CN112295360A - 一种变压吸附氮气制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压吸附氮气制备系统，包括空气压缩机、空气过滤组件、第一吸附塔和第二吸附塔，所述空气压缩机的进气口安装有空气进管，所述空气压缩机的出气口安装有压缩气体输送管，且空气压缩机通过压缩气体输送管实现与空气过滤组件气体连通，所述空气过滤组件通过输送管路与空气储罐气体连通，所述空气储罐通过进气管线分别与第一吸附塔和第二吸附塔气体连通，所述第一吸附塔和第二吸附塔内部安装有氧氮分离装置，氧氮分离装置由碳分子筛作为吸附剂构成，实现对O、CO和HO的吸附，所述第一吸附塔和第二吸附塔出气端通过排气管线与氮气缓冲罐的进气端气体连通。本发明能够对处理的空气进行初步的处理，同时制氮效率高。

Description

一种变压吸附氮气制备系统
技术领域
本发明涉及氮气制备技术领域，具体为一种变压吸附氮气制备系统。
背景技术
制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序控制器控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。
现有的制氮机在实际的使用中对氮气的制备效率低下，其次对前期的空气处理不到位，洁净度不高，导致碳分子筛的过渡损坏，从而使成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变压吸附氮气制备系统，解决了背景就提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变压吸附氮气制备系统，包括空气压缩机、空气过滤组件、空气储罐、氮气缓冲罐、第一吸附塔、第二吸附塔、放空区、用气点和控制面板，所述空气压缩机的进气口安装有空气进管，所述空气压缩机的出气口安装有压缩气体输送管，且空气压缩机通过压缩气体输送管实现与空气过滤组件气体连通，所述空气过滤组件通过输送管路与空气储罐气体连通，所述空气储罐通过进气管线分别与第一吸附塔和第二吸附塔气体连通。
其中，所述第一吸附塔和第二吸附塔彼此之间安装有泄压管线，所述泄压管线上安装有第三控制阀A和第三控制阀B,第三控制阀A位于第一吸附塔处，第三控制阀B位于第二吸附塔处。
其中，所述第一吸附塔和第二吸附塔内部安装有氧氮分离装置，氧氮分离装置由碳分子筛作为吸附剂构成，实现对O、CO和HO的吸附，所述第一吸附塔和第二吸附塔出气端通过排气管线与氮气缓冲罐的进气端气体连通。
所述氮气缓冲罐的出气端通过氮气输出管分别与放空区和用气点气体连通。
其中，所述氮气输出管上安装有氮气浓度检测器。
所述氮气输出管上安装有出气调节线路，其中，出气调节线路包括有支管，且支管上安装有开度调节器B，所述出气调节线路位于氮气输出管主管上安装有开度调节器A；
所述控制面板内部安装有PLC控制系统，所述输送管路、进气管线、排气管线、氮气输出管、空气压缩机、空气过滤组件、第一吸附塔和第二吸附塔均与PLC控制系统进行电控连接。
其中，所述控制面板上嵌入安装有显示屏、微调旋钮、氮气浓度按键盘和总开关，微调旋钮位于显示屏正下方，氮气浓度按键盘位于微调旋钮正下方，总开关位于微调旋钮正下方；
其中，所述氮气浓度按键盘共设有十个小按键，十个小按键分别表示氮气浓度为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.99％；所述微调旋钮可用于上述十个小按键氮气出气的氮气浓度微调。
进一步的，所述空气过滤组件内部安装有管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器和超精过滤器，管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器和超精过滤器按照进气顺序排位设计，且管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器和超精过滤器彼此通过气体管道实现气体流通。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：先由管道过滤器除去大部分的油、水和尘，再经冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油和除尘，并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。以实现用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。
进一步的，所述空气储罐上安装有第一控制阀。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：能够根据前端的空气过滤组件的处理速度调节第一控制阀的开度，达到对处理后的洁净空气进行一个有效的存储。
进一步的，所述进气管线上设有第二控制阀A、第二控制阀B和第二控制阀C，其中，第二控制阀A位于空气储罐的出气端，第二控制阀B位于第一吸附塔进气端，第二控制阀C位于第二吸附塔进气端。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：根据制氮气的速率以及第一吸附塔和第二吸附塔的制备情况，来实现实时调节第二控制阀A、第二控制阀B和第二控制阀C的开度以及开度大小。
进一步的，所述排气管线上安装有第四控制阀A、第四控制阀B、第四控制阀C和第四控制阀D，其中，第四控制阀A位于第一吸附塔和第二吸附塔之间联动控制用，第四控制阀B位于第一吸附塔出气端，第四控制阀C位于第二吸附塔出气端，第四控制阀D位于氮气缓冲罐进气端。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：根据氮气制备速度以及第一吸附塔和第二吸附塔的制备实时情况，能够达到对第四控制阀A、第四控制阀B、第四控制阀C和第四控制阀D的开度调节的目的，以配合实时制备速率。
进一步的，所述氮气输出管上安装有第五控制阀A、第五控制阀B和第五控制阀C，其中第五控制阀A位于氮气缓冲罐出气端，第五控制阀B位于放空区处，第五控制阀C位于用气点处。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：根据氮气浓度检测器以及氮气缓冲罐的实时输出情况控制第五控制阀A、第五控制阀B和第五控制阀C的开度，以保证合格输送的目的，达到安全使用。
进一步的，所述微调旋钮的浓度控制精度为0-0.99％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过设有的空气过滤组件，由管道过滤器除去大部分的油、水和尘，再经冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油和除尘，并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。以实现用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。
2、本发明通过空气储罐降低气流脉动，起缓冲作用；从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续第一吸附塔和第二吸附塔；同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。
3、本发明通过设有第一吸附塔和第二吸附塔，当洁净的压缩空气进入第一吸附塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由第一吸附塔出口端流出；经一段时间后，第一吸附塔内的碳分子筛吸附饱和。此时，第一吸附塔自动停止吸附，压缩空气流入第二吸附塔进行吸氧产氮，对第一吸附塔分子筛进行再生；分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的；两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气。
4、本发明通过设置有微调旋钮和氮气浓度按键盘，可以通过氮气浓度按键盘中设定的出气浓度进行大方向的调整，其次通过微调旋钮进一步精确调整氮气的出气浓度，能够根据用气点的实时需要调整氮气的出气浓度，达到高效使用的目的。
附图说明
图1为本发明制备流程示意图；
图2为本发明出气调节线路放大示意图；
图3为本发明控制面板结构图。
图中：1、空气进管；2、空气压缩机；3、压缩气体输送管；4、管道过滤器；5、冷冻干燥机；6、精过滤器；7、超精过滤器；8、空气过滤组件；9、空气储罐；10、进气管线；11、泄压管线；12、氮气缓冲罐；13、氮气输出管；14、第一吸附塔；15、排气管线；16、第二吸附塔；17、放空区；18、用气点；19、出气调节线路；20、控制面板；21、显示屏；22、微调旋钮；23、氮气浓度按键盘；24、总开关。
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。
请参阅图1至图3，本发明提供一种变压吸附氮气制备系统技术方案：
实施例1
一种变压吸附氮气制备系统，包括空气压缩机2、空气过滤组件8、空气储罐9、氮气缓冲罐12、第一吸附塔14、第二吸附塔16、放空区17、用气点18和和控制面板，空气压缩机2的进气口安装有空气进管1，空气压缩机2的出气口安装有压缩气体输送管3，且空气压缩机2通过压缩气体输送管3实现与空气过滤组件8气体连通。其中，能够对空气进行压缩，达到压缩高效输送的目的。空气过滤组件8通过输送管路与空气储罐9气体连通，空气储罐9通过进气管线10分别与第一吸附塔14和第二吸附塔16气体连通；其中，空气储罐9降低气流脉动，起缓冲作用；从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续第一吸附塔14和第二吸附塔16；同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。
其中，第一吸附塔14和第二吸附塔16内部安装有氧氮分离装置，氧氮分离装置由碳分子筛作为吸附剂构成，实现对O2、CO2和H2O的吸附，第一吸附塔14和第二吸附塔16出气端通过排气管线15与氮气缓冲罐12的进气端气体连通。其中，当洁净的压缩空气进入第一吸附塔14入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由第一吸附塔14出口端流出；经一段时间后，第一吸附塔14内的碳分子筛吸附饱和。此时，第一吸附塔14自动停止吸附，压缩空气流入第二吸附塔16进行吸氧产氮，对第一吸附塔14分子筛进行再生；分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的；两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气。
实施例2
一种变压吸附氮气制备系统，氮气缓冲罐12的出气端通过氮气输出管13分别与放空区17和用气点18气体连通。其中，氮气输出管13上安装有氮气浓度检测器。所述氮气输出管13上安装有出气调节线路19，其中，出气调节线路19包括有支管，且支管上安装有开度调节器B，所述出气调节线路19位于氮气输出管13主管上安装有开度调节器A；
所述控制面板20内部安装有PLC控制系统，输送管路、进气管线10、排气管线15、氮气输出管13、空气压缩机2、空气过滤组件8、第一吸附塔14和第二吸附塔16均与PLC控制系统进行电控连接。上述过程均由可编程序控制器PLC来控制；当出气端氮气纯度与设定值不符合时，PLC程序作用，自动放空阀门打开，将不合格氮气自动放空到放空区17，确保不合格氮气不流向用气点18；气体放空时利用消声使噪声小于75dBA。氮气缓冲罐12用于均衡从第一吸附塔14和第二吸附塔16分离出来的氮气的压力和纯度，保证连续供给氮气稳定。同时，在吸附塔进行工作切换后，它将本身的部分气体回充吸附塔，一方面帮助吸附塔升压，另外也起到保护床层的作用，在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用。
实施例3
一种变压吸附氮气制备系统，第一吸附塔14和第二吸附塔16彼此之间安装有泄压管线11，泄压管线11上安装有第三控制阀A和第三控制阀B,第三控制阀A位于第一吸附塔14处，第三控制阀B位于第二吸附塔16处；在需要减压的时候，通过PLC控制泄压管线11上的第三控制阀A和第三控制阀B的开度，可以根据实际生产工艺实现对应的减压需要。
实施例4
一种变压吸附氮气制备系统，空气过滤组件8内部安装有管道过滤器4、冷冻干燥机5、精过滤器6和超精过滤器7，管道过滤器4、冷冻干燥机5、精过滤器6和超精过滤器7按照进气顺序排位设计，且管道过滤器4、冷冻干燥机5、精过滤器6和超精过滤器7彼此通过气体管道实现气体流通；空气储罐9上安装有第一控制阀；其中，先由管道过滤器4除去大部分的油、水和尘，再经冷冻干燥机5进一步除水、精过滤器6除油和除尘，并由在紧随其后的超精过滤器7进行深度净化。以实现用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。
实施例5
一种变压吸附氮气制备系统，进气管线10上设有第二控制阀A、第二控制阀B和第二控制阀C，其中，第二控制阀A位于空气储罐9的出气端，第二控制阀B位于第一吸附塔14进气端，第二控制阀C位于第二吸附塔16进气端；其中，根据制氮气的速率以及第一吸附塔14和第二吸附塔16的制备情况，来实现实时调节第二控制阀A、第二控制阀B和第二控制阀C的开度以及开度大小。
实施例6
一种变压吸附氮气制备系统，排气管线15上安装有第四控制阀A、第四控制阀B、第四控制阀C和第四控制阀D，其中，第四控制阀A位于第一吸附塔14和第二吸附塔16之间联动控制用，第四控制阀B位于第一吸附塔14出气端，第四控制阀C位于第二吸附塔16出气端，第四控制阀D位于氮气缓冲罐12进气端；其中，根据氮气制备速度以及第一吸附塔14和第二吸附塔16的制备实时情况，能够达到对第四控制阀A、第四控制阀B、第四控制阀C和第四控制阀D的开度调节的目的，以配合实时制备速率。
实施例7
一种变压吸附氮气制备系统，氮气输出管13上安装有第五控制阀A、第五控制阀B和第五控制阀C，其中第五控制阀A位于氮气缓冲罐12出气端，第五控制阀B位于放空区17处，第五控制阀C位于用气点18处；根据氮气浓度检测器以及氮气缓冲罐12的实时输出情况控制第五控制阀A、第五控制阀B和第五控制阀C的开度，以保证合格输送的目的，达到安全使用。
实施例8
一种变压吸附氮气制备系统，所述控制面板20上嵌入安装有显示屏21、微调旋钮22、氮气浓度按键盘23和总开关24，微调旋钮22位于显示屏21正下方，氮气浓度按键盘23位于微调旋钮22正下方，总开关24位于微调旋钮22正下方。
其中，所述氮气浓度按键盘23共设有十个小按键，十个小按键分别表示氮气浓度为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.99％；所述微调旋钮22可用于上述十个小按键氮气出气的氮气浓度微调；所述微调旋钮22的浓度控制精度为0-0.99％。可以通过氮气浓度按键盘23中设定的出气浓度进行大方向的调整，其次通过微调旋钮22进一步精确调整氮气的出气浓度，比如需要设定浓度值在91％和92％之间，工作人员可以通过设定大方向纯度为91％；其次通过微调旋钮22进一步的进行调整，浓度调整范围在91.0％-91.99％，能够根据用气点的实时需要调整氮气的出气浓度，达到高效使用的目的。
工作原理：先由管道过滤器4除去大部分的油、水和尘，再经冷冻干燥机5进一步除水、精过滤器6除油和除尘，并由在紧随其后的超精过滤器7进行深度净化。以实现用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。
空气储罐9降低气流脉动，起缓冲作用；从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续第一吸附塔14和第二吸附塔16；同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。
当洁净的压缩空气进入第一吸附塔14入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由第一吸附塔14出口端流出；经一段时间后，第一吸附塔14内的碳分子筛吸附饱和。此时，第一吸附塔14自动停止吸附，压缩空气流入第二吸附塔16进行吸氧产氮，对第一吸附塔14分子筛进行再生；分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的；两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气。
当出气端氮气纯度与设定值不符合时，PLC程序作用，自动放空阀门打开，将不合格氮气自动放空到放空区17，确保不合格氮气不流向用气点18；气体放空时利用消声使噪声小于75dBA。氮气缓冲罐12用于均衡从第一吸附塔14和第二吸附塔16分离出来的氮气的压力和纯度，保证连续供给氮气稳定。同时，在吸附塔进行工作切换后，它将本身的部分气体回充吸附塔，一方面帮助吸附塔升压，另外也起到保护床层的作用，在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用。通过微调旋钮22进一步精确调整氮气的出气浓度，比如需要设定浓度值在91％和92％之间，工作人员可以通过设定大方向纯度为91％；其次通过微调旋钮22进一步的进行调整，浓度调整范围在91.0％-91.99％，能够根据用气点的实时需要调整氮气的出气浓度，达到高效使用的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种变压吸附氮气制备系统，包括空气压缩机（2）、空气过滤组件（8）、空气储罐（9）、氮气缓冲罐（12）、第一吸附塔（14）、第二吸附塔（16）、放空区（17）、用气点（18）和控制面板（20），其特征在于：所述空气压缩机（2）的进气口安装有空气进管（1），所述空气压缩机（2）的出气口安装有压缩气体输送管（3），且空气压缩机（2）通过压缩气体输送管（3）实现与空气过滤组件（8）气体连通，所述空气过滤组件（8）通过输送管路与空气储罐（9）气体连通，所述空气储罐（9）通过进气管线（10）分别与第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）气体连通；
其中，所述第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）彼此之间安装有泄压管线（11），所述泄压管线（11）上安装有第三控制阀A和第三控制阀B,第三控制阀A位于第一吸附塔（14）处，第三控制阀B位于第二吸附塔（16）处；
其中，所述第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）内部安装有氧氮分离装置，氧氮分离装置由碳分子筛作为吸附剂构成，实现对O2、CO2和H2O的吸附，所述第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）出气端通过排气管线（15）与氮气缓冲罐（12）的进气端气体连通；
所述氮气缓冲罐（12）的出气端通过氮气输出管（13）分别与放空区（17）和用气点（18）气体连通；
其中，所述氮气输出管（13）上安装有氮气浓度检测器；
所述氮气输出管（13）上安装有出气调节线路（19），其中，出气调节线路（19）包括有支管，且支管上安装有开度调节器B，所述出气调节线路（19）位于氮气输出管（13）主管上安装有开度调节器A；
所述控制面板（20）内部安装有PLC控制系统，所述输送管路、进气管线（10）、排气管线（15）、氮气输出管（13）、空气压缩机（2）、空气过滤组件（8）、第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）均与PLC控制系统进行电控连接；
其中，所述控制面板（20）上嵌入安装有显示屏（21）、微调旋钮（22）、氮气浓度按键盘（23）和总开关（24），微调旋钮（22）位于显示屏（21）正下方，氮气浓度按键盘（23）位于微调旋钮（22）正下方，总开关（24）位于微调旋钮（22）正下方；
其中，所述氮气浓度按键盘（23）共设有十个小按键，十个小按键分别表示氮气浓度为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.99％；所述微调旋钮（22）可用于上述十个小按键氮气出气的氮气浓度微调。
2.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述空气过滤组件（8）内部安装有管道过滤器（4）、冷冻干燥机（5）、精过滤器（6）和超精过滤器（7），管道过滤器（4）、冷冻干燥机（5）、精过滤器（6）和超精过滤器（7）按照进气顺序排位设计，且管道过滤器（4）、冷冻干燥机（5）、精过滤器（6）和超精过滤器（7）彼此通过气体管道实现气体流通。
3.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述空气储罐（9）上安装有第一控制阀。
4.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述进气管线（10）上设有第二控制阀A、第二控制阀B和第二控制阀C，其中，第二控制阀A位于空气储罐（9）的出气端，第二控制阀B位于第一吸附塔（14）进气端，第二控制阀C位于第二吸附塔（16）进气端。
5.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述排气管线（15）上安装有第四控制阀A、第四控制阀B、第四控制阀C和第四控制阀D，其中，第四控制阀A位于第一吸附塔（14）和第二吸附塔（16）之间联动控制用，第四控制阀B位于第一吸附塔（14）出气端，第四控制阀C位于第二吸附塔（16）出气端，第四控制阀D位于氮气缓冲罐（12）进气端。
6.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述氮气输出管（13）上安装有第五控制阀A、第五控制阀B和第五控制阀C，其中第五控制阀A位于氮气缓冲罐（12）出气端，第五控制阀B位于放空区（17）处，第五控制阀C位于用气点（18）处。
7.根据权利要求1所述的一种变压吸附氮气制备系统，其特征在于：所述微调旋钮（22）的浓度控制精度为0-0.99％。
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