CN105347316A - 珍贵物品保护用洁净氮气制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，该系统包括顺次连接的空压机，第二级过滤器，多级过滤组件和氮氧分离组件，该系统还包括加热器，所述加热器位于多级过滤组件和氮氧分离组件之间，或者位于所述多级过滤组件内部。本系统采用多级净化处理技术制备洁净氮气，产气速度快，洁净度高，无粉化颗粒物，静态运行，连续运行安全可靠，极少保养。膜组可将氧气、水蒸气等同时分离出去，产生极干燥、露点低的氮气，特别适合作为文物保护气使用，以延缓文物因氧气和污染性气体引起的化学老化劣化作用，达到保护文物的目的。

Description

珍贵物品保护用洁净氮气制备系统及方法

技术领域

本发明属于氮气制备技术领域，尤其涉及一种珍贵物品保护用洁净氮气制备系统及方法。

背景技术

中空纤维膜分离技术是二十世纪中期发展起来的一种高新技术，利用膜组对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，达到氮氧分离的目的。采用氮气作为保护气体，延缓文物的老化劣化速度，在文物保护等领域被广泛应用。

传统的制氮系统以制备氮气为主要目的，其过滤系统仅满足膜组对进气的干燥度和灰尘颗粒度要求，对氮气中掺杂的二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧等污染性气体不做吸附过滤处理。但对于文物保护用气体而言，二氧化硫、二氧化氮、臭氧等常见的酸性气体与水发生化学反应生成酸，对文物具有腐蚀作用。因此，将传统制氮系统应用于文物保护领域存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的第一个问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种珍贵物品保护用洁净氮气制备系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，该系统包括顺次连接的空压机，第二级过滤器，多级过滤组件和氮氧分离组件；

该系统还包括加热器，所述加热器位于多级过滤组件和氮氧分离组件之间，或者位于所述多级过滤组件内部。

进一步的，所述多级过滤组件为粗过滤器，中过滤器，活性炭过滤器和精过滤器中的任意一种或两种以上的组合。

进一步的，所述氮氧分离组件为中空纤维膜组和分子筛中的至少一种。

进一步的，所述第二级过滤器和多级过滤组件的下端均设有排污阀，所述第二级过滤上设置有压力检测装置。

进一步的，所述排污阀为电控阀或手动阀，所述压力检测装置为压力变送器或电接点压力表；所述加热器上设置有温控器，所述温控器包括温度检测器和控制器。

进一步的，该系统还包括控制组件，所述控制组件控制空压机的启停、监控进气压力及控制过滤器排污时间等，所述控制组件的输出端分别与空压机的输入端，压力检测装置的输出端，以及排污阀，温控器的接线端子连接。

更进一步的，所述中空纤维膜组的孔径为0.1～75μm。

进一步的，所述第二级过滤器为气液分离器或冷干机。

更进一步的，所述粗过滤器是高效压缩空气气水分离器；所述中过滤器是凝聚式分离器，可滤除小至0.01μm的水汽、油雾和固态颗粒；所述精过滤器是超高效除油过滤器，可滤除小至0.01μm的极细小的水汽、油雾和固态颗粒。

本发明的第二个目的是提供采用上述任意一种珍贵物品保护用洁净氮气制备系统进行氮气制备的方法，具体包括如下步骤：

(1)系统运行后，空气首先经过空压机内部自带的初级过滤网，粗略地滤去空气中大体积的灰尘颗粒物；

(2)随后压缩空气转入至第二级过滤器中，经第二级过滤除去空气中的水蒸气；

(3)稳压后，再依次经过多级过滤组件除油、除水、除尘、除酸碱性气体后，得到洁净的压缩空气；

(4)洁净的压缩空气直接被送入氮氧分离组件中进行过滤或者在加热器中被加热到20℃-60℃之间后再被送入氮氧分离组件中进行过滤，分离出氧气和有害气体，实现氮氧分离；

(5)系统运行过程中，控制组件通过压力变送器对第二级过滤输出压力进行实时监测和控制，当第二级过滤气体输出压力大于压力设定值上限时，系统控制排放电磁阀打开，当压力降至压力设定值下限时，排放电磁阀关闭。

本发明具有的优点和积极效果是：本系统采用多级净化处理技术制备洁净氮气，产气速度快，洁净度高，无粉化颗粒物，静态运行，连续运行安全可靠，极少保养。膜组可将氧气、水蒸气等同时分离出去，产生极干燥、露点低的氮气，特别适合作为文物保护气使用，以延缓文物因氧气和污染性气体引起的化学老化劣化作用，达到保护文物的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的一种实施例的布局结构示意图。

1：空压机；2：压力检测装置；3：第二级过滤器；4：第一排污电磁阀；5：多级过滤组件；6：第二排污电磁阀；7：控制组件；8：氮氧分离组件；9：加热器；10：温控器

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

其中，本发明中的所述多级过滤组件5包含且不限于粗过滤器、中过滤器、活性炭过滤器和精过滤器等任意几种过滤器组合；所述多级过滤组件中的某个过滤器还可以安装在氮气出口处；本发明中的所述加热器9可以根据实际需要选择安装或者不安装，如果需要安装则可以安装在多级过滤组件5与氮氧分离组件8之间，也可以安装在多级过滤组件8内部；且所述加热器9为可以根据膜组的类型以及使用特点选择性装配；所述空压机内部有初级过滤器，主要除去空气中大部分灰尘；所述第二级过滤器3包含且不限于气液分离器、冷干机等用于压缩气体高效除水的装置；所述多级过滤组件5，主要作用是进一步除水、除油以及大气中的碳氢化合物、氯气、二氧化硫、二氧化氮、有机酸、氨气等酸碱性污染气体，保证进入氮氧分离组件的气体的洁净度较高；所述氮氧分离组件8中空纤维膜组和分子筛中的至少一种，优选中空纤维膜组，利用中空纤维膜对不同气体的渗透速率不同，让氧、二氧化碳、二氧化硫、水蒸气等渗透速率高的气体由高压内侧经由纤维壁渗出，被排出膜组，氮气等渗透速率低的气体被富集在中空纤维膜内，分离出洁净度极高的氮气。

实施例1

图1为本发明的一种具体实施例，该洁净氮气制备系统包括顺次连接的空压机1，第二级过滤器3，多级过滤组件5(其中所述多级过滤组件包括依次连接的粗过滤器，中过滤器，活性炭过滤器，精过滤器)，加热器9和氮氧分离组件8，该系统还包括控制组件7，第二级过滤器3的上部设置有压力检测装置2，下部设置有第一排污电磁阀4，多级过滤组件5下部设有第二排污电磁阀6，加热器9上设置有温控器10，该温控器10包括温度检测器和控制器。该控制组件的输出端与空压机1的输入端，压力检测装置2，第一排污电磁阀4，第二排污电磁阀6和温控器的接线端子连接。

该实施例中，所述空压机内部有初级过滤器，主要除去空气中大部分灰尘；第二级过滤器3选用气液分离器；粗过滤器为高效压缩空气气水分离器，中过滤器为凝聚式分离器，聚结细小的水汽和油雾，并可滤除小至0.01μm的颗粒(该颗粒包含水汽、油雾和固态颗粒)(0.01ppmw/w最大残留油分含量)，精过滤器为超高效除油过滤器，它可以滤除极细小的水汽和油雾，并可滤除小至0.01μm的颗粒(该颗粒包含水汽、油雾和固态颗粒)，最大残留油分含量0.001ppm，其中活性炭过滤器内设置有浮球式自动排水阀，当凝液集聚到一定高度时，浮球阀会浮起，打开排水孔，自动排液。

该系统的运行过程如下：

(1)系统运行后，空气首先经过空压机内部自带的初级过滤网，粗略地滤去空气中大体积的灰尘颗粒物，出来的压缩空气被增压至0.7MPa-1.24MPa之间；

(2)随后压缩空气转入至第二级过滤器中，经第二级过滤除去空气中的水蒸气；

(3)稳压后，再依次经过多级过滤组件除油、除水、除尘、除酸碱性气体后，得到洁净的压缩空气；

(4)洁净的压缩空气在加热器中被加热到45℃-55℃之间后，被送入中空纤维膜组进行氮氧分离组件内进行过滤，进一步除去氧气、二氧化碳、二氧化硫等，实现氮氧分离；(其中，本实施例中的加热器9可以选择性装配，且不限于本实施例的情况即若不装配加热器，压缩空气可以直接经过多级过滤除油、除水、除尘后，洁净的压缩空气被送入中空纤维膜组进行过滤，实现氮氧分离)

(5)在采用中空纤维膜组氮氧分离时，氧、二氧化碳、水蒸气等渗透速率高的“快气”在膜壁上吸附、溶解、扩散、脱溶然后逸出到膜外，从膜组的进气口处的富氧排放口排出，洁净的氮气(“慢气”)由于渗透极少，被富集在中空纤维膜内，从膜组出气口输出；

(6)系统运行过程中，控制组件通过压力变送器对第二级过滤器输出压力进行实时监测和控制，当第二级过滤气体输出压力大于1.0MPa时，系统控制排放电磁阀打开，当压力降至0.8MPa以下时，排放电磁阀关闭。

经第三方对氮气中二氧化硫、二氧化氮、臭氧等分别进行检测，检测结果分别为小于2μg/m³、小于2.5μg/m³、小于21μg/m³，结果均优于WH/T24-2006《图书馆古籍特藏书库》标准；另外，氮气露点温度为-20～-70℃。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：该系统包括顺次连接的空压机，第二级过滤器，多级过滤组件和氮氧分离组件。

2.根据权利要求1所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：该系统还包括加热器，所述加热器位于多级过滤组件和氮氧分离组件之间，或者位于所述多级过滤组件内部。

3.根据权利要求1或2所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述多级过滤组件为粗过滤器，中过滤器，活性炭过滤器和精过滤器中的任意一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求1或2所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述氮氧分离组件为中空纤维膜组和分子筛中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述第二级过滤器和多级过滤组件的下端均设有排污阀，所述第二级过滤上设置有压力检测装置。

6.根据权利要求5所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述排污阀为电控阀或手动阀，所述压力检测装置为压力变送器或电接点压力表；所述加热器上设置有温控器，所述温控器包括温度检测器和控制器。

7.根据权利要求6所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：该系统还包括控制组件，所述控制组件的输出端分别与空压机的输入端，压力检测装置的输出端，以及排污阀，温控器的接线端子连接。

8.根据权利要求4所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述中空纤维膜组的孔径为0.1～75μm；所述第二级过滤器为气液分离器或冷干机。

9.根据权利要求3所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统，其特征在于：所述粗过滤器是高效压缩空气气水分离器；所述中过滤器是凝聚式分离器，可滤除小至0.01μm的颗粒；所述精过滤器是超高效除油过滤器，可滤除小至0.01μm的颗粒。

10.使用权利要求1-9任一所述的珍贵物品保护用洁净氮气制备系统进行氮气制备的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)系统运行后，空气首先经过空压机内部自带的初级过滤网，粗略地滤去空气中大体积的灰尘颗粒物；

(2)随后压缩空气转入至第二级过滤器中，经第二级过滤除去空气中的水蒸气；

(3)稳压后，再依次经过多级过滤组件除油、除水、除尘、除酸碱性气体后，得到洁净的压缩空气；

(4)洁净的压缩空气直接被送入氮氧分离组件中进行过滤或者在加热器中被加热到20℃-60℃之间后再被送入氮氧分离组件中进行过滤，分离出氧气和有害气体，实现氮氧分离；

(5)系统运行过程中，控制组件通过压力变送器对第二级过滤输出压力进行实时监测和控制，当第二级过滤气体输出压力大于压力设定值上限时，系统控制排放电磁阀打开，当压力降至压力设定值下限时，排放电磁阀关闭。