CN109678124A - 气体碳载纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体碳载纯化方法，先将含有预定量氧气的混合气体经换热器预热后通入燃烧塔内，使得混合气体中的氧气和燃烧塔内的碳载催化剂发生反应产生二氧化碳。反应后的混合气体的其中一部分重新返回至所述换热器内对通入换热器内的混合气体进行预热并被降温，这样可以增加燃烧塔入口的混合气体温度，从而降低燃烧塔内加热的功率。降温后的混合气体经过冷却器冷却后进入干燥塔进行干燥纯化。反应后的混合气体的另外一部分进入干燥塔以再生纯化干燥塔内的干燥剂后排出，这样可以省去干燥塔内的加热器，避免热能浪费，节约能耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及气体碳载纯化方法，尤其涉及一种可以节约能源和耗气量的氮气碳载纯化方法。
背景技术
气体碳载纯化设备的燃烧塔内装有碳载催化剂和加热器。工作时，含有预定量氧气的混合气体(氧气纯度一般小于3％)通过入口首先通入碳载纯化设备的板式换热器中进行预热，预热后混合气体进入燃烧塔，通过内置的加热器加热，燃烧塔内温度升到350℃，混合气体中的氧气和碳载催化剂中的碳发生反应并产生二氧化碳，从而除去混合气体中的氧气。反应之后，从燃烧塔出来的混合气体进入板式换热器，在板式换热器内，混合气体和入口的空气进行热交换，从而降低出口处的混合气体温度；降温之后的混合气体接着进入水冷却器并被冷却至常温。从水冷却器中出来之后的混合气体最终进入纯化干燥塔并被除去二氧化碳和水，从而到高纯气体。
但是上述的工艺过程存在以下弊端：第一，燃烧塔内的碳载催化剂反应消耗完了以后，燃烧塔内热的空气直接释放掉造成气体和热量的浪费。第二，从燃烧塔内出来的反应之后的混合气体通过板式换热器和水冷却器进行降温，这相当于反应之后的混合气体的热量被浪费了。所以，现有的碳载纯化设备一般能耗较高，耗气量很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体碳载纯化方法，解决现有的碳载纯化设备造成热能浪费，能耗高，耗气量大的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种气体碳载纯化方法，包括以下步骤：
A、将含有预定量氧气的混合气体经换热器预热后通入燃烧塔内，使得混合气体中的氧气和燃烧塔内的碳载催化剂发生反应产生二氧化碳；
B、反应后的混合气体的其中一部分重新返回至所述换热器内对通入换热器内的混合气体进行预热并被降温，降温后的混合气体经过冷却器冷却后进入干燥塔进行干燥纯化；
C、反应后的混合气体的另外一部分进入干燥塔以再生纯化干燥塔内的干燥剂后排出。
根据本发明一实施例，在所述步骤A中，所述燃烧塔的数量大于或等于两个，所有的所述燃烧塔轮流切换工作，混合气体依次轮流进入燃烧塔内。
根据本发明一实施例，在所述步骤A中，在两个所述燃烧塔切换工作时，将其中一个反应结束的燃烧塔内部的高温混合气体释放到另一个待反应工作的燃烧塔内部。
根据本发明一实施例，所述干燥塔的数量大于或等于两个，在所述步骤C中，反应后的混合气体依次轮流进入干燥塔。
根据本发明一实施例，所述气体碳载纯化方法还包括以下步骤：
D、混合气体经过所述干燥塔纯化干燥后排出并进入粉尘过滤器，以除去气体中的粉尘。
根据本发明一实施例，所述气体碳载纯化方法包括以下步骤：
E、获取部分经粉尘过滤后的气体进行纯度分析；
F、根据纯度分析结果将合格的气体通过一条管路排出，将不合格的气体通过另一管路排出。
根据本发明一实施例，在所述步骤E中，将气体通过一个减压过滤器后再通入气体纯度分析仪进行纯度分析。
根据本发明一实施例，在所述步骤F中，气体排出之前先通过出口调压阀进行调压。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明通过将燃烧塔内反应后的混合气体的其中一部分重新返回至换热器内，以对待进入燃烧塔内的气体进行预热，实现气体和热量的循环，这样可以增加燃烧塔入口的混合气体温度，从而降低燃烧塔内加热的功率。另一方面，通过将燃烧塔内反应后高温混合气体的另外一部分通入其中一个干燥塔内用于再生纯化干燥剂，利用混合气体的热能再生纯化干燥塔内的干燥剂，可以省去干燥塔内的加热器，避免热能浪费，节约能耗，降低生产成本。
本发明通过在多个燃烧塔切换工作时，将其中一个反应结束的燃烧塔内部的高温混合气体释放到另一个待反应工作的燃烧塔内部，避免将碳载催化剂反应消耗完了的燃烧塔内的高温气体直接释放掉而造成气体和热量的浪费，从而降低碳载纯化设备的耗气量和能耗，节约生产成本，而且这样也可以瞬间提升待反应工作的燃烧塔内的温度，使得燃烧塔内到达反应温度的时间大大缩短，加快了产出合格气体的时间。
附图说明
图1是本发明提供的气体碳载纯化方法的流程图；
图2是实施本发明提供的气体碳载纯化方法的设备结构示意图。
具体实施方式
以下描述只用于揭露本发明以使得本领域技术人员能够实施本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本发明精神和范围的其他方案。
如图1所示，本发明提供一种气体碳载纯化方法，用于对氮气碳载纯化的流程控制，节约能耗和耗气量。具体地，所述气体碳载纯化方法包括以下步骤：
A、将含有预定量氧气的混合气体经换热器10预热后通入燃烧塔20内，使得混合气体中的氧气和燃烧塔20内的碳载催化剂发生反应产生二氧化碳；
B、反应后的混合气体的其中一部分重新返回至所述换热器10内对通入换热器10内的混合气体进行预热并被降温，然后降温后的混合气体经过冷却器40冷却后进入干燥塔进行干燥纯化；
C、反应后的混合气体的另外一部分进入干燥塔30以再生纯化干燥塔内的干燥剂后排出。
在步骤A中，如图2所示，将普氮气体(即含有预定量氧气的混合气体)先通入换热器10中进行预热，其中换热器10采用板式换热器，混合气体经预热后温度升高。在混合气体通入换热器10的管路上设有压力传感器11，压力传感器11和一个压力表12相连，以检测入口的混合气体的压力并通过压力表12显示压力读数。从换热器10出来后的混合气体进入燃烧塔20，燃烧塔20内具有碳载催化剂(3093型碳脱氧剂)和加热器，通过加热器加热使得燃烧塔20内的温度达到350℃的反应温度。混合气体中的氧气在高温下和燃烧塔20内的碳载催化剂发生反应产生二氧化碳。
进一步地，于本实施例中，燃烧塔20的数量为两个，其中任意一个燃烧塔20底部的出口和另外一个燃烧塔20顶部的入口通过管路连通，使得两个燃烧塔20内的气体可以相互流通，也即其中任意一个燃烧塔20内的高温气体可以从底部流出并从顶部进入另外一个燃烧塔20的内部。
本领域技术人员可以理解的是，燃烧塔20的数量也可以大于两个。总而言之，燃烧塔20的数量大于或等于两个，所有的燃烧塔20轮流切换工作，混合气体依次轮流进入燃烧塔20内反应，即其中一个燃烧塔20工作结束后，混合气体进入另一个燃烧塔20，这样可以在不停机的情况下重新更换反应完的燃烧塔20内的碳载催化剂。
在两个燃烧塔20轮流切换工作，混合气体经换热器10预热后依次轮流进入两个燃烧塔20内进行反应。当其中一个燃烧塔20内的碳载催化剂消耗掉以后，切换到另一个燃烧塔20工作，混合气体也随之通入另一个燃烧塔20进行反应。
在两个燃烧塔20切换工作时，将其中一个反应结束的燃烧塔20内部的高温混合气体释放到另一个待反应工作的燃烧塔20内部。如图2所示，为了表述方便，两个燃烧塔20分别记为第一燃烧塔和第二燃烧塔，在从第一燃烧塔底部到第二燃烧塔顶部的连通管路上依次设有手动阀21、手动阀22以及手动阀23；相应地，在从第二燃烧塔底部到第一燃烧塔顶部的连通管路上依次设有手动阀24、手动阀22以及手动阀25；其中手动阀22为两条管路上一个交叉共用的阀门。当第一燃烧塔内的碳载催化剂消耗完以后，从第一燃烧塔切换到第二燃烧塔工作，手动打开手动阀21、手动阀22以及手动阀23，把第一燃烧塔内的高温混合气体释放到第二燃烧塔。反之，当第二燃烧塔内的碳载催化剂消耗完了以后，从第二燃烧塔切换到第一燃烧塔工作，手动打开手动阀24、手动阀22以及手动阀25，把第二燃烧塔内的感温混合气体释放到第一燃烧塔。这样设计的作用是：在两个燃烧塔20进行切换工作时，避免燃烧塔20内的高温混合气体支架排放掉而造成气体和热能的浪费，降低能耗和耗气量，可以瞬间提升待反应工作的燃烧塔20内的温度，使燃烧塔20内达到反应温度的时间大大缩短，从而加快了产出合格气体的时间，节约生产成本。
在步骤B中，如图2所示，两个燃烧塔20的底部均通过管路和换热器10连通，并在连通管路上分别设有手动阀26和手动阀27。反应完成后，手动打开手动阀26或手动阀27，燃烧塔20内反应后的高温混合气体从燃烧塔20的底部流出。混合气体的其中一部分回流至换热器10内，对通入换热器10内的混合气体进行预热并被降温，即刚通入换热器10内的混合气体和反应完成后的混合气体两者进行热量交换；刚通入换热器10内的混合气体被升温后进入燃烧塔20，这样可以增加燃烧塔20入口的混合气体温度，从而降低燃烧塔20内加热的功率；而降温后的混合气体经过冷却器40冷却后进入干燥塔30进行干燥纯化，以除去混合气体中的水和二氧化碳。冷却器40采用水冷却器并将混合气体冷却至常温。经过干燥塔30的干燥纯化作用之后，获得高纯气体。
于本实施例中，干燥塔30的数量为两个，如图2所示，两个燃烧塔20的底部均通过管路和两个干燥塔30连通，并在连通管路上分别设有手动阀31和手动阀32。运行时，两个干燥塔30中的其中一个对气体进行干燥纯化，同时另一个干燥塔30则进行再生纯化干燥剂，两个干燥塔30如此轮流交替工作。在步骤C中，反应后的混合气体依次轮流进入两个干燥塔30。具体地，打开手动阀31或手动阀32，反应完成后的高温混合气体从燃烧塔20底部出来之后，除了前述的一部分回流至换热器10外，混合气体的另外一部分则依次轮流进入两个干燥塔30，以依次轮流再生纯化干燥塔30内部的干燥剂，从而把干燥剂吸附的水分和二氧化碳带走。对干燥塔30内的干燥剂进行再生纯化后的混合气体最终从干燥塔30内排出。
本领域技术人员可以理解的是，干燥塔30的数量也可以大于两个。总而言之，干燥塔30的数量大于或等于两个，在所述步骤C中，反应后的混合气体依次轮流进入干燥塔30。
所述气体碳载纯化方法还包括以下步骤：D、混合气体经过所述干燥塔纯化干燥后排出并进入粉尘过滤器，以除去气体中的粉尘。如图2所示，从两个干燥塔30内排出的气体通过一粉尘过滤器50，以除去气体中的粉尘和杂质。
所述气体碳载纯化方法还包括以下步骤：
E、获取部分经粉尘过滤后的气体进行纯度分析；和
F、根据纯度分析结果将合格的气体通过一条管路排出，将不合格的气体通过另一管路排出。
具体地，在步骤E中，打开手动阀81，将气体通过一个减压过滤器80后再通入气体纯度分析仪60进行纯度分析。
在步骤F中，通过气体纯度分析仪60对气体进行纯度分析之后，将合格气体和不合格气体分别通过两条管路进行排放，其中高纯气体通过管路71进行排放，不合格气体通过管路72进行排放。而且气体排出之前先通过出口调压阀90进行调压，使得最终排出气体的压力在合理范围内。在气体排出管路上还设有流量计73，以监测排出气体的流量。
本发明提供的所述气体碳载纯化方法操作简单，在两个燃烧塔20切换工作时，由于未直接释放掉反应完成后的燃烧塔20内的高温混合气体，而是将高温气体转移到另一个待反应的燃烧塔20内，实现气体和热能的回收利用，避免直接排放造成气体和能量的浪费，降低碳载纯化设备的耗气量和能耗；另一方面利用燃烧塔20内反应后的高温气体的热量来再生纯化干燥塔30，这样可以省去干燥塔30内的加热器，或者至少可以节省干燥塔30再生纯化过程的能耗，而且通过这样方式也可以降低设备故障点，节约生产成本，降低能耗。
本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本发明的实施例只作为举例，并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本发明的实施方式可以有任何变形和修改。
Claims (8)
1.一种气体碳载纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将含有预定量氧气的混合气体经换热器预热后通入燃烧塔内，使得混合气体中的氧气和燃烧塔内的碳载催化剂发生反应产生二氧化碳；
B、反应后的混合气体的其中一部分重新返回至所述换热器内对通入所述换热器内的混合气体进行预热并被降温，降温后的混合气体经过冷却器冷却后进入干燥塔进行干燥纯化；
C、反应后的混合气体的另外一部分进入干燥塔以再生纯化干燥塔内的干燥剂后排出。
2.根据权利要求1所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，在所述步骤A中，所述燃烧塔的数量大于或等于两个，所有的所述燃烧塔轮流切换工作，混合气体依次轮流进入所述燃烧塔内。
3.根据权利要求2所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，在所述步骤A中，在两个所述燃烧塔切换工作时，将其中一个反应结束的燃烧塔内部的高温混合气体释放到另一个待反应工作的燃烧塔内部。
4.根据权利要求1所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，所述干燥塔的数量大于或等于两个，在所述步骤C中，反应后的混合气体依次轮流进入所述干燥塔。
5.根据权利要求1-4任一所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，所述气体碳载纯化方法还包括以下步骤：
D、混合气体经过所述干燥塔纯化干燥后排出并进入粉尘过滤器，以除去气体中的粉尘。
6.根据权利要求5所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，所述气体碳载纯化方法包括以下步骤：
E、获取部分经粉尘过滤后的气体进行纯度分析；
F、根据纯度分析结果将合格的气体通过一条管路排出，将不合格的气体通过另一管路排出。
7.根据权利要求6所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，在所述步骤E中，将气体通过一个减压过滤器后再通入气体纯度分析仪进行纯度分析。
8.根据权利要求6所述的气体碳载纯化方法，其特征在于，在所述步骤F中，气体排出之前先通过出口调压阀进行调压。
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