CN109603597A - 低浓度多元混合气生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工系统技术领域，尤其涉及一种低浓度多元混合气生产系统。其中，第一多选阀具有多个输入口和一个输出口，第一多选阀的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，第一多选阀的多个输入口可切换地和第一多选阀的输出口连通，第二多选阀具有多个输入口和一个输出口，第二多选阀的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，第二多选阀的多个输入口可切换地和第二多选阀的输出口连通，预混室和第一真空泵可选择性的与第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口连通。本发明可以使低浓度多元混合气在配置过程中的各组分气的混合量的浓度符合要求，且可以提高低浓度多元混合气的生产效率，降低低浓度多元混合气的生产难度。

Description

低浓度多元混合气生产系统

技术领域

本发明属于化工系统技术领域，尤其涉及一种低浓度多元混合气生产系统。

背景技术

特种混合气体是指将二种或二种以上的单质气体按照一定配比混合在同一包装钢瓶内，形成具备特定使用价值的气体产品。特种气体行业是近几年从工业气体产业中分支出来的新兴产业，广泛应用于国防、医疗、科研、电子、冶金、石油化工、机械制造等领域，有着极其广阔的发展前景。

在许多工业中，对于浓度在0.1-10ppm的低浓度多元混合气的需求不断增加，比如石油化工用的标准混合气，其烃类组分气通常为八元以上，多的可以达到十六元，浓度范围多为0.1-10ppm，平衡气为N₂、H₂、He、Ar、CH₄、C₂H₄等，浓度的降低和组分气数量的增加都大幅增加了气体的配制难度。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低浓度多元混合气生产系统，以实现低浓度多元混合气的配置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种低浓度多元混合气生产系统，包括：

第一多选阀，所述第一多选阀具有多个输入口和一个输出口，所述第一多选阀的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，所述第一多选阀的多个输入口可切换地和所述第一多选阀的输出口连通；

第二多选阀，所述第二多选阀具有多个输入口和一个输出口，所述第二多选阀的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，所述第二多选阀的多个输入口可切换地和所述第二多选阀的输出口连通；

预混室，所述预混室可选择性的与所述第一多选阀的输出口或所述第二多选阀的输出口连通；

第一真空泵，所述第一真空泵可选择性的与所述第一多选阀的输出口或所述第二多选阀的输出口连通。

进一步地，还包括四通阀，所述四通阀具有E口、S口、D口和C口，所述四通阀的E口和所述第一多选阀的输出口连通，所述四通阀的S口和所述预混室连通，所述四通阀的D口和所述第二多选阀的输出口连通，所述四通阀的C口和所述第一真空泵连通。

进一步地，所述四通阀的C口和所述第一真空泵之间设置有第一阀门。

进一步地，所述预混室和所述第一真空泵连接，所述预混室和所述第一真空泵之间设置有第二阀门。

进一步地，所述预混室上安装有压力表和温度计。

进一步地，还包括定量管、平衡气源以及产品瓶，所述定量管分别与所述预混室和所述第一真空泵均可操作性地连通，所述定量管还分别与所述平衡气源和所述产品瓶可操作性地连通。

更进一步地，还包括六通阀，所述定量管通过所述六通阀分别和所述预混室、所述第一真空泵、所述平衡气源和所述产品瓶可操作性地切换连通。

进一步地，所述六通阀和所述预混室之间设置有第三阀门，所述六通阀和所述第一真空泵之间设置有第四阀门，所述六通阀和所述平衡气源之间设置有第五阀门，所述六通阀和所述产品瓶之间设置有第六阀门。

进一步地，还包括称重装置，所述产品瓶设置在所述称重装置上。

优选地，所述称重装置为电子天平。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种低浓度多元混合气生产系统，由于第一多选阀具有多个输入口和一个输出口，且第一多选阀的多个输入口可切换地和第一多选阀的输出口连通，这样待混合的单一气体(即各组分气)可以通过各个输入口分别输入，并通过第一多选阀的输出口输出。

由于第二多选阀具有多个输入口和一个输出口，第二多选阀的多个输入口可切换地和第二多选阀的输出口连通，待混合的单一气体(即各组分气)可以通过各个输入口分别输入，并通过第二多选阀的输出口输出。

还由于预混室可选择性的与第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口连通，第一真空泵可选择性的与第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口连通，这样可以通过第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口向预混室输入待混合气体，在每种气体混合的间隙中，通过第一真空泵将第一多选阀的输出口、第二多选阀的输出口真空吹扫，从而使各组分气在进入预混室前无接触，无相互污染，引入过程与外界气氛无接触，无杂质带入，以使低浓度多元混合气在配置过程中的各组分气的混合量的浓度符合要求，且由于是通过控制第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口分别和预混室以及第一真空阀切换连通，从而可以提高低浓度多元混合气的生产效率，降低低浓度多元混合气的生产难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例的一种低浓度多元混合气生产系统的结构示意图。

具体实施方式

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。

现有技术中，配制低浓度多元混合气的方法主要有两类，一类为静态法，另一类为动态法。与静态法有关技术相联系的一些缺点包括为得到上述气体，每种所加组分所需的连续稀释次数，例如，随着稀释次数的增加，最终浓度的不确定性增加。在相关技术中，每种组分气的加入，需要具有至少三次稀释来达到目标浓度(0.1-10ppm)。并且，由于暴露于环境气氛的次数增加，多次稀释会不利的增加过程中的污染物。此外，多次稀释反复需要非常大的固定支出，如气瓶、组分气及平衡气消耗量，且过程中需要熟练的操作者来监控和干预，生产效率低下。

而与动态法有关技术联系的一些缺点包括为得到上述气体，需要使用高精度的质量流量计来计量组分目标浓度的加入，由于组分气浓度过低，动态测量受环境及不同组分气自身的理化性质的影响较大，且不易受控，使得最终浓度的不确定度难以控制，对定值带来很大影响。

基于上述问题，本发明实施例对现有技术进行改进，设计了一种低浓度多元混合气生产系统，不仅可以使低浓度多元混合气在配置过程中的各组分气的混合量的浓度符合要求，且可以提高低浓度多元混合气的生产效率，降低低浓度多元混合气的生产难度。

图1为本发明实施例的一种低浓度多元混合气生产系统的结构示意图，结合图1，本发明实施例的一种低浓度多元混合气生产系统，主要包括第一多选阀1、第二多选阀2、预混室3以及第一真空泵4。

结合图1，本发明实施例的第一多选阀1具有多个输入口和一个输出口，第一多选阀1的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，第一多选阀1的多个输入口可切换地和第一多选阀1的输出口连通，这样待混合的单一气体(即A组分气中的各个分气)可以通过各个输入口分别输入，并通过第一多选阀1的输出口输出。

结合图1，本发明实施例的第二多选阀2也具有多个输入口和一个输出口，第二多选阀2的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，第二多选阀2的多个输入口可切换地和第二多选阀2的输出口连通，待混合的单一气体(即B组分气中的各个分气)可以通过各个输入口分别输入，并通过第二多选阀2的输出口输出。

需要说明的是，本发明实施例中的多个输入口可以根据待混合气体的种类进行选择，可以为两个、三个等等任意数目，并可根据实际情况调整。

结合图1，本发明实施例的预混室3和第一真空泵4均可选择性的与第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口连通，这样可以通过第一多选阀1的输出口或第二多选阀2的输出口向预混室3输入待混合气体，在每种气体混合的间隙中，通过第一真空泵4将第一多选阀1的输出口、第二多选阀2的输出口真空吹扫，从而使各组分气在进入预混室3前无接触，无相互污染，引入过程与外界气氛无接触，无杂质带入，以使低浓度多元混合气在配置过程中的各组分气的混合量的浓度符合要求，且由于是通过控制第一多选阀1的输出口或第二多选阀2的输出口分别和预混室3以及第一真空阀4切换连通，从而可以提高低浓度多元混合气的生产效率，降低低浓度多元混合气的生产难度。

本发明实施例中，第一多选阀1和第二多选阀2均为现有技术中的选择阀，可以根据待混合气体的种类数量，选择具有一致数量输入口的选择阀。

结合图1，本发明实施例中实现预混室3和第一真空泵4均可选择性的与第一多选阀的输出口或第二多选阀的输出口连通的工具是四通阀5，这样，就可以通过控制一个四通阀5来实现气体的混合，简单方便，且能降低生产成本。

具体地，本发明实施例的四通阀5具有E口、S口、D口和C口，四通阀5的E口和第一多选阀1的输出口连通，四通阀5的S口和预混室连通，四通阀5的D口和第二多选阀2的输出口连通，四通阀5的C口和第一真空泵4连通，具体操作参见下文的具体运用。

进一步地，本发明实施例的四通阀5的C口和第一真空泵4之间设置有第一阀门6，以实现，而预混室3和第一真空泵4连接，预混室3和第一真空泵4之间设置有第二阀门7。

优选地，本能发明实施例在预混室3上安装有压力表、温度计及爆破盘，压力表和温度计用于实时检测预混室3内的压力和温度，并作为四通阀5的切换依据，对预混室3内预混合气体配比进行控制，爆破盘用于提高气体生产时的安全。

进一步地，当组分气为低压液化气或液体时，可以根据其饱和蒸气压调节预混室终压及温度完成配制，而当组分气存在可燃气和氧气等混合可能发生爆炸时，可以降低预混室终压及温度，缩小混合气爆炸极限范围宽度，使配制浓度在爆炸极限范围外，以完成配制。

在上述基础上，本发明实施例的系统还公开了将配备的符合要求的混合气体加入产品瓶并进行精确定值的技术方案，结合图1，本发明实施例还包括定量管8、平衡气源9以及产品瓶10，其中，定量管8分别与预混室3和第一真空泵4均可操作性地连通，定量管8还分别与平衡气源9和产品瓶10可操作性地连通。在具体实施时，可以先将预混室内混合气体先进入定量管内，调节定量管内压力获得目标量的预混气体，再通过切换，定量管内混合气体随平衡气源9吹入的平衡气全部送入产品瓶，持续加入平衡气到设定值，即可获得目标产品。

结合图1，本发明实施例的定量管8通过六通阀11分别和预混室3、第一真空泵4、平衡气源9和产品瓶10可操作性地切换连通。

进一步地，本发明实施例的六通阀11和预混室3之间设置有第三阀门12，六通阀11和第一真空泵4之间设置有第四阀门13，六通阀11和平衡气源9之间设置有第五阀门14，六通阀11和产品瓶10之间设置有第六阀门15。

另外，本发明实施例还包括称重装置16，产品瓶10即设置在称重装置16上，称重装置可以选用为电子天平，这样能实时获知产品瓶10充入的混合气体的质量。

还有，本发明实施例在对预混室充入混合气体前，可以通过第一真空阀4对连接的管道以及预混室3真空吹扫，以避免得到的产品中混入杂质；本发明实施例还包括对平衡气源9以及与其连接的管道真空吹扫的第三真空阀17，以避免混入杂质，影响产品质量。

具体运用：

配制甲醇、丙烯、正丁烷、异丁烷、乙烷、丙烷各1PPM，乙烯、甲烷各2PPM，平衡气为氦，气瓶容积10L，压力10MPa(A)，环境温度20℃，定量管容积为10mL。经计算机系统计算，P_预为200KPa(A)，温度T取20℃，P_计为100KPa(A)，N产品瓶内加入的气体总重量m为160.24g。

具体配制步骤：

1、根据各组分气体的饱和蒸气压及原料气的压力来设定组分气体依次加入的顺序：1.1甲醇→2.1正丁烷→1.2异丁烷→2.2丙烷→1.3丙烯→2.3乙烷→1.4乙烯→2.4甲烷。

2、按照上述系统布置方式连接管路，并检查配制系统，确保系统的气密性，完成后对预混室以及平衡气源置换抽真空；

3、开启原料气源1.1、2.1，调节第一多选阀1、第二多选阀2至1档位，四通阀5的E、S端口连通，D、C端口连通，此时气源1.1与预混室3连通，并注气至P₁20KPa，气源2.1与第一真空阀4连通，吹扫管道；

4、待气源1.1注气完成后，调节四通阀5，四通阀5的E、D端口连通，S、C端口连通，此时，B1与预混室联通，注气至P₂40KPa；关闭气源1.1，开启气源1.2原料气，并调节第一多选阀至2档位，与四通阀5联通，吹扫管道；

5、按上述操作依次再通过气源1.2注气至P₃60KPa，气源2.2注气至P₄80KPa，气源1.3注气至P₅100KPa，气源2.3注气至P₆140KPa，气源1.4注气至P₇180KPa，气源2.4注气至P₈200KPa，待所有组分加入完成后，调节F预混室的温度至40℃，并恒温10min，保证其混合均匀，然后再调节预混室温度降至室温20℃；

6、六通阀11具有依次设置的第一端口11.1、第二端口11.2、第三端口11.3、第四端口11.4、第五端口11.5以及第六端口11.6，调节六通阀11，使第一端口11.1和第二端口11.2连通，第五端口11.5和第六端口11.6连通，进而使预混室3、定量管8与第一真空泵4连通，以对管道进行置换，此时，气流的流动方向为3→12→11.1→11.2→8→11.5→11.6→13→4；随后，切换六通阀11，使第三端口11.3和第四端口11.4连通，进而使平衡气源9和第一真空泵4连通，对产品瓶10进行置换，此时，气流的流动方向为：9→14→11.3→11.4→15→10；

7、调节六通阀11，使第一端口11.1和第二端口11.2连通，进而使预混室3与定量管8连通，对定量管8加压至100KPa；

8、将放置了产品瓶10的称重装置16校准归零，并调节六通阀11，使第二端口11.2和第三端口11.3连通，第四端口11.4和第五端口11.5连通，进而使平衡气源9、定量管8以及产品瓶10相连通；

9、开启第五阀门14和第六阀门15，使平衡气经过定量管8，将预混气带入至产品瓶10中，经约5min后，预混气全部进入产品瓶10，此时气流的流动方向为9→14→11.3→11.2→8→11.5→11.4→15→10；

10、调节六通阀11，使第三端口11.3和第四端口11.4连通，加入平衡气，此时气流的流动方向为9→14→11.3→11.415→10，至称重装置上显示160.24g，关闭第五阀门14和第六阀门15；

11、系统泄压，卸下产品瓶10。

本发明实施例中，第一多选阀、第二多选阀、四通阀、六通阀均可以由逻辑控制程序自动控制，使低浓度多元混合气制备简单，操作员干预极少甚至不干预。

综上所述，本发明实施例的一种低浓度多元混合气生产系统可以安全、高效地用于生产低浓度多元混合气，实现自动配制，且可以实现特种混合气生产企业该类气体的批量生产。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，包括：

第一多选阀(1)，所述第一多选阀(1)具有多个输入口和一个输出口，所述第一多选阀(1)的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，所述第一多选阀(1)的多个输入口可切换地和所述第一多选阀(1)的输出口连通；

第二多选阀(2)，所述第二多选阀(2)具有多个输入口和一个输出口，所述第二多选阀(2)的多个输入口分别用于输入待混合的单一气体，所述第二多选阀(2)的多个输入口可切换地和所述第二多选阀(2)的输出口连通；

预混室(3)，所述预混室(3)可选择性的与所述第一多选阀(1)的输出口或所述第二多选阀(2)的输出口连通；

第一真空泵(4)，所述第一真空泵(4)可选择性的与所述第一多选阀(1)的输出口或所述第二多选阀(2)的输出口连通。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，还包括四通阀(5)，所述四通阀(5)具有E口、S口、D口和C口，所述四通阀(5)的E口和所述第一多选阀(1)的输出口连通，所述四通阀(5)的S口和所述预混室(3)连通，所述四通阀(5)的D口和所述第二多选阀(2)的输出口连通，所述四通阀(5)的C口和所述第一真空泵(44)连通。

3.根据权利要求2所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，所述四通阀(5)的C口和所述第一真空泵(4)之间设置有第一阀门(6)。

4.根据权利要求3所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，所述预混室(3)和所述第一真空泵(4)连接，所述预混室(3)和所述第一真空泵(4)之间设置有第二阀门(7)。

5.根据权利要求1所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，所述预混室(3)上安装有压力表和温度计。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，还包括定量管(8)、平衡气源(9)以及产品瓶(10)，所述定量管(8)分别与所述预混室(3)和所述第一真空泵(4)均可操作性地连通，所述定量管(8)还分别与所述平衡气源(9)和所述产品瓶(10)可操作性地连通。

7.根据权利要求6所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，还包括六通阀(11)，所述定量管(8)通过所述六通阀(11)分别和所述预混室(3)、所述第一真空泵(4)、所述平衡气源(9)和所述产品瓶(10)可操作性地切换连通。

8.根据权利要求7所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，所述六通阀(11)和所述预混室(3)之间设置有第三阀门(12)，所述六通阀(11)和所述第一真空泵(4)之间设置有第四阀门(13)，所述六通阀(11)和所述平衡气源(9)之间设置有第五阀门(14)，所述六通阀(11)和所述产品瓶(10)之间设置有第六阀门(15)。

9.根据权利要求6所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，还包括称重装置(16)，所述产品瓶(10)设置在所述称重装置(16)上。

10.根据权利要求6所述的一种低浓度多元混合气生产系统，其特征在于，所述称重装置(16)为电子天平。