CN114702015B - 一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法，涉及氮气提纯技术领域；为了解决感应使用程度问题；该装置两组并联设置的净化塔和与净化塔配合使用的冷却机构与吸附塔，所述净化塔包括相互固定安装的净化壳体一、底座和活动设置于净化壳体一内部的净化模块，所述净化模块与底座的相对一侧设置有感应组件，该方法包括将总控阀门连接未净化的氮气源，且将吸附塔的出气口连接氮气纯度测量装置，打开总控阀门，并同时将冷却机构与外界循环水源连接。本发明可完成对净化模块使用状态的感应，并且通过控制弹簧的弹性模量即可控制最大骤降临界值，即净化模块去除程度的临界值，较为便捷和可靠。

Description

一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法

技术领域

本发明涉及氮气提纯技术领域，尤其涉及一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法。

背景技术

高纯氮气提纯装置中纯化设备是清除原料纯氮气中杂质组份的关键设备。现有技术纯化设备是由净化塔、吸附塔组成；纯化设备的工作原理是首先由净化塔中净化剂脱除纯氮中氧、甲烷、氢气、碳氢化合物，再由吸附塔中分子筛吸附纯氮中水、二氧化碳、乙炔，最后对纯化后的氮气进行检验，对纯度达到国标要求的高纯氮气进行后续充装工序。

经检索，中国专利公开号为CN110526223A的专利，公开了一种高纯氮气提纯工艺及装置，包括在现有技术基础上增加一台净化塔，形成二台净化塔并联连接，一用一备的运行方式；增加一台或二台冷却器，冷却器设置在吸附塔的进气管路中；还包括增加二台吸附塔，四台吸附塔每二台串联，形成二组并联连接的吸附塔，二组吸附塔一用一备。

上述专利存在以下不足：其采用两台净化台并联，利用电控阀门进行控制，此种设置的重点就是如何对使用状态的净化塔使用程度感应，以此来判断何时切换，而上述专利并未公开此项技术，还有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于高纯氮气的提纯装置，包括两组并联设置的净化塔和与净化塔配合使用的冷却机构与吸附塔，所述净化塔包括相互固定安装的净化壳体一、底座和活动设置于净化壳体一内部的净化模块，所述净化模块与底座的相对一侧设置有感应组件，所述感应组件包括相互滑动配合的缸体和活塞，所述活塞固定安装于净化模块的底部外壁，所述缸体固定安装于底座的顶部外壁，两个所述缸体的内腔通过连通管连通，所述缸体的内壁倾斜的滑动连接有撑杆，撑杆的一侧固定安装有弹簧。

优选地：两组所述净化模块的进气端连接有同一个三通进气管，三通进气管的另一开口连接有总控阀门，两个所述净化模块的出气端连接有同一个三通出气管，三通出气管通过连接管与冷却机构连接，冷却机构与吸附塔连接。

进一步地：所述三通进气管的顶部内壁固定安装有配合板二，所述净化模块的底部外壁固定安装有主进气管，主进气管的外壁与三通进气管的内壁密封滑动配合，且所述主进气管的底端部固定安装有配合板一，配合板一与配合板二的内壁均开设有相互交错的通气孔一。

在前述方案的基础上：所述净化模块包括至少两组净化组件和通过螺栓固定与净化组件两端的集气罩一与集气罩二，且相邻的所述净化组件之间通过连接环连接。

在前述方案中更佳的方案是：所述净化组件包括相互固定安装的净化壳体二与净化顶盖，所述净化壳体二与净化顶盖的相对一侧固定安装有均匀的通气通道，且所述净化壳体二与净化顶盖的内壁分别开有与通气通道两端连通的通气孔二，所述通气通道的内部放置有净化球。

作为本发明进一步的方案：所述通气通道为两端直径小，中间直径大的结构。

同时，所述冷却机构包括相互固定安装的冷却箱与冷却盖，所述冷却箱的内壁固定安装有供气体流动的通气管。

作为本发明的一种优选的：所述通气管为多段U型管首尾相连组成，且所述通气管纵向侧壁均固定安装有与其内腔连通的支管，所述冷却箱内接入外界循环冷却水。

同时，所述净化壳体二的内壁嵌入有加热电阻丝，所述活塞的底部外壁固定安装有金属电极，底座的顶部外壁固定安装有弹簧电极，所述加热电阻丝、金属电极与弹簧电极共同接入同一感应电路，且所述感应电路还包括电源模块。

一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，具体步骤如下：

S1：将总控阀门连接未净化的氮气源，且将吸附塔的出气口连接氮气纯度测量装置；

S2：打开总控阀门，并同时将冷却机构与外界循环水源连接；

S3：氮气依次经过净化塔、冷却机构和吸附塔，分别进行净化、冷却和吸附；

S4：经氮气纯度测量装置检测纯度合格的氮气可直接装瓶处理。

本发明的有益效果为：

1.该用于高纯氮气的提纯装置，由于净化模块会对氮气中的部分杂质进行去除，去除的过程中，杂质留在净化模块内，其质量会逐渐增加，从而使得活塞的负重增加，使得撑杆克服弹簧的弹力作用向缸体内收缩，待收缩至完全位于缸体的内部时，此时活塞失去支撑力，整个净化模块会骤然下降至最底处，从而完成对净化模块使用状态的感应，并且通过控制弹簧的弹性模量即可控制最大骤降临界值，即净化模块去除程度的临界值，较为便捷和可靠。

2.该用于高纯氮气的提纯装置，当使用状态的净化模块，质量增加下降时，配合板一会随之下降，当其达到临界值，骤降时，此时配合板一与配合板二贴合，而配合板一与配合板二上的通气孔一相互交错，实现通路断开，并且由于两个缸体通过连通管连通，其下降时，会导致连通腔内压力增加，未使用状态的净化模块质量低于使用后净化模块的质量，使用状态的净化模块下降通过压力将未使用状态的净化模块顶起，从而使其配合板一与配合板二分开，使得原本断开的通路连通，实现了通路的切换功能，并且切换动力通过净化模块本身实现，能具有较强的联动性和同步性。

3.该用于高纯氮气的提纯装置，正常状态，净化球受到重力下降，将通气通道的底部通道堵住，通入气体时，气体流动具有一定的阻力，可将净化球吹起，气体经过净化球时，净化球可对气体内的部分杂质进行净化，并且由于净化球受气体吹动，其自身也会发生转动，从而导致不同的面直接面对下方的气体，从而保证了单个净化球的使用均匀性。

4.该用于高纯氮气的提纯装置，通过设置若干组通气通道，其同时对气体进行净化，由于净化球净化时，其自重会逐渐增加，就使用程度深的净化球较重，将其吹起所需的气体流动阻力也较大，相比其他处使用程度浅的净化球，此处的净化球通气量会减小，从而使得若干组净化球均能依靠自身自适应调节的保证使用的均匀性。

5.该用于高纯氮气的提纯装置，通过将冷却盖设置为多段U型管首尾相连组合管，其大大增加了气体与冷却水接触的路径和时间，提高了冷却的效果，并且在此基础上，通气管纵向侧壁均焊接有与其内腔连通的支管，使得气体路径成排列组合型具有若干个，更进一步且大幅度增加了气体与冷却水接触的路径和时间，提高了冷却的效果。

6.该用于高纯氮气的提纯装置，净化模块使用重量增加，其下降的同时带动活塞下降，从而使得金属电极与弹簧电极接触闭合，而又由于净化球通过加热可以重复利用，金属电极与弹簧电极接触闭合会使得感应电路闭合，使得加热电阻丝通电发热，实现对净化球的加热，从而实现了净化球的重复利用，且其加热电路的闭合驱动源也来源于净化模块的净化作用，同步性较强。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的两组净化塔剖视结构示意图；

图3为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的感应组件剖视结构示意图；

图4为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的净化模块结构示意图；

图5为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的净化组件剖视结构示意图；

图6为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的冷却机构剖视结构示意图；

图7为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的冷却盖结构示意图；

图8为本发明提出的一种用于高纯氮气的提纯装置的感应电路结构示意图。

图中：1-净化塔、2-总控阀门、3-三通进气管、4-三通出气管、5-连接管、6-冷却机构、7-吸附塔、8-净化模块、9-净化壳体一、10-感应组件、11-缸体、12-活塞、13-底座、14-连通管、15-主进气管、16-配合板一、17-通气孔一、18-配合板二、19-金属电极、20-弹簧电极、21-撑杆、22-弹簧、23-集气罩一、24-净化组件、25-连接环、26-集气罩二、27-净化壳体二、28-净化球、29-净化顶盖、30-通气孔二、31-通气通道、32-冷却箱、33-通气管、34-冷却盖、35-支管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施例1：

一种用于高纯氮气的提纯装置，如图1-3所示，包括两组并联设置的净化塔1和与净化塔1配合使用的冷却机构6与吸附塔7，所述净化塔1包括通过螺栓相互固定的净化壳体一9、底座13和活动设置于净化壳体一9内部的净化模块8，所述净化模块8与底座13的相对一侧设置有感应组件10，所述感应组件10包括相互滑动配合的缸体11和活塞12，所述活塞12通过螺栓固定于净化模块8的底部外壁，所述缸体11通过螺栓固定于底座13的顶部外壁，两个所述缸体11的内腔通过连通管14连通，且连通腔内存在气体，气体类型不做限定，可以为纯气体和混合气体的任意一种，为了成本考虑，优选地，气体为空气，所述缸体11的内壁倾斜的滑动连接有撑杆21，撑杆21的一侧焊接有弹簧22；本装置在使用时，由于净化模块8会对氮气中的部分杂质进行去除，去除的过程中，杂质留在净化模块8内，其质量会逐渐增加，从而使得活塞12的负重增加，使得撑杆21克服弹簧22的弹力作用向缸体11内收缩，待收缩至完全位于缸体11的内部时，此时活塞12失去支撑力，整个净化模块8会骤然下降至最底处，从而完成对净化模块8使用状态的感应，并且通过控制弹簧22的弹性模量即可控制最大骤降临界值，即净化模块8去除程度的临界值，较为便捷和可靠。

为了解决连接问题；如图1所示，两组所述净化模块8的进气端连接有同一个三通进气管3，三通进气管3的另一开口连接有总控阀门2，两个所述净化模块8的出气端连接有同一个三通出气管4，三通出气管4通过连接管5与冷却机构6连接，冷却机构6与吸附塔7连接，所述吸附塔7为公开技术，且较为成熟，本实施例未对其做出创造性劳动，故不做过多阐述，可通过总控阀门2外接未净化氮气，净化时，打开总控阀门2，氮气进入三通进气管3，并通过三通进气管3进入工作状态的净化模块8内，通过净化模块8净化后沿着三通出气管4排入冷却机构6内进行冷却，随后在通过吸附塔7进行吸附即可。

为了解决达到使用程度临界值，两组净化塔1的切换问题；如图3所示，所述三通进气管3的顶部内壁焊接有配合板二18，所述净化模块8的底部外壁焊接有主进气管15，主进气管15的外壁与三通进气管3的内壁密封滑动配合，且所述主进气管15的底端部焊接有配合板一16，配合板一16与配合板二18的内壁均开设有相互交错的通气孔一17；当使用状态的净化模块8，质量增加下降时，配合板一16会随之下降，当其达到临界值，骤降时，此时配合板一16与配合板二18贴合，而配合板一16与配合板二18上的通气孔一17相互交错，实现通路断开，并且由于两个缸体11通过连通管14连通，其下降时，会导致连通腔内压力增加，未使用状态的净化模块8质量低于使用后净化模块8的质量，使用状态的净化模块8下降通过压力将未使用状态的净化模块8顶起，从而使其配合板一16与配合板二18分开，使得原本断开的通路连通，实现了通路的切换功能，并且切换动力通过净化模块8本身实现，能具有较强的联动性和同步性。

为了解决负载调整问题；如图4所示，所述净化模块8包括至少两组净化组件24和通过螺栓固定与净化组件24两端的集气罩一23与集气罩二26，且相邻的所述净化组件24之间通过连接环25连接；本装置，通过对净化功能的净化模块8进行模块化设计，在实际使用时，可通过净化组件24的串联组数控制单行程的净化效果，从而实现对净化载荷的灵活调节。

为了解决对净化剂使用均匀性问题；如图5所示，所述净化组件24包括通过螺栓相互固定的净化壳体二27与净化顶盖29，所述净化壳体二27与净化顶盖29的相对一侧通过螺栓固定有均匀的通气通道31，且所述净化壳体二27与净化顶盖29的内壁分别开有与通气通道31两端连通的通气孔二30，所述通气通道31的内部放置有净化球28，且所述通气通道31为两端直径小，中间直径大的结构；正常状态，净化球28受到重力下降，将通气通道31的底部通道堵住，通入气体时，气体流动具有一定的阻力，可将净化球28吹起，气体经过净化球28时，净化球28可对气体内的部分杂质进行净化，并且由于净化球28受气体吹动，其自身也会发生转动，从而导致不同的面直接面对下方的气体，从而保证了单个净化球28的使用均匀性，另外，本装置通过设置若干组通气通道31，其同时对气体进行净化，由于净化球28净化时，其自重会逐渐增加，就使用程度深的净化球28较重，将其吹起所需的气体流动阻力也较大，相比其他处使用程度浅的净化球28，此处的净化球28通气量会减小，从而使得若干组净化球28均能依靠自身自适应调节的保证使用的均匀性。

本实施例在使用时,可通过总控阀门2外接未净化氮气，净化时，打开总控阀门2，氮气进入三通进气管3，并通过三通进气管3进入工作状态的净化模块8内，由于净化模块8会对氮气中的部分杂质进行去除，去除的过程中，杂质留在净化模块8内，其质量会逐渐增加，从而使得活塞12的负重增加，使得撑杆21克服弹簧22的弹力作用向缸体11内收缩，待收缩至完全位于缸体11的内部时，此时活塞12失去支撑力，整个净化模块8会骤然下降至最底处，此时一方面配合板一16与配合板二18贴合，而配合板一16与配合板二18上的通气孔一17相互交错，实现通路断开，并且由于两个缸体11通过连通管14连通，其下降时，会导致连通腔内压力增加，未使用状态的净化模块8质量低于使用后净化模块8的质量，使用状态的净化模块8下降通过压力将未使用状态的净化模块8顶起，从而使其配合板一16与配合板二18分开，使得原本断开的通路连通，实现了通路的切换功能，随后气体通过净化模块8净化后沿着三通出气管4排入冷却机构6内进行冷却，随后在通过吸附塔7进行吸附即可。

实施例2：

一种用于高纯氮气的提纯装置，如图6、7所示，为了解决净化后气体冷却问题；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述冷却机构6包括通过螺栓相互固定的冷却箱32与冷却盖34，所述冷却箱32的内壁通过螺栓固定有供气体流动的通气管33，所述通气管33可以为螺旋管、直线管等，为了冷却效率考虑，本实施例优选地：所述通气管33为多段U型管首尾相连组成，且所述通气管33纵向侧壁均焊接有与其内腔连通的支管35，所述冷却箱32内接入外界循环冷却水。

本实施例在使用时,气体沿着冷却盖34的一端流向另一端时，能通过冷却箱32内循环冷却水的热传递作用进行冷却，从而提高了后续吸附的效率，并且，本装置通过将冷却盖34设置为多段U型管首尾相连组合管，其大大增加了气体与冷却水接触的路径和时间，提高了冷却的效果，并且在此基础上，通气管33纵向侧壁均焊接有与其内腔连通的支管35，使得气体路径成排列组合型具有若干个，更进一步且大幅度增加了气体与冷却水接触的路径和时间，提高了冷却的效果。

实施例3：

一种用于高纯氮气的提纯装置，如图2、3、8所示，为了解决净化球28的重复利用问题，本实施例在实施例2的基础上做出以下改进：所述净化壳体二27的内壁嵌入有加热电阻丝，所述活塞12的底部外壁通过螺栓固定有金属电极19，底座13的顶部外壁通过螺栓固定有弹簧电极20，所述加热电阻丝、金属电极19与弹簧电极20共同接入同一感应电路，且所述感应电路还包括电源模块。

本实施例在使用时：净化模块8使用重量增加，其下降的同时带动活塞12下降，从而使得金属电极19与弹簧电极20接触闭合，而又由于净化球28通过加热可以重复利用，金属电极19与弹簧电极20接触闭合会使得感应电路闭合，使得加热电阻丝通电发热，实现对净化球28的加热，从而实现了净化球28的重复利用，且其加热电路的闭合驱动源也来源于净化模块8的净化作用，同步性较强。

实施例4：

一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，如图1-8所示，具体步骤如下：

S1：将总控阀门2连接未净化的氮气源，且将吸附塔7的出气口连接氮气纯度测量装置；

S2：打开总控阀门2，并同时将冷却机构6与外界循环水源连接；

S3：氮气依次经过净化塔1、冷却机构6和吸附塔7，分别进行净化、冷却和吸附；

S4：经氮气纯度测量装置检测纯度合格的氮气可直接装瓶处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高纯氮气的提纯装置，包括两组并联设置的净化塔(1)和与净化塔(1)配合使用的冷却机构(6)与吸附塔(7)，其特征在于，所述净化塔(1)包括相互固定安装的净化壳体一(9)、底座(13)和活动设置于净化壳体一(9)内部的净化模块(8)，所述净化模块(8)与底座(13)的相对一侧设置有感应组件(10)，所述感应组件(10)包括相互滑动配合的缸体(11)和活塞(12)，所述活塞(12)固定安装于净化模块(8)的底部外壁，所述缸体(11)固定安装于底座(13)的顶部外壁，两个所述缸体(11)的内腔通过连通管(14)连通，所述缸体(11)的内壁倾斜的滑动连接有撑杆(21)，撑杆(21)的一侧固定安装有弹簧(22)，

两组所述净化模块(8)的进气端连接有同一个三通进气管(3)，三通进气管(3)的另一开口连接有总控阀门(2)，两个所述净化模块(8)的出气端连接有同一个三通出气管(4)，三通出气管(4)通过连接管(5)与冷却机构(6)连接，冷却机构(6)与吸附塔(7)连接，

所述三通进气管(3)的顶部内壁固定安装有配合板二(18)，所述净化模块(8)的底部外壁固定安装有主进气管(15)，主进气管(15)的外壁与三通进气管(3)的内壁密封滑动配合，且所述主进气管(15)的底端部固定安装有配合板一(16)，配合板一(16)与配合板二(18)的内壁均开设有相互交错的通气孔一(17)，

所述净化模块(8)包括至少两组净化组件(24)和通过螺栓固定与净化组件(24)两端的集气罩一(23)与集气罩二(26)，且相邻的所述净化组件(24)之间通过连接环(25)连接，

所述净化组件(24)包括相互固定安装的净化壳体二(27)与净化顶盖(29)，所述净化壳体二(27)与净化顶盖(29)的相对一侧固定安装有均匀的通气通道(31)，且所述净化壳体二(27)与净化顶盖(29)的内壁分别开有与通气通道(31)两端连通的通气孔二(30)，所述通气通道(31)的内部放置有净化球(28)，

所述通气通道(31)为两端直径小，中间直径大的结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于高纯氮气的提纯装置，其特征在于，所述冷却机构(6)包括相互固定安装的冷却箱(32)与冷却盖(34)，所述冷却箱(32)的内壁固定安装有供气体流动的通气管(33)。

3.根据权利要求2所述的一种用于高纯氮气的提纯装置，其特征在于，所述通气管(33)为多段U型管首尾相连组成，且所述通气管(33)纵向侧壁均固定安装有与其内腔连通的支管(35)，所述冷却箱(32)内接入外界循环冷却水。

4.根据权利要求1所述的一种用于高纯氮气的提纯装置，其特征在于，所述净化壳体二(27)的内壁嵌入有加热电阻丝，所述活塞(12)的底部外壁固定安装有金属电极(19)，底座(13)的顶部外壁固定安装有弹簧电极(20)，所述加热电阻丝、金属电极(19)与弹簧电极(20)共同接入同一感应电路，且所述感应电路还包括电源模块。

5.一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：将总控阀门(2)连接未净化的氮气源，且将吸附塔(7)的出气口连接氮气纯度测量装置；

S2：打开总控阀门(2)，并同时将冷却机构(6)与外界循环水源连接；

S3：氮气依次经过净化塔(1)、冷却机构(6)和吸附塔(7)，分别进行净化、冷却和吸附；

S4：经氮气纯度测量装置检测纯度合格的氮气可直接装瓶处理。