CN1055273C - 一种制备富氮气体的装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备富氮气体的装置，该装置包括至少两个吸附塔，每个吸附塔的筒体分为上、下两段，下筒体内腔填充分子筛用于I级吸附，其下端靠近封头处及上端靠近法兰边处各装有一分流板，上筒体内腔填充分子筛用于Ⅱ级吸附，上筒体上封头内设有另一分流板，压缩空气经电磁阀进入吸附塔，在吸附时间之内空气被分离为富氮，两塔或多塔交替工作；本发明在吸附塔内以二次吸附对空气进行变压吸附制取富氮，收率高，氮气纯度可达99.5%～99.99%(N2+Ar)。
Description
本发明涉及一种制备富氮气体的装置，该装置以二次分离吸附在吸附塔的中上部采用控制富氮速度来获取99.5％-99.99％(N2+Ar)。
传统的变压吸附装置，普氮一般指99.5％(N2+Ar)以下，如要获得99.99％以上高纯度的氮气，耗电功率及其它的辅助设备等成本很高，因此世界各国专家，对此都做了很大的努力，以便寻求一种简便的方法，在低成本的条件下获得较高纯度的氮气。
本发明的目的是提供一种制备富氮气体的装置，利用双塔或三塔对空气进行二次吸附的变压吸附制取富氮，达到收率高，氮气纯度高的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种制备富氮气体的装置，主要由吸附塔组成，其特征在于：该装置包括至少两个吸附塔A和B，所述塔A、塔B的构造相同，每个吸附塔的构造包括筒体、下封头、上封头、支架；
筒体竖向放置，以法兰连接，分为上筒体、下筒体两段；
下筒体内腔填装分子筛用于1级吸附，其下端靠近封头处及上端靠近法兰边处各装有一分流板，下筒体封头下端有用法兰盘封闭的管道，该管道侧壁设有压缩空气入口d：
上筒体内部为内置圆筒，该圆筒下端连接法兰盘兼底板，其上端穿出上封头的外伸段以法兰边连接顶盖，该外伸段侧壁设有氮气出口管a，均压气口f，该圆筒内腔填充分子筛用于II级吸附，该圆筒外壁与上筒内壁之间为环形空腔用于储存氮气，该空腔靠下设有氮气入口b，该空腔另侧中部筒壁设有氮气出口e，在上筒体及上封头内设有另一分流板，该分流板同时穿过内置圆筒的横截面；
所述分流板的板面上按一定规则均匀分布排列有若干φ5和φ8通孔。
所述吸附塔A、B间的连接管道、阀门的构造为：
塔A上筒的氮气出口a的管道经电磁阀、单向阀与塔B上筒氮气出口a管路上的电磁阀、单向阀并联连通；
塔A上筒有管路经截止阀与塔B上筒相通；
塔A上套的氮气排出口e有管路连通塔B上套氮气排出口e且该管路连通截止阀；
塔A上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀；
塔B上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀；
塔A和塔B的下筒各有压缩空气入口d；其管路各经电磁阀互通且连接于空气入口，同时该管路各经电磁阀通往解吸气出口；
在A、B塔之间设置有截止阀，且该截止阀是常开状态；
所述吸附塔的底部装有Al2O3，吸附塔的上部和下部装有CMS分子筛，外部储存氮气，使与吸附塔的压力相平衡；
所述吸附塔为三级分流，即吸附塔底部在下封头为一级分流，其通气率为45％。二级分流在整体吸附塔的总高的61.8％处，其通气率为40％，第三级分流在二次吸附塔的上部，其通气率为30％；
装置中吸附塔的数量可以大于二，例如三塔、四塔……，各相邻两塔之间的管路和阀门的设置与所述A、B两塔之间的管路、阀门相同。
本发明有以下积极有益的效果：
本发明利用双塔或三塔对空气进行二次吸附的变压吸附，与普通一次吸附的变压吸附制取富氮相比，具有收率高、氮气纯度高，工艺合理，结构更紧凑等优点，氮的纯度可达99.9％-99.99％(N2+Ar)。
现结合附图进行说明：
图1是本发明利用双塔制取富氮的吸附装置的结构示意图。
图2是图1中一个吸附塔的结构示意图。
附图编号：
A、B.吸附塔
1.空气入口 2.解吸气出口
3、4、5、6、7、8.电磁阀，
9、10、11、12.单向阀 13、14.截止阀
101.筒体 102.下封头
103.上封头 104.法兰
105.法兰兼底板 106.支架
110.下筒体 120.上筒体
121.储存氮气的环形空腔 122.上筒体顶部法兰
123.下封头底部管道 131.分流板
132.分流板 133.分流板
a.氮气出口 b.氮气入口
d.压缩空气入口 e.氮气出口
f.均压气口 I.1级吸附
II.2级吸附
请参照图1、图2，本发明是一种制备富氮气体的装置，其特征在于：该装置包括至少两个吸附塔A和B，所述塔A、塔B的构造相同，其构造包括筒体101、下封头102、上封头103、支架106。
请参照图2，筒体101竖向放置，以法兰104、105连接，分为上筒体120、下筒体110两段；
下筒体110内腔填装分子筛用于I级吸附，其下端靠近封头102处及上端靠近法兰104边处各装有一分流板131、132，下筒体封头102下端有用法兰盘封闭的管道123，该管道侧壁设有压缩空气入口d；
上筒体120内部为内置圆筒，该圆筒下端连接法兰盘兼底板105，其上端穿出上封头103的外伸段以法兰边连接顶盖，该外伸段侧壁设有氮气出口管a，均压气口f，该圆筒内腔填充分子筛用于II级吸附，该圆筒外壁与上筒内壁之间为环形空腔121用于储存氮气，该空腔121靠下设有氮气入口b，该空腔121另侧中部筒壁设有氮气出口e，在上筒体120及上封头103内设有另一分流板133，该分流板同时穿过内置圆筒120的横截面；
所述分流板131、132、133的板面上按一定规则均匀分布排列有若干φ5和φ8通孔。
请参照图1，所述吸附塔A、B间的连接管道、阀门的构造为：
塔A上筒的氮气出口a的管道经电磁阀8、单向阀10与塔B上筒氮气出口a管路上的电磁阀7、单向阀9并联连通；
塔A上筒有管路经截止阀13与塔B上筒相通；
塔A上套的氮气排出口e有管路连通塔B上套氮气排出口e且该管路连通截止阀14；
塔A上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀11；
塔B上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀12；
塔A和塔B的下筒各有压缩空气入口d；其管路各经电磁阀4.5互通且连接于空气入口1，同时该管路各经电磁阀3.6通往解吸气出口2；
其吸附过程为：压缩空气由1经电磁阀4进入吸附塔A，吸附时间65秒-120秒之间，在吸附时间之内被分离的氮气经单向阀11，通过b入口进入A塔上部的氮气贮存外套，当吸附时间结束后，A塔的气体通过a经单向阀9、电磁阀7而进入吸附塔B，当B塔接收到确认的压力后，A塔通过电控阀3进行解吸，同时B塔开始工作，其工作过程与A塔相同，A、B塔交替工作。
为了提高吸附塔的工作效率，本装置增加了反吹设施，在A、B塔之间设置有截止阀13，且该截止阀13是常开状态。
其中吸附塔的底部装有Al2O3，吸附塔的上部和下部装有CMS分子筛。
所述整体通气率为吸附空气入口占进总量通气率的百分之三十，即二次吸附通气率为一次吸附透气量的30％，一次吸附空气入口量为100Nm3/h，那么二次吸附其通气量为100Nm3/h×30％＝30Nm3/h，也就是说30Nm3/h即是成品氮气，纯度取决于时间65秒-120秒，压力0.68Mpa-0.85Mpa。通过调节吸附时间、压力纯度可达到99.5％-99.99％(N2+Ar)。
所述吸附塔为三级分流，即吸附塔底部在下封头为一级分流，其通气率为45％。二级分流在整体吸附塔的总高的61.8％处，其通气率为40％，第三级分流在二次吸附塔的上部，其通气率为30％。
所述吸附塔的上部为复合结构，在内部充填分子筛，外部储存氮气，使与吸附塔的压力相平衡。
均压时采用非全压均压，将A塔向B塔移动时，人为的控制确认的量(由过渡压力表显示)即产生了A、B塔的压差，B塔的压力为A塔的1/3，当B塔向A塔移动时A塔的压力应为B塔的1/3。
装置中吸附塔的数量可以大于二，例如三塔、四塔……，各相邻两塔之间的管路和阀门的设置与所述A、B两塔之间的管路、阀门相同。
本发明的工作过程：
1.气源部份：
本发明变压吸附装置的气源系统，采用专利ZL92.2.2.36007.3的技术，即空气露点≤-45℃，为了保证小于-45℃采用了控制空气的温度及增加精密过滤2-3级，在保证压力降不小于0.08Mpa的前提下以便使碳分子筛充分达到其性能指标及寿命见图IV。
2.因为CMS分子筛在吸附和解吸时是一个放热和吸热的过程，因此吸附的温度应控制在15℃-20℃的范围之内。
3.吸附压力
变压吸附的常压解吸因省略了真空系统解吸时不够充分，分子筛的微孔所吸附的氮分子及分子筛自由空间的气相组份，保留了常压下(一个大气压)的定量，因此在吸附时相应的较真空解吸应提高吸附压力，一般在0.68Mpa-0.85Mpa为宜。
4.空气速度
对于空气进入吸附塔的速度要求应该说是较严格的，吸附速度的快慢取决于分子筛的特性如德国的BF分子筛，日本的武田分子筛及其国产分子筛吸附特性皆不同，也就是说吸附时间的范围也不同。吸附塔的径高比不同，吸附时间也不同，因此本发明在控制空气速度方面基本上掌握了其规律性，最主要的是掌握吸附塔的穿透时间及饱和度时间，本工艺采取的径高比一般在1∶1.8-1∶3.5，吸附时间65秒-120秒。
5.当洁净的空气或含氮的其它气相组份，经除油、除尘后其露点达到≤-45℃后即进入吸附塔A。一般情况下2秒气体可穿透一级吸附分子筛床身，＞3秒时气体可穿透二级吸附分子筛床身，然后吸附塔A缓慢充压，当吸附压力＞氮气储存压力时，即氮气由吸附塔上部排出，此时的压力为A塔饱和压力的初起点，随压力不断的提高，氮气不断的排出，吸附时间由65秒-120秒范围内来调试，根据流量和纯度的具体要求最后确认时间。
非全压均压后A塔即进行解吸，由于采用二次吸附，对于常压解吸来说困难较大，所以必须增加连续反吹(清洗)辅助设施。反吹量＜吸附压力的15％为宜，如间断反吹其反吹压力＞0.15Mpa。小于0.2Mpa。
以上A、B塔交替连续工作可获得较富氮气的纯度99.5％-99.99％(N2+Ar)。
本发明主要解决了在同一吸附塔内由一次吸附改为二次吸附，因此吸附塔的结构是本发明的核心技术，同时为变压吸附技术注入了新的活力，为解决低成本制取高纯度氮气获得了成功。
Claims (1)
1.一种制备富氮气体的装置，主要由吸附塔组成，其特征在于：该装置包括至少两个吸附塔A和B，所述塔A、塔B的构造相同，每个吸附塔的构造包括筒体(101)、下封头(102)、上封头(103)、支架(106)；
筒体(101)竖向放置，以法兰(104)、(105)连接，分为上筒体(120)、下筒体(110)两段；
下筒体(110)内腔填装分子筛用于I级吸附，其下端靠近封头(102)处及上端靠近法兰(104)边处各装有一分流板(131)、(132)，下筒体封头(102)下端有用法兰盘封闭的管道(123)，该管道侧壁设有压缩空气入口d；
上筒体(120)内部为内置圆筒，该圆筒下端连接法兰盘兼底板(105)，其上端穿出上封头(103)的外伸段以法兰边连接顶盖，该外伸段侧壁设有氮气出口管a，均压气口f，该圆筒内腔填充分子筛用于II级吸附，该圆筒外壁与上筒内壁之间为环形空腔(121)用于储存氮气，该空腔(121)靠下设有氮气入口b，该空腔(121)另侧中部筒壁设有氮气出口e，在上筒体(120)及上封头(103)内设有另一分流板(133)，该分流板同时穿过内置圆筒(120)的横截面；
所述分流板(131)、(132)、(133)的板面上按一定规则均匀分布排列有若干φ5和φ8通孔；
所述吸附塔A、B间的连接管道、阀门的构造为：
塔A上筒的氮气出口a的管道经电磁阀(8)、单向阀(10)与塔B上筒氮气出口a管路上的电磁阀(7)、单向阀(9)并联连通；
塔A上筒有管路经截止阀(13)与塔B上筒相通；
塔A上套的氮气排出口e有管路连通塔B上套氮气排出口e且该管路连通截止阀(14)；
塔A上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀(11)；
塔B上筒的均压气口f与上套氮气出口b之间有管路连通，该管路装有单向阀(12)；
塔A和塔B的下筒各有压缩空气入口d；其管路各经电磁阀(4)、(5)互通且连接于空气入口(1)，同时该管路各经电磁阀(3)、(6)通往解吸气出口(2)；
在A、B塔之间设置有截止阀(13)，且该截止阀(13)是常开状态；
所述吸附塔的底部装有Al2O3，吸附塔的上部和下部装有CMS分子筛，外部储存氮气，使与吸附塔的压力相平衡；
所述吸附塔为三级分流，即吸附塔底部在下封头为一级分流，其通气率为45％。二级分流在整体吸附塔的总高的61.8％处，其通气率为40％，第三级分流在二次吸附塔的上部，其通气率为30％；
装置中吸附塔的数量可以大于二，例如三塔、四塔……，各相邻两塔之间的管路和阀门的设置与所述A、B两塔之间的管路、阀门相同。
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| CN1205305A CN1205305A (zh) | 1999-01-20 |
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