CN110102150A - 500立方米以上制氮吸附塔及其进排气口口径确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500立方米以上制氮吸附塔及其进排气口口径确定方法，解决了传统的轴向制氮吸附塔的结构存在的不能同时满足均压时不破坏塔内支撑花板结构和排气时使吸附剂很好地再生的问题。改变传统吸附塔的压缩空气进气口兼作排气口的作法，将压缩空气进气口与排气口分离，加大排气口的口径，保持压缩空气进气口兼作均压管路的进出气口的做法，根据排气时使吸附剂很好地再生的经验值来确定排气口的大小，根据保证塔内花板支撑结构不被均压气流破坏的前提下确定压缩空气进气口的口径。吸附剂解析效果更好，设备的制氮指标更理想。

Description

500立方米以上制氮吸附塔及其进排气口口径确定方法

技术领域

本发明涉及一种制氮气设备，特别涉及一种产气量在500立方米/小时以上的制氮轴向吸附塔及其进气口口径和排气口口径的确定方法。

背景技术

变压吸附制氮气一般是在一对轴向吸附塔中进行的，在轴向吸附塔中装填有分离材料吸附剂，经过净化的压缩空气进入到吸附塔中，压缩空气中的氧气被吸附剂吸附，分离出的氮气从吸附塔顶部的产气口中排出；制氮气吸附塔一般成对设置，两吸附塔交替轮换配合工作，以提高制氮量；具体结构为（见附图3）：在每个吸附塔的顶端均设置有氮气输出口，在氮气输出口上连接有氮气输出管，两氮气输出管并联后与收集氮气的总管连通；在每个吸附塔的底端均设置有压缩空气进气口，在压缩空气进气口上连接有压缩空气进气管，两压缩空气进气管并联后与压缩空气进气总管连通在一起；在两压缩空气进气口之间还并联有一根排气放空管路，在该排气放空管路上设置有排气口；吸附塔的工作分为：吸附、均压和排气三个步骤，具体工作过程为：先将压缩空气送入到吸附塔A中，吸附塔A中的吸附剂开始并持续吸附氧气并制出氮气；当吸附塔A中的吸附剂吸附的氧气饱和后，进入均压操作步骤，关闭吸附塔A的进气阀和产气阀，打开两塔联通管路上的均压阀，吸附塔A中的压缩空气通过其上的压缩空气进气口输出，吸附塔A中的压缩空气经过两塔联通管路和吸附塔B的压缩空气进气口后，进入到吸附塔B中，使吸附塔B中的气压迅速升高，达到两吸附塔均压的目的；均压后，进入排气操作步骤，关闭两塔联通管路上的均压阀，打开吸附塔A上排气阀，将吸附塔A放空，使吸附塔A内压力瞬时释放，吸附在吸附塔A的吸附剂上的饱和氧气从吸附塔A的进气口放出，使吸附剂再生，同时打开吸附塔B上的进气阀，使吸附塔B进入到吸附工作程序，当吸附塔B中的吸附剂饱和后，依次进入均压和排气步骤，两塔依次循环工作，制得氮气。

传统的轴向吸附塔上只设置有产气口和进气口，因此这种结构的轴向吸附塔又称为二口轴向吸附塔，现有轴向吸附塔的进气口，同时是均压进出气口，还是饱和氧气的排气口，一口三用，当轴向吸附塔的产气量在500立方米/小时以下时，一口三用的进气口基本能满足在4秒内将塔中饱和氧气排出，并在两塔均压过程中对塔内的分子筛不产生冲击作用的功能，但轴向吸附塔的产气量在500立方米/小时以上时，由于吸附塔容量的大幅度增加，塔内吸附剂量很大，要在排气环节在工艺要求的时间内将吸附在吸附剂中的饱和氧气排出，使吸附剂很好地再生，就需要加大排气口，即加大压缩空气进气口，由于一口三用，该加大的压缩空气进气口，在均压程序中，还承担着将储存在压缩空气塔体中的高压气体向另一个常压塔体输送压缩空气的任务，该压缩空气会进入到常压塔体中的缓冲区，并冲击放置吸附剂的支撑花板，支撑花板的结构强度有限，均压中若进入的均压气体的强度太大会将其吹裂，使其上方的吸附剂泄露，因此同时作为均压出气口的压缩空气进气口不允许过大，因此，一口三用的传统的轴向制氮吸附塔的结构已无法满足大产气量的工作要求。

发明内容

本发明提供了一种500立方米以上制氮轴向吸附塔及其进气口口径确定方法，解决了传统的轴向制氮吸附塔的结构存在的不能同时满足均压时不破坏塔内支撑花板结构和排气时使吸附剂很好地再生的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：改变传统吸附塔的压缩空气进气口兼作排气口的作法，将压缩空气进气口与排气口分离，加大排气口的口径，保持压缩空气进气口兼作均压管路的进出气口的做法，根据排气时使吸附剂很好地再生的经验值来确定排气口的大小，根据保证塔内花板支撑结构不被均压气流破坏的前提下确定压缩空气进气口的口径。

一种500立方米以上制氮吸附塔，包括第一吸附塔和第二吸附塔，在第一吸附塔的顶端设置有第一吸附塔产气口，在第二吸附塔的顶端设置有第二吸附塔产气口，第一吸附塔产气口和第二吸附塔产气口均与氮气收集总管连通在一起；在第一吸附塔的底端设置有第一吸附塔缓冲腔，在第一吸附塔缓冲腔的上方设置有第一吸附塔支撑花板，在第二吸附塔的底端设置有第二吸附塔缓冲腔，在第二吸附塔缓冲腔的上方设置有第二吸附塔支撑花板，在第一吸附塔缓冲腔上分别设置有第一吸附塔压缩空气进气口和第一吸附塔排气口，在第二吸附塔缓冲腔上分别设置有第二吸附塔压缩空气进气口和第二吸附塔排气口，在第一吸附塔压缩空气进气口上连接有第一吸附塔压缩空气进气管，在第二吸附塔压缩空气进气口上连接有第二吸附塔压缩空气进气管，第一吸附塔压缩空气进气管的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管上设置有第一吸附塔压缩空气进气阀，在第二吸附塔压缩空气进气管上设置有第二吸附塔压缩空气进气阀，在第一吸附塔压缩空气进气阀与第二吸附塔压缩空气进气阀之间连接有压缩空气进气总管，在第一吸附塔排气口上连接有第一吸附塔排气管，在第二吸附塔排气口上连接有第二吸附塔排气管，第一吸附塔排气管的另一端与第二吸附塔排气管的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管上设置有第一吸附塔排气阀，在第二吸附塔排气管上设置有第二吸附塔排气阀，在第一吸附塔排气阀与第二吸附塔排气阀之间设置有放空管。

第一吸附塔排气口的口径大于第一吸附塔压缩空气进气口的口径；第二吸附塔排气口的口径大于第二吸附塔压缩空气进气口的口径。

一种500立方米以上制氮吸附塔及进排气口口径确定方法，其特征在于以下步骤：

第一步、在第一吸附塔缓冲腔上分别设置第一吸附塔压缩空气进气口和第一吸附塔排气口，在第二吸附塔缓冲腔上分别设置第二吸附塔压缩空气进气口和第二吸附塔排气口，在第一吸附塔压缩空气进气口上连接有第一吸附塔压缩空气进气管，在第二吸附塔压缩空气进气口上连接有第二吸附塔压缩空气进气管，第一吸附塔压缩空气进气管的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管上设置第一吸附塔压缩空气进气阀，在第二吸附塔压缩空气进气管上设置第二吸附塔压缩空气进气阀，在第一吸附塔压缩空气进气阀与第二吸附塔压缩空气进气阀之间连接压缩空气进气总管，在第一吸附塔排气口上连接第一吸附塔排气管，在第二吸附塔排气口上连接第二吸附塔排气管，第一吸附塔排气管的另一端与第二吸附塔排气管的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管上设置第一吸附塔排气阀，在第二吸附塔排气管上设置第二吸附塔排气阀，在第一吸附塔排气阀与第二吸附塔排气阀之间设置有放空管；

第二步、获取第一吸附塔中吸附剂在氧气吸附工艺饱和时氧气的吸附量、吸附剂再生时工艺要求的氧气含有量，并获取第一吸附塔所通入的压缩空气的气压，若将吸附剂在氧气吸附饱和时的氧气的吸附量释放到工艺所要求的吸附剂再生时氧气的含有量，所花费时间为4秒，根据以上参数，计算得到第一吸附塔排气口的最小口径；

第三步、获取第二吸附塔支撑花板的最大强度，并获取第一吸附塔所通入的压缩空气的气压，根据以上参数，计算出第二吸附塔均压时进气口的最大口径，该第二吸附塔均压时进气口的最大口径即为第二吸附塔压缩空气进气口的最大口径。

第一吸附塔排气口的最小口径与第二吸附塔压缩空气进气口的最大口径的比值为25：16。

本发明将吸附塔上的进气口与排气口分离设置，外连接管路简单，排气畅通，吸附剂解析效果更好，设备的制氮指标更理想。

附图说明

图1是本发明在主视方向上的结构示意图；

图2是本发明在后视方向上的结构示意图；

图3是传统的吸附塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种500立方米以上制氮吸附塔，包括第一吸附塔1和第二吸附塔2，在第一吸附塔1的顶端设置有第一吸附塔产气口3，在第二吸附塔2的顶端设置有第二吸附塔产气口4，第一吸附塔产气口3和第二吸附塔产气口4均与氮气收集总管5连通在一起；在第一吸附塔1的底端设置有第一吸附塔缓冲腔7，在第一吸附塔缓冲腔7的上方设置有第一吸附塔支撑花板6，在第二吸附塔2的底端设置有第二吸附塔缓冲腔12，在第二吸附塔缓冲腔12的上方设置有第二吸附塔支撑花板11，在第一吸附塔缓冲腔7上分别设置有第一吸附塔压缩空气进气口8和第一吸附塔排气口17，在第二吸附塔缓冲腔12上分别设置有第二吸附塔压缩空气进气口13和第二吸附塔排气口20，在第一吸附塔压缩空气进气口8上连接有第一吸附塔压缩空气进气管9，在第二吸附塔压缩空气进气口13上连接有第二吸附塔压缩空气进气管14，第一吸附塔压缩空气进气管9的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管14的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管9上设置有第一吸附塔压缩空气进气阀10，在第二吸附塔压缩空气进气管14上设置有第二吸附塔压缩空气进气阀15，在第一吸附塔压缩空气进气阀10与第二吸附塔压缩空气进气阀15之间连接有压缩空气进气总管16，在第一吸附塔排气口17上连接有第一吸附塔排气管18，在第二吸附塔排气口20上连接有第二吸附塔排气管21，第一吸附塔排气管18的另一端与第二吸附塔排气管21的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管18上设置有第一吸附塔排气阀19，在第二吸附塔排气管21上设置有第二吸附塔排气阀22，在第一吸附塔排气阀19与第二吸附塔排气阀22之间设置有放空管23。

第一吸附塔排气口17的口径大于第一吸附塔压缩空气进气口8的口径；第二吸附塔排气口20的口径大于第二吸附塔压缩空气进气口13的口径；较大的吸附塔排气口保障了在较短时间内将吸附饱和的吸附剂上的氧气较彻底地释放到塔外，获得较好的富氧的解析效果，使该吸附塔在进行下一轮吸附氧气时更加顺畅，制约吸附塔压缩空气进气口的口径不要超过吸附塔排气口的口径，是因为在均压过程中保护塔体中花板支撑的结构不被强大气流损坏，进一步保护花板支撑结构上的分子筛吸附剂不受破坏。

一种500立方米以上制氮吸附塔及进排气口口径确定方法，其特征在于以下步骤：

第一步、在第一吸附塔缓冲腔7上分别设置第一吸附塔压缩空气进气口8和第一吸附塔排气口17，在第二吸附塔缓冲腔12上分别设置第二吸附塔压缩空气进气口13和第二吸附塔排气口20，在第一吸附塔压缩空气进气口8上连接有第一吸附塔压缩空气进气管9，在第二吸附塔压缩空气进气口13上连接有第二吸附塔压缩空气进气管14，第一吸附塔压缩空气进气管9的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管14的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管9上设置第一吸附塔压缩空气进气阀10，在第二吸附塔压缩空气进气管14上设置第二吸附塔压缩空气进气阀15，在第一吸附塔压缩空气进气阀10与第二吸附塔压缩空气进气阀15之间连接压缩空气进气总管16，在第一吸附塔排气口17上连接第一吸附塔排气管18，在第二吸附塔排气口20上连接第二吸附塔排气管21，第一吸附塔排气管18的另一端与第二吸附塔排气管21的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管18上设置第一吸附塔排气阀19，在第二吸附塔排气管21上设置第二吸附塔排气阀22，在第一吸附塔排气阀19与第二吸附塔排气阀22之间设置有放空管23；

第二步、获取第一吸附塔1中吸附剂在氧气吸附工艺饱和时氧气的吸附量、吸附剂再生时工艺要求的氧气含有量，并获取第一吸附塔1所通入的压缩空气的气压，若将吸附剂在氧气吸附饱和时的氧气的吸附量释放到工艺所要求的吸附剂再生时氧气的含有量，所花费时间为4秒，根据以上参数，计算得到第一吸附塔排气口17的最小口径；

第三步、获取第二吸附塔支撑花板11的最大强度，并获取第一吸附塔1所通入的压缩空气的气压，根据以上参数，计算出第二吸附塔均压时进气口的最大口径，该第二吸附塔均压时进气口的最大口径即为第二吸附塔压缩空气进气口13的最大口径。

第一吸附塔1与第二吸附塔2结构是相同的，容量也是相同的，因此，计算得到的第一吸附塔排气口17的最小口径也是第二吸附塔排气口20的最小口径，第二吸附塔压缩空气进气口13的最大口径也是第一吸附塔压缩空气进气口8的最大口径；根据现场反复试验，得到：对于500立方米以上制氮吸附塔在进行排气解析吸附剂上的氧气时的理想时间为4秒钟，根据几种型号的本发明的制氮设备试验结果，得出了第一吸附塔排气口17的最小口径与第二吸附塔压缩空气进气口13的最大口径的比值为25：16，为能取得较理想的制氮指标时的比值。

Claims (4)

1.一种500立方米以上制氮吸附塔，包括第一吸附塔（1）和第二吸附塔（2），在第一吸附塔（1）的顶端设置有第一吸附塔产气口（3），在第二吸附塔（2）的顶端设置有第二吸附塔产气口（4），第一吸附塔产气口（3）和第二吸附塔产气口（4）均与氮气收集总管（5）连通在一起；在第一吸附塔（1）的底端设置有第一吸附塔缓冲腔（7），在第一吸附塔缓冲腔（7）的上方设置有第一吸附塔支撑花板（6），在第二吸附塔（2）的底端设置有第二吸附塔缓冲腔（12），在第二吸附塔缓冲腔（12）的上方设置有第二吸附塔支撑花板（11），其特征在于，在第一吸附塔缓冲腔（7）上分别设置有第一吸附塔压缩空气进气口（8）和第一吸附塔排气口（17），在第二吸附塔缓冲腔（12）上分别设置有第二吸附塔压缩空气进气口（13）和第二吸附塔排气口（20），在第一吸附塔压缩空气进气口（8）上连接有第一吸附塔压缩空气进气管（9），在第二吸附塔压缩空气进气口（13）上连接有第二吸附塔压缩空气进气管（14），第一吸附塔压缩空气进气管（9）的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管（14）的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管（9）上设置有第一吸附塔压缩空气进气阀（10），在第二吸附塔压缩空气进气管（14）上设置有第二吸附塔压缩空气进气阀（15），在第一吸附塔压缩空气进气阀（10）与第二吸附塔压缩空气进气阀（15）之间连接有压缩空气进气总管（16），在第一吸附塔排气口（17）上连接有第一吸附塔排气管（18），在第二吸附塔排气口（20）上连接有第二吸附塔排气管（21），第一吸附塔排气管（18）的另一端与第二吸附塔排气管（21）的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管（18）上设置有第一吸附塔排气阀（19），在第二吸附塔排气管（21）上设置有第二吸附塔排气阀（22），在第一吸附塔排气阀（19）与第二吸附塔排气阀（22）之间设置有放空管（23）。

2.根据权利要求1所述的一种500立方米以上制氮轴向吸附塔，其特征在于，第一吸附塔排气口（17）的口径大于第一吸附塔压缩空气进气口（8）的口径；第二吸附塔排气口（20）的口径大于第二吸附塔压缩空气进气口（13）的口径。

3.一种500立方米以上制氮吸附塔的进排气口口径确定方法，其特征在于以下步骤：

第一步、在第一吸附塔缓冲腔（7）上分别设置第一吸附塔压缩空气进气口（8）和第一吸附塔排气口（17），在第二吸附塔缓冲腔（12）上分别设置第二吸附塔压缩空气进气口（13）和第二吸附塔排气口（20），在第一吸附塔压缩空气进气口（8）上连接有第一吸附塔压缩空气进气管（9），在第二吸附塔压缩空气进气口（13）上连接有第二吸附塔压缩空气进气管（14），第一吸附塔压缩空气进气管（9）的另一端与第二吸附塔压缩空气进气管（14）的另一端连通在一起，在第一吸附塔压缩空气进气管（9）上设置第一吸附塔压缩空气进气阀（10），在第二吸附塔压缩空气进气管（14）上设置第二吸附塔压缩空气进气阀（15），在第一吸附塔压缩空气进气阀（10）与第二吸附塔压缩空气进气阀（15）之间连接压缩空气进气总管（16），在第一吸附塔排气口（17）上连接第一吸附塔排气管（18），在第二吸附塔排气口（20）上连接第二吸附塔排气管（21），第一吸附塔排气管（18）的另一端与第二吸附塔排气管（21）的另一端连通在一起，在第一吸附塔排气管（18）上设置第一吸附塔排气阀（19），在第二吸附塔排气管（21）上设置第二吸附塔排气阀（22），在第一吸附塔排气阀（19）与第二吸附塔排气阀（22）之间设置有放空管（23）；

第二步、获取第一吸附塔（1）中吸附剂在氧气吸附工艺饱和时氧气的吸附量、吸附剂再生时工艺要求的氧气含有量，并获取第一吸附塔（1）所通入的压缩空气的气压，若将吸附剂在氧气吸附饱和时的氧气的吸附量释放到工艺所要求的吸附剂再生时氧气的含有量，所花费时间为4秒，根据以上参数，计算得到第一吸附塔排气口（17）的最小口径；

第三步、获取第二吸附塔支撑花板（11）的最大强度，并获取第一吸附塔（1）所通入的压缩空气的气压，根据以上参数，计算出第二吸附塔均压时进气口的最大口径，该第二吸附塔均压时进气口的最大口径即为第二吸附塔压缩空气进气口（13）的最大口径。

4.根据权利要求3所述的一种500立方米以上制氮吸附塔及进排气口口径确定方法，其特征在于，第一吸附塔排气口（17）的最小口径与第二吸附塔压缩空气进气口（13）的最大口径的比值为25：16。