CN113509817A - 一种变压吸附制氮工艺及制氮机 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种变压吸附制氮工艺及制氮机，属于制氮工艺技术领域，其中一种变压吸附制氮工艺，包括如下步骤：S1、一级过滤，将压缩空气通入布袋除尘器，利用布袋除尘器过滤空气中；S2、预热，将压缩空气加热，加热温度区间为300℃至360℃；S3、二级过滤，将预热过的压缩空气通过活性炭过滤器；S4、分离，将二级过滤后的压缩空气通入制氮机，将压缩空气中的氮气分离。本申请具有保证分子筛的筛分效果，从而提升制得氮气的纯度的效果。
Description
技术领域
本申请涉及制氮工艺技术领域，更具体地说，涉及一种变压吸附制氮工艺及制氮机。
背景技术
制氮是以干净的压缩空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得氮气的新型制氮技术。制氮机的吸附塔内的碳分子筛是由硬煤磨细后，经一系列加工成型烧结所得，经活化成型后的碳分子筛的晶粒体分布着无数微孔孔穴，孔穴直径控制在氧分子直径与氮分子直径之间，而氧分子直径小于氮分子直径。对于小于孔穴直径的气体分子能进入孔穴内，把大于孔穴的分子挡在孔外，起着筛分分子的作用。
但是，空气中含有的水分杂质会影响分子筛的筛分效果，从而影响值得氮气的纯度。
发明内容
为了保证分子筛的筛分效果，从而提升制得氮气的纯度，本申请提供一种变压吸附制氮工艺及制氮机。
本申请提供的一种变压吸附制氮工艺及制氮机采用如下的技术方案：
一种变压吸附制氮工艺，包括如下步骤：S1、一级过滤，将压缩空气通入布袋除尘器，利用布袋除尘器过滤空气中；S2、预热，将压缩空气加热，加热温度区间为300℃至360℃；S3、二级过滤，将预热过的压缩空气通过活性炭过滤器；S4、分离，将二级过滤后的压缩空气通入制氮机，将压缩空气中的氮气分离。
通过上述技术方案，通过一级过滤，去除了压缩空气中的的灰尘杂志，而在步骤S2及步骤S3中，将压缩空气中的水分去除，然后再进行分离，从而使得压缩空气纯化，防止空气中的水分及杂志影响分子筛的工作稳定性，有利于保证分子筛的筛分效果，从而提升制得氮气的纯度。
一种变压吸附制氮机，包括水平设置的第一分离罐、水平设置于所述第一分离罐下侧的第二分离罐、连接于所述第一分离罐和所述第二分离罐之间的连接长盒、连接于所述第一分离罐和第二分离罐同侧端部上的加热盒；所述加热盒内固定安装有电加热管；所述第一分离罐上与所述第二分离罐上均连接有进气管，所述进气管穿设于所述加热盒上，且所述第一分离罐与所述第二分离罐上均连接有氮气出气管；所述第一分离罐与所述第二分离罐中部均设有分子筛组件。
通过上述技术方案，压缩空气通过进气管进入第一分离罐和第二分离罐中，通过分子筛组件的分离作用分离出压缩空气中的氮气并通过氮气出气管排出，然后通过阀门控制，使得分子筛组件中残留的氧气通过进气管排出，而在此过程中，压缩空气进入第一分离罐及第二分离罐前均被加热盒加热，使得分子筛组件在使用过程中不断被加热，有利于蒸发分子筛组件内残留的水分，提升分子筛组件的分离效率。
进一步的，所述第一分离罐底部开设有第一压气口以及第二压气口，所述第一压气口与所述第二压气口分别设置于所述分子筛组件两侧，且第一压气口设置于所述分子筛组件靠近所述进气管的一侧；所述第二分离罐顶部开设有第三压气口和第四压气口，所述第三压气口与所述第四压气口分别设置于所述分子筛组件两侧，且第三压气口设置于所述分子筛组件靠近所述进气管的一侧；所述第一压气口、所述第二压气口、所述第三压气口以及所述第四压气口内均固定连接有弹性憋气膜；所述连接长盒内转动安装有调节杆，所述调节杆上固定有用于抵入所述第一压气口和所述第三压气口内的第一压气块，所述调节杆上还固定有用于抵入所述第二压气口和第四压气口内的第二压气块，所述第一压气块在垂直于所述调节杆长度方向的竖直平面上位于所述第二压气块上侧；所述加热盒外设有用于驱动所述调节杆转动的电驱动组件。
通过上述技术方案，当压缩空气进入第一分离罐时电驱动组件驱动调节杆转动，使得第一压气块压入第一压气口，第二压气块压入第四压气口，此时，第一分离罐中分子筛组件靠近进气管的一侧气压大于第一分离罐内靠近氮气排气管的一侧气压，从而有利于压缩空气对分子筛组件的渗透，提升第一分离罐内分子筛组件的分离效率，而第二分离罐内分子筛组件两侧的气压相反，从而有利于加速分子筛组件中残留氧气的排除，提升氧气的分离效率；反之，第二分离罐中通入压缩空气时，电驱动组件驱动调节杆转动，使得第二压气块进入第二压气口，而第一压气口压入第三压气口，从而有利于第二分离罐内氮气的分离以及第一分离罐内氧气的分离，故而整体提升了制氮机的制氮制氧效率。
进一步的，所述电驱动组件包括固定于所述加热盒外侧的驱动盒、转动安装于所述驱动盒内的驱动轴、固定安装于所述驱动轴上的蜗轮、固定于所述驱动盒上的伺服电机以及固定于所述伺服电机输出轴上的蜗杆；所述调节杆端部贯穿所述加热盒并穿入所述驱动盒内，且所述驱动轴与所述调节杆端部固定连接；所述蜗杆与所述蜗轮啮合设置。
通过上述技术方案，当伺服电机启动时，伺服电机驱动蜗杆转动，通过蜗轮带动驱动轴转动，驱动了调节杆转动，传动结构稳定。
进一步的，所述调节杆上固定有与所述第一压气块对向设置的第一平衡块，所述调节杆上固定有与所述第二压气块对向设置的第二平衡块。
通过上述技术方案，第一平衡块与第二平衡块的设置，使得第一压气块与第二压气块在压入第一分离罐和第二分离罐内时，均受到对向的平衡作用力，提升了调节杆对第一压气块以及第二压气块的传动效率。
进一步的，所述第一平衡块与所述第二平衡块上均开设有用于防止剐蹭所述弹性憋气膜的避让槽。
通过上述技术方案，避让槽的设置，有利于防止第一平衡块及第二平衡块损伤弹性憋气膜。
进一步的，所述进气管中部设有S形弯曲部，且所述S形弯曲部设置于所述加热盒内。
通过上述技术方案，S形弯曲部的设置，使得压缩空气得以被充分加热后再进入第一分离罐及第二分离罐。
进一步的，所述分子筛组件包括过滤盒以及填充于所述过滤盒内的分子筛填充物。
通过上述技术方案，分子筛组件结构简单，利于维护。
综上所述，本申请包括以下至少一个有益技术效果：
(1)通过一级过滤，去除了压缩空气中的的灰尘杂志，而在步骤S2及步骤S3中，将压缩空气中的水分去除，然后再进行分离，从而使得压缩空气纯化，防止空气中的水分及杂志影响分子筛的工作稳定性，有利于保证分子筛的筛分效果，从而提升制得氮气的纯度；
(2)压缩空气进入第一分离罐及第二分离罐前均被加热盒加热，使得分子筛组件在使用过程中不断被加热，有利于蒸发分子筛组件内残留的水分，提升分子筛组件的分离效率。
附图说明
图1为本申请的变压吸附制氮工艺的步骤示意图；
图2为本申请的变压吸附制氮机的结构示意图。
图中标号说明：
1、第一分离罐；11、进气管；12、氮气出气管；13、第一压气口；14、第二压气口；2、第二分离罐；21、第三压气口；22、第四压气口；3、连接长盒；4、加热盒；41、保温层；42、电加热管；5、分子筛组件；51、过滤盒；52、分子筛填充物；6、弹性憋气膜；7、调节杆；71、第一压气块；72、第二压气块；73、第一平衡块；74、第二平衡块；741、避让槽；8、电驱动组件；81、驱动盒；82、驱动轴；83、蜗轮；84、伺服电机；85、蜗杆。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种变压吸附制氮工艺，请参阅图1，包括如下步骤：S1、一级过滤，将压缩空气通入布袋除尘器，利用布袋除尘器过滤空气中的灰尘杂质。S2、预热，将压缩空气加热，加热温度区间为300℃至360℃。S3、二级过滤，将预热过的压缩空气通过活性炭过滤器，吸收压缩空气内的水分。S4、分离，将二级过滤后的压缩空气通入制氮机，将压缩空气中的氮气分离。
本申请实施例一种变压吸附制氮工艺及制氮机的实施原理为：通过一级过滤，去除了压缩空气中的的灰尘杂志，而在步骤S2及步骤S3中，将压缩空气中的水分去除，然后再进行分离，从而使得压缩空气纯化，防止空气中的水分及杂志影响分子筛的工作稳定性，有利于保证分子筛的筛分效果，从而提升制得氮气的纯度。
本申请实施例还公开了一种变压吸附制氮机，请参阅图2，包括水平设置的第一分离罐1、水平设置于第一分离罐1下侧的第二分离罐2、连接于第一分离罐1和第二分离罐2之间的连接长盒3、连接于第一分离罐1和第二分离罐2同侧端部上的加热盒4。第一分离罐1与第二分离罐2的结构一致，均为横截面呈圆形的罐体结构。加热盒4外包覆设置有保温层41，加热盒4内固定安装有电加热管42，且电加热管42的接线端穿设于加热盒4远离第一分离罐1的外侧壁上，便于为电加热管42通电。
参照图2，第一分离罐1上与第二分离罐2上均连接有进气管11，用于进入压缩空气及排出氧气，进气管11穿设于加热盒4上，且进气管11中部设有S形弯曲部，且S形弯曲部设置于加热盒4内，从而延长压缩空气于加热盒4内的停留时间。第一分离罐1与第二分离罐2上均连接有氮气出气管12。第一分离罐1与第二分离罐2中部均设有分子筛组件5。分子筛组件5包括过滤盒51以及填充于过滤盒51内的分子筛填充物52，分子筛填充物52为沸石，而过滤盒51为圆柱体内部中空结构，其固定安装在第一分离罐1以及第二分离罐2内并未与第一分离罐1中部及第二分离罐2中部。此外，过滤盒51的两端圆形端面上均匀开设有多处过滤孔，用以通过气体。
参照图2，第一分离罐1底部开设有第一压气口13以及第二压气口14，第一压气口13与第二压气口14分别设置于分子筛组件5两侧，且第一压气口13设置于分子筛组件5靠近进气管11的一侧。第二分离罐2顶部开设有第三压气口21和第四压气口22，第三压气口21与第四压气口22分别设置于分子筛组件5两侧，且第三压气口21设置于分子筛组件5靠近进气管11的一侧。第一压气口13、第二压气口14、第三压气口21以及第四压气口22内均固定连接有弹性憋气膜6，弹性憋气膜6由弹性橡胶制成。
参照图2，连接长盒3内转动安装有调节杆7，调节杆7与第一分离罐1平行设置，且调节杆7上固定有用于抵入第一压气口13和第三压气口21内的第一压气块71，调节杆7上还固定有用于抵入第二压气口14和第四压气口22内的第二压气块72，第一压气块71在垂直于调节杆7长度方向的竖直平面上位于第二压气块72上侧。此外，加热盒4外设有用于驱动调节杆7转动的电驱动组件8。当压缩空气进入第一分离罐1时电驱动组件8驱动调节杆7转动，使得第一压气块71压入第一压气口13，第二压气块72压入第四压气口22，此时，第一分离罐1中分子筛组件5靠近进气管11的一侧气压大于第一分离罐1内靠近氮气排气管的一侧气压，从而有利于压缩空气对分子筛组件5的渗透，提升第一分离罐1内分子筛组件5的分离效率，而第二分离罐2内分子筛组件5两侧的气压相反，从而有利于加速分子筛组件5中残留氧气的排除，提升氧气的分离效率。反之，第二分离罐2中通入压缩空气时，电驱动组件8驱动调节杆7转动，使得第二压气块72进入第二压气口14，而第一压气口13压入第三压气口21，从而有利于第二分离罐2内氮气的分离以及第一分离罐1内氧气的分离，故而整体提升了制氮机的制氮制氧效率。
此外，调节杆7上固定有与第一压气块71对向设置的第一平衡块73，调节杆7上固定有与第二压气块72对向设置的第二平衡块74。第一平衡块73与第二平衡块74的设置，使得第一压气块71与第二压气块72在压入第一分离罐1和第二分离罐2内时，均受到对向的平衡作用力，提升了调节杆7对第一压气块71以及第二压气块72的传动效率。第一平衡块73与第二平衡块74上均开设有用于防止剐蹭弹性憋气膜6的避让槽741，有利于防止第一平衡块73及第二平衡块74损伤弹性憋气膜6。
参照图2，电驱动组件8包括固定于加热盒4外侧的驱动盒81、转动安装于驱动盒81内的驱动轴82、固定安装于驱动轴82上的蜗轮83、固定于驱动盒81外侧壁上的伺服电机84以及固定于伺服电机84输出轴上的蜗杆85，调节杆7端部贯穿加热盒4并穿入驱动盒81内，且驱动轴82与调节杆7端部固定连接，此外，蜗杆85与蜗轮83啮合设置。当伺服电机84启动时，伺服电机84驱动蜗杆85转动，通过蜗轮83带动驱动轴82转动，驱动了调节杆7转动，传动结构稳定。
本申请实施例一种变压吸附制氮机的实施原理为：压缩空气通过进气管11进入第一分离罐1和第二分离罐2中，通过分子筛组件5的分离作用分离出压缩空气中的氮气并通过氮气出气管12排出，然后通过阀门控制，使得分子筛组件5中残留的氧气通过进气管11排出，而在此过程中，压缩空气进入第一分离罐1及第二分离罐2前均被加热盒4加热，使得分子筛组件5在使用过程中不断被加热，有利于蒸发分子筛组件5内残留的水分，提升分子筛组件5的分离效率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种变压吸附制氮工艺，其特征在于：包括如下步骤：S1、一级过滤，将压缩空气通入布袋除尘器，利用布袋除尘器过滤空气中；S2、预热，将压缩空气加热，加热温度区间为300℃至360℃；S3、二级过滤，将预热过的压缩空气通过活性炭过滤器；S4、分离，将二级过滤后的压缩空气通入制氮机，将压缩空气中的氮气分离。
2.一种变压吸附制氮机，其特征在于：包括水平设置的第一分离罐(1)、水平设置于所述第一分离罐(1)下侧的第二分离罐(2)、连接于所述第一分离罐(1)和所述第二分离罐(2)之间的连接长盒(3)、连接于所述第一分离罐(1)和第二分离罐(2)同侧端部上的加热盒(4)；所述加热盒(4)内固定安装有电加热管(42)；所述第一分离罐(1)上与所述第二分离罐(2)上均连接有进气管(11)，所述进气管(11)穿设于所述加热盒(4)上，且所述第一分离罐(1)与所述第二分离罐(2)上均连接有氮气出气管(12)；所述第一分离罐(1)与所述第二分离罐(2)中部均设有分子筛组件(5)。
3.根据权利要求2所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述第一分离罐(1)底部开设有第一压气口(13)以及第二压气口(14)，所述第一压气口(13)与所述第二压气口(14)分别设置于所述分子筛组件(5)两侧，且第一压气口(13)设置于所述分子筛组件(5)靠近所述进气管(11)的一侧；所述第二分离罐(2)顶部开设有第三压气口(21)和第四压气口(22)，所述第三压气口(21)与所述第四压气口(22)分别设置于所述分子筛组件(5)两侧，且第三压气口(21)设置于所述分子筛组件(5)靠近所述进气管(11)的一侧；所述第一压气口(13)、所述第二压气口(14)、所述第三压气口(21)以及所述第四压气口(22)内均固定连接有弹性憋气膜(6)；所述连接长盒(3)内转动安装有调节杆(7)，所述调节杆(7)上固定有用于抵入所述第一压气口(13)和所述第三压气口(21)内的第一压气块(71)，所述调节杆(7)上还固定有用于抵入所述第二压气口(14)和第四压气口(22)内的第二压气块(72)，所述第一压气块(71)在垂直于所述调节杆(7)长度方向的竖直平面上位于所述第二压气块(72)上侧；所述加热盒(4)外设有用于驱动所述调节杆(7)转动的电驱动组件(8)。
4.根据权利要求3所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述电驱动组件(8)包括固定于所述加热盒(4)外侧的驱动盒(81)、转动安装于所述驱动盒(81)内的驱动轴(82)、固定安装于所述驱动轴(82)上的蜗轮(83)、固定于所述驱动盒(81)上的伺服电机(84)以及固定于所述伺服电机(84)输出轴上的蜗杆(85)；所述调节杆(7)端部贯穿所述加热盒(4)并穿入所述驱动盒(81)内，且所述驱动轴(82)与所述调节杆(7)端部固定连接；所述蜗杆(85)与所述蜗轮(83)啮合设置。
5.根据权利要求3所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述调节杆(7)上固定有与所述第一压气块(71)对向设置的第一平衡块(73)，所述调节杆(7)上固定有与所述第二压气块(72)对向设置的第二平衡块(74)。
6.根据权利要求5所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述第一平衡块(73)与所述第二平衡块(74)上均开设有用于防止剐蹭所述弹性憋气膜(6)的避让槽(741)。
7.根据权利要求2所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述进气管(11)中部设有S形弯曲部，且所述S形弯曲部设置于所述加热盒(4)内。
8.根据权利要求3所述的一种变压吸附制氮机，其特征在于：所述分子筛组件(5)包括过滤盒(51)以及填充于所述过滤盒(51)内的分子筛填充物(52)。
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