其特征在于：所述气体分离装置包括注射器和样品管，所述注射器包括前端带有注射管的注射筒和与注射筒匹配并且可在注射筒内往复运动的注射活塞，注射活塞上连接有注射杆，注射杆另一端上连接有用于提供动力并且带有偏心轮的电机，所述注射筒的前端还设有进气通道，注射筒和进气通道之间设有第一单向阀；所述样品管内设有多孔填料，样品管通过第二单向阀连接在注射器的注射管端头，样品管另一端设有电磁阀，电磁阀通过第三单向阀和第四单向阀分别连接废气排出通道和产物气体通道；
所述利用该装置分离气体的方法按顺序包括以下步骤：
（1）将额定体积的混合气体通过进气通道通入注射筒中，关闭第一单向阀；
（2）电机运行，注射杆推动注射活塞向注射筒前端移动，使混合气体通过注射管由第二单向阀进入样品管；
（3）混合气体进入具有多孔填料的样品管后，第二单向阀关闭，此时，由于混合气体中不同成分的气体穿过多孔填料的速度不同，不同时刻会有不同成分的气体从样品管中出来，根据气体出来的时段不同，由电磁阀控制收集气体，即第三单向阀开启时，不需要的废气从废气排出通道排出，第四单向阀开启时，需要收集的产物气体从产物气体通道排出；
（4）带有偏心轮的电机继续运行，注射杆拉动注射活塞，使注射活塞回到注射筒后端；
（5）循环上述步骤（1）至（4），继续分离气体。
2.根据权利要求1所述的一种气体分离装置，其特征在于：所述气体分离装置还包括容器罐，产物气体通道连接在容器罐上。
3.根据权利要求2所述的一种气体分离装置，其特征在于：所述容器罐上可同时并联两个或多个气体分离装置。
4.根据权利要求2或3所述的一种气体分离装置，其特征在于：所述电磁阀上可连接至少两个单向阀，每个单向阀连接一个容器罐，由电磁阀控制在不同时段开启不同的单向阀，将不同成分的气体收集到不同的容器罐中。
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