CN106276823B - 低露点变压吸附制氮装置和工艺流程 - Google Patents

低露点变压吸附制氮装置和工艺流程 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，该低露点变压吸附制氮装置包括：压缩机；分液罐；两吸附塔，出口之间设置有均压管线以及吹扫管线，入口之间连接有排气管线，吸附塔内由上至下填设有制氮碳分子筛床层以及能吸附水蒸汽的吸附干燥床层；除尘缓冲器，入口端连接有输气管线，两吸附塔的出口对应通过第一出气管线及第二出气管线与输气管线相连接；其中，排气管线上连接有放空消音器，放空消音器位于第一再生气放空阀及第二再生气放空阀之间，两吸附塔的入口对应通过第一进气管线及第二进气管线与分液罐相连通。本发明简化整个工艺流程，节省和减少了设备、阀门，同时巧妙地将解吸气用作了干燥用的再生气，提高了压缩空气的利用效率。

Description

低露点变压吸附制氮装置和工艺流程
技术领域
本发明属于石油化工、化工、油气田等用氮领域，具体而言，涉及一种低露点变压吸附制氮装置和工艺流程。
背景技术
在现有的作业中，是通过PSA(Pressure Swing Adsorption，变压吸附法)分离工艺，利用碳分子筛从压缩空气中分离出氮气，然而，由于碳分子筛的吸水能力较差，导致所得氮气含水量较大，其压力露点一般大于-10℃，而大多工作条件下需要氮气的压力露点低，例如在LNG项目要求压力露点为-70℃。为此，为生产出满足要求的低露点氮气，现在的PSA制氮流程是在制氮装置前加干燥器，以先对制氮原料进行干燥，具体可参见如图3所示，在该图中，是在分液罐2’与吸附塔4’之间设置干燥器3’(如冷干机或吸干机)，当压缩机1’提供的压缩空气经分液罐2’输出时，通过两干燥塔3’的吸附、均压、解吸以及吹扫过程，以交替工作并吸附压缩空气中的水，使压缩空气具有较高的干燥度，为后续生产出符合要求的低露点氮气创造条件，之后，两吸附塔4’通过的吸附、均压、解吸以及吹扫过程，利用压缩空气通过两者内部的碳分子筛氧气及二氧化碳等，交替输出低露点氮气，以满足需要。
然而，在该工艺中，由于压缩空气需要先通过干燥器进行干燥，再由吸附塔吸附氧气及二氧化碳等杂质介质，存在再生干燥器以及PSA制氮两个工艺流程，设备较多，流程长，而且PSA制氮在解吸过程的再生气体不能与干燥器共用，会额外消耗一定的原料气，不利于节约能源，生产成本高。
有鉴于此，本发明人根据从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，简化了制取低露点氮气工艺流程，使干燥和制氮两种过程在一个工艺中实现，同时利用碳分子筛的解吸气作为干燥剂的再生气，提高了压缩空气的利用效率。
为此，本发明提出一种低露点变压吸附制氮装置，包括一压缩机以及一通过管线与所述压缩机相连接的分液罐，其还包含：
呈左右并列设置的两吸附塔，其出口之间设置有一均压管线以及一吹扫管线，其入口之间连接有一排气管线，所述均压管线上安装有一均压阀，所述吹扫管线上设置有一吹扫气控制阀，所述排气管线上间隔设置有第一再生气放空阀及第二再生气放空阀，所述吸附塔内由上至下填设有一制氮碳分子筛床层以及一能吸附水蒸汽的吸附干燥床层；
除尘缓冲器，其入口端连接有输气管线，两所述吸附塔的出口对应通过第一出气管线及第二出气管线与所述输气管线相连接；
其中，所述排气管线上连接有一放空消音器，所述放空消音器位于所述第一再生气放空阀及第二再生气放空阀之间，两所述吸附塔的入口对应通过第一进气管线及第二进气管线与所述分液罐相连通，所述第一进气管线、第二进气管线、第一出气管线以及第二出气管线分别为具有通断功能的管线。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述制氮碳分子筛床层包括有一筛孔分隔板，所述筛孔分隔板水平固定于所述吸附塔内，并将所述吸附塔的内腔分隔为一上层空间以及一下层空间，所述上层空间内装填有碳分子筛，所述下层空间内设有能吸附水蒸汽的所述吸附干燥床层。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述筛孔分隔板上设有一第一下分隔层以及第一上分隔层，所述第一下分隔层为多个铺设在所述筛孔分隔板上的第一下瓷球，所述第一上分隔层为多个铺设在所述第一下分隔层的第一上瓷球，所述第一上瓷球的外径小于所述第一下瓷球的外径，其中，所述碳分子筛位于所述第一上分隔层的上侧。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述吸附干燥床层包括有一吸附剂支撑筛板，所述吸附剂支撑筛板与所述吸附塔的内侧壁连接固定，所述下层空间内装填能吸附水蒸汽的吸附干燥剂，所述吸附干燥剂位于所述吸附剂支撑筛板的上侧。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述吸附剂支撑筛板上设有一第二下分隔层以及第二上分隔层，所述第二下分隔层为多个铺设在所述筛孔分隔板下的第二下瓷球，所述第二上分隔层为多个铺设在所述第二下分隔层的第二上瓷球，所述第二上瓷球的外径小于所述第二下瓷球的外径，其中，所述吸附干燥剂位于所述第二上分隔层的上侧。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述吸附干燥剂为13X分子筛干燥剂或活性氧化铝干燥剂，或者，所述吸附干燥剂为由上至下依次填充于所述下层空间内的13X分子筛干燥剂及活性氧化铝干燥剂。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述吸附塔的外侧壁上安装有分别呈倾斜向下设置的一碳分子筛卸料管、一干燥吸附剂装料管以及一干燥吸附剂卸料管，所述碳分子筛卸料管的上端口相邻于所述筛孔分隔板上侧，并与所述上层空间相连通，所述干燥吸附剂装料管的下端口相邻于所述筛孔分隔板下侧，并与所述下层空间相连通，所述干燥吸附剂卸料管的上端口相邻于所述吸附剂支撑筛板的上侧，并与所述吸附塔的下层空间相连通。
如上所述的低露点变压吸附制氮装置，其中，所述第一进气管线上设置有第一进气阀，所述第二进气管线上安装有第二进气阀，所述第一出气管线上设有第一出气阀，所述第二出气管线上安装第二出气阀，所述第一进气管线及第二进气管线进一步通过一出口管线与所述分液罐相连接。
本发明还提出一种上述的低露点变压吸附制氮装置的工艺流程，由压缩机通过管线为分液罐提供压缩空气，所述工艺流程包括以下步骤：
1)使第一进气管线及第一出气管线分别处于连通状态，其中一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，另一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；
2)关断第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，其中一吸附塔进行均压，另一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第一进气管线及第一出气管线；
3)使第二进气管线及第二出气管线分别处于连通状态，另一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，其中一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；
4)关断第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，另一吸附塔进行均压，其中一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第二进气管线及第二出气管线；
5)按步骤1)至步骤4)循环作业……。
如上所述的工艺流程，其中，将原低露点制氮系统的干燥过程和制氮过程不同的的操作过程和操作周期统一成一种操作过程和操作周期；另外利用了制氮过程的解吸气充作了干燥过程的再生气。
本发明提供的低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，包括有压缩机、分液罐、吸附塔以及除尘缓冲器等，利用在吸附塔内装设置附制氮床层以及吸附干燥床层，通过吸附干燥床层及制氮碳分子筛床层的依次工作，实现了压缩空气在同一吸附塔内的先干燥后分离的功能。
与现有技术相比，本发明简化了压缩空气的制氮流程，使干燥和制氮两种过程在一个吸附工艺中同时实现，既保证氮气的露点满足相关要求，还能共用制氮时的解吸再生的气体，即利用制氮解吸出的干燥富氧气体，向下通过吸附干燥床层的干燥吸附剂时进行干燥，能实现废物利用，提高压缩空气利用效率，能节省处理原料气15％以上，提高产品收益率；由于不再单独设置干燥器，减少了设备、管线及阀门数量，既缩短了工艺流程，减少了压缩空气流经管线过程，从而减少压降时间，节约一定压缩空耗，还能降低及节约设备投资，有利于设备布置，节省干燥器的布置及管道占地。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明的低露点变压吸附制氮装置的组成结构示意图。
图2为本发明的低露点变压吸附制氮装置中吸附塔的结构示意图。
图3为现有的低露点变压吸附制氮装置中吸附塔的结构示意图。
主要元件标号说明：
1 压缩机 2 分液罐
21 管线 22 出口管线
3、3" 吸附塔 301 上层空间
302 下层空间 31 筛孔分隔板
32 碳分子筛 33 第一下分隔层
331 第一下瓷球 34 第一上分隔层
341 第一上瓷球 35 吸附剂支撑筛板
36 吸附干燥剂 37 第二下分隔层
371 第二下瓷球 38 第二上分隔层
381 第二上瓷球 391 碳分子筛卸料管
392 干燥吸附剂装料管
4 除尘缓冲器 41 输气管线
51 第一出气管线 52 第二出气管线
53 第一出气阀 54 第二出气阀
6 均压管线 61 均压阀
7 吹扫管线 71 吹扫气控制阀
8 排气管线 81 第一再生气放空阀
82 第二再生气放空阀 83 放空消音器
91 第一进气管线 92 第二进气管线
93 第一进气阀 94 第二进气阀
具体实施方式
为此，本发明提出一种低露点变压吸附制氮装置，其包括有：压缩机；分液罐，其通过管线与所述压缩机的出口相连接；呈左右并列设置的两吸附塔，其出口之间设置有一均压管线以及一吹扫管线，其入口之间连接有一排气管线，所述均压管线上安装有一均压阀，所述吹扫管线上设置有一吹扫气控制阀，所述排气管线上间隔设置有第一再生气放空阀及第二再生气放空阀，所述吸附塔内由上至下填设有一制氮碳分子筛床层以及一能吸附水蒸汽的吸附干燥床层；除尘缓冲器，其入口端连接有输气管线，两所述吸附塔的出口对应通过第一出气管线及第二出气管线与所述输气管线相连接；其中，所述排气管线上连接有一放空消音器，所述放空消音器位于所述第一再生气放空阀及第二再生气放空阀之间，两所述吸附塔的入口对应通过第一进气管线及第二进气管线与所述分液罐相连通，所述第一进气管线、第二进气管线、第一出气管线以及第二出气管线分别为具有通断功能的管线。
本发明还提出一种如上所述的低露点变压吸附制氮装置的工艺流程，由压缩机通过管线为分液罐提供压缩空气，所述工艺流程包括以下步骤：1)使第一进气管线及第一出气管线分别处于连通状态，其中一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附作业，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；与此同时，依次打开第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，另一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；2)关断第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，其中一吸附塔进行均压，另一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第一进气管线及第一出气管线；3)使第二进气管线及第二出气管线分别处于连通状态，另一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；与此同时，依次打开第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，其中一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；4)关断第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，另一吸附塔进行均压，其中一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第二进气管线及第二出气管线；5)按步骤1)至步骤4)循环作业……。
本发明的低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，简化了压缩空气的制氮流程，使干燥和制氮两种过程在一个吸附工艺中同时实现，节省设备、阀门和管道的数量及成本投入，同时提高了原料压缩空气的利用效率。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的低露点变压吸附制氮装置和工艺流程的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为本发明的低露点变压吸附制氮装置的组成结构示意图，图中箭头为气流方向。图2为本发明的低露点变压吸附制氮装置中吸附塔的结构示意图。
如图1所示，本发明提出的低露点变压吸附制氮装置，其包括有压缩机1、分液罐2、两吸附塔3、3"(为便于理解，此处以不同标号标示)以及除尘缓冲器4，其中：
所述分液罐2通过管线21与所述压缩机1的出口相连接，在所述压缩机1工作时，便于将压缩空气输送至分液罐2，使压缩空气中的液体(如水)尽可能多的分离出来；
如图1所述，两所述吸附塔3、3"呈左右并列设置，两者的出口之间设置有一均压管线6以及一吹扫管线7，两者的入口之间连接有一排气管线8，所述均压管线6上安装有一均压阀61，所述吹扫管线7上设置有一吹扫气控制阀71，所述排气管线8上间隔设置有第一再生气放空阀81及第二再生气放空阀82，第一进气阀93第二进气阀94，所述吸附塔3(3")内由上至下填设有一用于吸附氧气与二氧化碳等杂质气体的制氮碳分子筛床层31(如碳分子筛)、以及一能吸附水的吸附干燥床层32(如吸附干燥剂)；
所述除尘缓冲器4的入口端连接有输气管线41，两所述吸附塔3、3"的出口对应通过第一出气管线51及第二出气管线52与所述输气管线41相连接；
其中，所述排气管线8上连接有一放空消音器83，所述放空消音器83位于所述第一再生气放空阀81及第二再生气放空阀82之间，两所述吸附塔3、3"的入口对应通过第一进气管线91及第二进气管线92与所述分液罐2相连通，所述第一进气管线91、第二进气管线92、第一出气管线51以及第二出气管线52分别为具有通断功能(即连通及关断功能)的管线第一进气阀93第二进气阀94。
本发明提出的低露点变压吸附制氮装置，在实施应用中，当所述分液罐2中的压缩空气输送至所述吸附塔的下端后，通过所述吸附塔内的吸附干燥床层32，能先行将压缩空气中的水吸附，之后，得以干燥的压缩空气再通过制氮碳分子筛床层31，能将其中的氧气及二氧化碳等介质吸附，从而分离出符合要求的低露点氮气。由此，本发明在同一吸附塔内能实现压缩空气的先干燥后分离，缩短了工艺流程，减少了压缩空气所流经的管线，从而减少处理时间。
请参见图2，所述制氮碳分子筛床层包括有一筛孔分隔板31，所述筛孔分隔板水平固定于所述吸附塔内，并将所述吸附塔的内腔分隔为一上层空间301以及一下层空间302，所述上层空间301内装填有用于吸附氧气及二氧化碳的碳分子筛32，所述下层空间302内设有能吸附水蒸汽的所述吸附干燥床层。其中，通过设置所述筛孔分隔板31，可以将碳分子筛32与所述吸附干燥床层分隔开，至于该碳分子筛32的用量，可根据吸附塔的容积、实际工作要求等填装，在此不做限定。
其中，所述筛孔分隔板31上设有一第一下分隔层33以及第一上分隔层34，所述第一下分隔层33为多个铺设在所述筛孔分隔板31上的第一下瓷球331，所述第一上分隔层34为多个铺设在所述第一下分隔层33的第一上瓷球341，所述第一上瓷球341的外径小于所述第一下瓷球331的外径，其中，所述碳分子筛33位于所述第一上分隔层34的上侧。在具体应用时，可先将多个第一下瓷球331铺设在所述第一分隔层33上，然后将多个第一上瓷球341铺设于第一下瓷球331形成的第一下分隔层33上，最后，再将碳分子筛33填装于该第一上分隔层34上侧。
通过设置第一下分隔层33及第一上分隔层34，既能承托碳分子筛33，更好的避免从筛孔分隔板31洒落，还能使压缩空气从各第一下瓷球331、各所述第一上瓷球341的间隙均匀向上流动，充分与碳分子筛33接触，保证氮气的纯度。
较佳地，所述吸附干燥床层包括有一吸附剂支撑筛板35，所述吸附剂支撑筛板35与所述吸附塔的内侧壁连接固定，所述下层空间302内装填能吸附水蒸汽的吸附干燥剂36，所述吸附干燥剂36位于所述吸附剂支撑筛板35的上侧。在实际使用中，通过调整该碳分子筛33、所述吸附干燥剂36的装填量，能生产出不同产品纯度和压力露点的氮气，满足了多样化的使用要求。
进一步地，所述吸附剂支撑筛板35上设有一第二下分隔层37以及第二上分隔层38，所述第二下分隔层37为多个铺设在所述筛孔分隔板35下的第二下瓷球371，所述第二上分隔层38为多个铺设在所述第二下分隔层37的第二上瓷球381，所述第二上瓷球384的外径小于所述第二下瓷球371的外径，其中，所述吸附干燥剂36位于所述第二上分隔层38的上侧。
优选的是，所述吸附干燥剂36为13X分子筛干燥剂或活性氧化铝干燥剂，可根据具体情况选用，其中，活性氧化铝是获取压力露点-40℃左右压缩空气的当然选择，但是13X分子筛在低水分环境下的吸附能力更强,适用于极干燥压缩空气(压力露点低于-60℃)，但其机械强度及抗水滴性能并不理想。因此，在图2所示的实施方式中，所述吸附干燥剂36为由上至下依次填充于所述下层空间内的13X分子筛干燥剂361及活性氧化铝干燥剂362，以期获得最佳效果，更充分的干燥压缩空气,从而减少上述各阀门运动次数。
如图2所示，为便于更换所述碳分子筛33、所述吸附干燥剂36，在所述吸附塔的外侧壁上安装有分别呈倾斜向下设置的一碳分子筛卸料管391、一干燥吸附剂装料管392以及一干燥吸附剂卸料管393，所述碳分子筛卸料管391的上端口相邻于所述筛孔分隔板31上侧，并与所述上层空间301相连通，所述干燥吸附剂装料管392的下端口相邻于所述筛孔分隔板31的下侧，并与所述下层空间302相连通，所述干燥吸附剂卸料管3的上端口相邻于所述吸附剂支撑筛板35的上侧，并与所述下层空间302相连通。
另外，所述第一进气管线91上设置有第一进气阀93，所述第二进气管线901上安装有第二进气阀94，所述第一出气管线51上设有第一出气阀53，所述第二出气管线52上安装第二出气阀54，以通过各阀门对应控制各管线的连通及关断，在实际工作中，前述各阀门优选为电磁控制阀门，能实现全自动控制。另外，所述第一进气管线91及第二进气管线92进一步通过一出口管线22与所述分液罐2相连接。
本发明还提出一种低露点变压吸附制氮装置的工艺流程，由压缩机1通过管线21为分液罐22提供压缩空气，所述工艺流程包括以下步骤：
1)使第一进气管线91及第一出气管线51分别处于连通状态，其中一吸附塔3(图1中为左侧的吸附塔)对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第二再生气放空阀82及吹扫气控制阀71，另一吸附塔3"(图1中为右侧的吸附塔)进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器83释放时，对干燥吸附床层进行干燥。
具体而言，在此过程中，一方面，分液罐2中的压缩空气经出口管线22及第一进气管线91输送至其中一所述吸附塔3内，由下至上经过其中一吸附塔3的吸附干燥床层及制氮碳分子筛床层，对压缩空气进行干燥、吸附并过滤出氮气，经第一出气管线51将氮气经输气管线41输送至除尘缓冲器4，另一方面，另一吸附塔3"的内部通过第二再生气放空阀82、放空消音器83与外界大气相通以降压，随着其内部压力的降低，其内部的制氮碳分子筛床层进行解吸，即该制氮碳分子筛床层先前吸附的氧气、二氧化碳甚至氮气等气体解吸再生出来，经由放空消音器83被释放入大气中，以使另一吸附塔3"的内部压力为常压状态。
在该作业中，随着另一吸附塔3"内部压力的降低，其内部的制氮碳分子筛床层释放所吸附的对氧气及二氧化碳等气体，以实现再生，利于制氮碳分子筛床层的循环使用，并且，在该作业中，利用制氮解吸出的再生解吸气(干燥富氧气体)作为干燥剂的再生气，在向下通过吸附干燥床层时，能对其进行干燥，实现了废物利用，提高了压缩空气利用效率，达到共用再生气体的目的；
另外，在吹扫中，其中一吸附塔3内的部分氮气经吹扫管线7进入另一吸附塔3"内，并经过放空消音器83释放至大气时，可以对另一吸附塔3"的吸附床层进一步吹扫及干燥；
2)关断第二再生气放空阀82及吹扫气控制阀71，打开均压阀61，其中一吸附塔3进行均压，另一吸附塔3"进行冲压，以将其中一吸附塔3内的部分氮气通过均压管线6分流进入另一吸附塔3"，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀61、第一进气管线91及第一出气管线51。
3)使第二进气管线92及第二出气管线52分别处于连通状态，另一吸附塔3"对压缩空气干燥及进行吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第一再生气放空阀81及吹扫气控制阀71，其中一吸附塔3进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥。
该步骤的作用与步骤1)相类似，即区别仅在于是通过另一吸附塔3"进行制氮，而对其中一吸附塔3的吸附干燥床层进行干燥，在此不再赘述。
4)关断第一再生气放空阀81及吹扫气控制阀71，打开均压阀61，另一吸附塔3"进行均压，其中一吸附塔3进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀61、第二进气管线92及第二出气管线52。
本发明的低露点变压吸附制氮装置的工艺流程，改变了现有干燥器的管道流程、操作过程控制时间等参数，减少了设备、管线及阀门数量，使干燥和制氮两种过程在一个吸附工艺中同时实现，缩短了工艺流程及工作时间。
由于本发明的各步骤同样是吸附、均压、再生、吹扫等过程，因此，在实际使用中，本发明的操作流程及相关的操作参数(如时间、操作周期)等，可参考现有PSA制氮工艺，能减少现场作业时的负担，尤其适用于对现有设备的改造后，将现有PSA制氮工艺过程直接移植至本发明中，以快速实现生产效益。
较佳地，本装置和工艺流程，将原低露点制氮系统的干燥过程和制氮过程不同的操作过程和操作周期统一成一种操作过程和操作周期；另外利用了制氮过程的解吸气充作了干燥过程的再生气。
其中，对于本发明的两吸附塔，优选采用如下表一所示的时间进行流程控制：
表一：两吸附塔在工作时间上的对应关系
其中，对于本发明中提及的吸附干燥剂，其用量还可根据如下公式计算得出：m＝100*V*1.293*(m0-m’)*150％/M，其中：m—所需干燥剂质量，kg；m0—饱和压缩空气含水量；m’—干燥压缩空气含水量；M—干燥剂吸附容量,500g水/100kg干燥剂；V—单塔吸附时间内压缩空气的处理量，300Nm3；150％—装填安全系数。
比如：以40℃压缩空气，-40℃干燥目标为例，压缩空气处理量设定为3600Nm3/h，单塔吸附周期设定为1min，工作压力为0.8MPa，V选值为60Nm3，m0选值为5.79g/kg，m’选值为0.01g/kg，M选值为500g水/100kg，根据上述公式计算可知，该单塔吸附剂装填量约135kg。
当然，对于吸附干燥剂的填装量，可也参照该公式计算得出，以满足使用需要。
与现有技术相比，本发明提出的低露点变压吸附制氮装置的工艺流程，利用解吸过程中碳分子筛解吸再生出的干燥富氧空气，在向下通过吸附干燥床层时，能干燥吸附干燥剂，实现了废物利用，提高了压缩空气利用效率，达到共用再生气体的目的，比如，假设氮气纯度99.9％的制氮机空氮比为3.3:1；则3600Nm3/h压缩空气可以产出1090Nm3/h合格氮气，余下大约2510Nm3/h氧气及二氧化碳等气体则被碳分子筛吸附，在解吸再生后，该解吸气体向下通过13X分子筛干燥剂及活性氧化铝干燥剂后，自放空消音器放空，一并实现对吸附干燥剂所吸附的水进行解吸以干燥。由此，在本发明中，其解吸氮气量约为干燥空气的14％，而高达69.7％的解吸气体能完成对吸附干燥床层的干燥，实现了废气的再利用。
本发明提供的低露点变压吸附制氮装置和工艺流程，利用在同一吸附塔内装填制氮碳分子筛床层以及吸附干燥床层，将吸附干燥床层的吸附干燥剂装填在制氮碳分子筛床层的碳分子筛之前，实现了压缩空气在同一吸附塔内的先干燥后分离，既缩短了工艺流程，减少了压缩空气流经管线过程，从而减少压降时间，节约一定压缩空耗，还能降低及节约设备投资，有利于设备布置，节省干燥器的布置及管道占地，最重要的是，与现有技术相比，本发明用解吸气体顶替新鲜原料压缩空气当作干燥剂的再生气，从而实现了PSA制氮的解吸气的废物利用和提高了原料气的利用率。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种低露点变压吸附制氮工艺流程，由压缩机通过管线为分液罐提供压缩空气，低露点变压吸附制氮装置包括一压缩机、一通过管线与所述压缩机相连接的分液罐、呈左右并列设置的两吸附塔以及除尘缓冲器，两所述吸附塔的出口之间设置有一均压管线以及一吹扫管线，其入口之间连接有一排气管线，所述均压管线上安装有一均压阀，所述吹扫管线上设置有一吹扫气控制阀，所述排气管线上间隔设置有第一再生气放空阀及第二再生气放空阀，所述吸附塔内由上至下填设有一制氮碳分子筛床层以及一能吸附水蒸汽的吸附干燥床层，所述除尘缓冲器，其入口端连接有输气管线，两所述吸附塔的出口对应通过第一出气管线及第二出气管线与所述输气管线相连接，其中，所述排气管线上连接有一放空消音器，所述放空消音器位于所述第一再生气放空阀及第二再生气放空阀之间，两所述吸附塔的入口对应通过第一进气管线及第二进气管线与所述分液罐相连通，所述第一进气管线、第二进气管线、第一出气管线以及第二出气管线分别为具有通断功能的管线，其中，所述工艺流程包括以下步骤：
1)使第一进气管线及第一出气管线分别处于连通状态，其中一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，另一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；
在吹扫中，其中一吸附塔内的部分氮气经吹扫管线进入另一吸附塔内，并经过放空消音器释放至大气时，以对另一吸附塔的吸附床层进一步吹扫及干燥，使干燥和制氮两种过程在一个工艺中实现；
2)关断第二再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，其中一吸附塔进行均压，另一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第一进气管线及第一出气管线；
3)使第二进气管线及第二出气管线分别处于连通状态，另一吸附塔对压缩空气进行干燥及吸附，并将制出的氮气输出至除尘缓冲器；
与此同时，依次打开第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，其中一吸附塔进行解吸及吹扫，在解吸过程中，其制氮碳分子筛床层解吸出的气体向下通过干燥吸附床层及放空消音器释放时，对干燥吸附床层进行干燥；
4)关断第一再生气放空阀及吹扫气控制阀，打开均压阀，另一吸附塔进行均压，其中一吸附塔进行冲压，使两吸附塔内的压力趋于均衡，之后，关断均压阀、第二进气管线及第二出气管线；
5)按步骤1)至步骤4)循环作业。
2.如权利要求1所述的工艺流程，其特征在于，将原低露点制氮系统的干燥过程和制氮过程不同的操作过程和操作周期统一成一种操作过程和操作周期；另外利用了制氮过程的解吸气充作了干燥过程的再生气。
3.如权利要求1所述的工艺流程，其特征在于，所述制氮碳分子筛床层包括有一筛孔分隔板，所述筛孔分隔板水平固定于所述吸附塔内，并将所述吸附塔的内腔分隔为一上层空间以及一下层空间，所述上层空间内装填有碳分子筛，所述下层空间内设有能吸附水蒸汽的所述吸附干燥床层。
4.如权利要求3所述的工艺流程，其特征在于，所述筛孔分隔板上设有一第一下分隔层以及第一上分隔层，所述第一下分隔层为多个铺设在所述筛孔分隔板上的第一下瓷球，所述第一上分隔层为多个铺设在所述第一下分隔层的第一上瓷球，所述第一上瓷球的外径小于所述第一下瓷球的外径，其中，所述碳分子筛位于所述第一上分隔层的上侧。
5.如权利要求3或4所述的工艺流程，其特征在于，所述吸附干燥床层包括有一吸附剂支撑筛板，所述吸附剂支撑筛板与所述吸附塔的内侧壁连接固定，所述下层空间内装填能吸附水蒸汽的吸附干燥剂，所述吸附干燥剂位于所述吸附剂支撑筛板的上侧。
6.如权利要求5所述的工艺流程，其特征在于，所述吸附剂支撑筛板上设有一第二下分隔层以及第二上分隔层，所述第二下分隔层为多个铺设在所述筛孔分隔板下的第二下瓷球，所述第二上分隔层为多个铺设在所述第二下分隔层的第二上瓷球，所述第二上瓷球的外径小于所述第二下瓷球的外径，其中，所述吸附干燥剂位于所述第二上分隔层的上侧。
7.如权利要求6所述的工艺流程，其特征在于，所述吸附干燥剂为13X分子筛干燥剂或活性氧化铝干燥剂，或者，所述吸附干燥剂为由上至下依次填充于所述下层空间内的13X分子筛干燥剂及活性氧化铝干燥剂。
8.如权利要求7所述的工艺流程，其特征在于，所述吸附塔的外侧壁上安装有分别呈倾斜向下设置的一碳分子筛卸料管、一干燥吸附剂装料管以及一干燥吸附剂卸料管，所述碳分子筛卸料管的上端口相邻于所述筛孔分隔板上侧，并与所述上层空间相连通，所述干燥吸附剂装料管的下端口相邻于所述筛孔分隔板下侧，并与所述下层空间相连通，所述干燥吸附剂卸料管的上端口相邻于所述吸附剂支撑筛板的上侧，并与所述吸附塔的下层空间相连通。
9.如权利要求1或8所述的工艺流程，其特征在于，所述第一进气管线上设置有第一进气阀，所述第二进气管线上安装有第二进气阀，所述第一出气管线上设有第一出气阀，所述第二出气管线上安装第二出气阀，所述第一进气管线及第二进气管线进一步通过一出口管线与所述分液罐相连接。
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