CN117771880B - 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，属于氮气提纯领域，包括罐体，所述罐体的外壁开设有进气口，所述罐体靠近进气口的一侧底部开设有出气口，所述罐体的内部设置有提纯机构；所述提纯机构用于将空气内的氮气与空气分离。球形分子筛与安装柱用于过盈配合，使每个球形分子筛与安装柱之间接触的位置密封性更好，使空气通过安装柱时会通过球形分子筛，使空气存储在球形分子筛的内部，使空气通过球形分子筛，而球形分子筛设置有多个，使空气通过球形分子筛为多次，对空气与空气内的氮气分离效果更好，所述球形分子筛与安装柱的截面为圆形，方便空气是一个一个通过球形分子筛的，空气与空气内的氮气分离效果更好。

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领域，更具体地说，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

现有技术普遍都是利用分子筛法对氮气提纯。分子筛用工制取氮气是一种常见的方法主要是利用分子的吸附性能来分离氧气和氮气。下面是制取氮气的主要步骤：首先压缩空气、然后预处理、接着吸附分离、随后氮气收集、最后再生分子筛，再生常使用减压和加热的方法，将吸附物释放出来，使分子筛再次可用。

授权公告号为CN114702015B的中国专利公开了一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法，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。

授权公告号为CN109323122B的中国专利公开了一种高效氮气纯化设备及其中间收集方法，控制系统将达标氮气冲入下腔体内，补充下腔体内氮气的消耗，同时将上腔体内纯度不达标的氮气压回氮气纯化装置中，以便于重新提纯。

上述第一种方法通过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，第二种方法通过将达标氮气冲入下腔体内，补充下腔体内氮气的消耗，同时将上腔体内纯度不达标的氮气压回氮气纯化装置中，以便于重新提纯，但是分子筛之间存在缝隙，并且圆形的分子筛之间缝隙更大，空气容易从缝隙通过，需要更多的分子筛才能达到对空气内的氮气分离的作用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于高纯氮气的提纯装置及其提纯方法，球形分子筛与安装柱用于过盈配合，使每个球形分子筛与安装柱之间接触的位置密封性更好，使空气通过安装柱时会通过球形分子筛，使空气存储在球形分子筛的内部，使空气通过球形分子筛，而球形分子筛设置有多个，使空气通过球形分子筛为多次，对空气与空气内的氮气分离效果更好，所述球形分子筛与安装柱的截面为圆形，方便空气是一个一个通过球形分子筛的，空气与空气内的氮气分离效果更好。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种用于高纯氮气的提纯装置，包括罐体，所述罐体的外壁开设有进气口，所述罐体靠近进气口的一侧底部开设有出气口，所述罐体的内部设置有提纯机构；

所述提纯机构用于将空气内的氮气与空气分离，增加空气与分子筛的接触时间；

所述提纯机构包括与罐体固定连接的安装板，所述安装板的底部开设有多个第一圆孔，所述安装板的底部固定连接有安装柱，所述安装柱与第一圆孔的接触面表面涂覆有橡胶层，所述安装柱的内部涂覆有软橡胶，所述安装柱的内部固定连接有多个互相贴合的球形分子筛，所述球形分子筛与安装柱的截面为圆形。

进一步的，所述罐体的顶部固定连接有电机，所述电机的输出轴端部固定连接有旋转杆。

进一步的，所述安装板的顶部设置有与罐体内壁上下滑动连接的第一圆盘，所述旋转杆的底部贯穿第一圆盘，所述旋转杆与第一圆盘螺旋传动连接。

进一步的，所述第一圆盘的底部向第一圆孔的方向延伸形成连接杆，所述连接杆的底部固定连接有环形板，所述环形板的截面为环形，所述环形板的内壁直径小于球形分子筛的直径。

进一步的，所述第一圆盘的内部开设有弧形槽，所述弧形槽与第一圆孔的位置错开，所述弧形槽的内部固定连接有加热棒。

进一步的，所述罐体的内部处于安装柱的下端口处上下滑动连接有第二圆盘，所述罐体的内腔底部设置有降温机构。

进一步的，所述第二圆盘的内部开设有第三圆孔，所述第三圆孔的内部固定连接有橡胶环。

进一步的，所述旋转杆与第二圆盘螺旋传动连接，所述第二圆盘的顶部设置有与罐体螺旋传动连接的第一圆环，且第二圆盘与第一圆环转动连接。

进一步的，所述第一圆环的内表面延伸形成挡板，所述第一圆环的内部与第二圆盘的表面均开设有第二圆孔。

一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，包括如下步骤：

S1：压缩空气，将大气中的空气通过压缩机进行压缩，提高气体的密度和压力，将压缩的空气通过进气口通入罐体的内部；

S2：预处理，将压缩的空气通过加热棒进行预处理，去除其中的颗粒和水分，确保气体纯净度；

S3：吸附分离，将预处理后的气体通过球形分子筛，通过球形分子筛的吸附分离作用，被吸附的氧气分子会留在球形分子筛中，而未被吸附的氮气则通过球形分子筛脱附，使剩下的气体通过安装柱后到达第二圆盘的底部；

S4：降温，通过利用降温机构对将剩余气体加压降温，而温度为-196℃，使氮气以及温度高于-196℃液化的气体从气态转变为液态，而温度低于-196℃才能液化的气体通过第二圆盘后再次通过出气口排出，然后将温度升高，将呈液态的氮气转为气体排出收集。

相比于现有技术，本发明的有益效果：

1、本方案通过开设有第一圆孔，方便对安装柱进行固定，对安装柱的固定更加方便，所述第一圆孔开设有多个，增加空气通过安装板后到达安装柱内部的路径，使空气更快的通过，增加空气分离氮气的速度，通过安装柱与第一圆孔接触面为橡胶，增加安装柱与第一圆孔之间的密封性，防止空气通过第一圆孔与安装柱之间的缝隙到达安装板的底部，造成后续氮气的纯度受到影响，球形分子筛与安装柱用于过盈配合，使每个球形分子筛与安装柱之间接触的位置密封性更好，使空气通过安装柱时会通过球形分子筛，空气内的氧气存储在球形分子筛的内部，使剩余的空气通过球形分子筛，而球形分子筛设置有多个，使空气通过球形分子筛为多次，对空气与空气内的氮气分离效果更好，所述球形分子筛与安装柱的截面为圆形，方便空气是一个一个通过球形分子筛的，空气与空气内的氮气分离效果更好，有效防止将球形分子筛堆积在一起后，空气通过堆积的球形分子筛后，防止空气通过多个球形分子筛之间产生的缝隙离开，造成从球形分子筛离开的氮气内存在大量的其他气体，造成后续氮气的纯度低。

2、本方案通过电机驱动旋转杆旋转即可控制第一圆盘在旋转杆的表面上下移动，且第一圆盘受到罐体的限制，使第一圆盘只能竖直上下移动，使第一圆盘上下移动更加方便，环形板的截面为环形，方便对球形分子筛限制，使球形分子筛不会从安装柱的内部掉落，且连接杆的截面形状为弧形，可以更好的包裹球形分子筛，防止球形分子筛从安装柱的内部掉落，环形板的内壁直径小于球形分子筛的直径，使最底部的球形分子筛卡入环形板的内部，当第一圆盘向上移动后即可使第一圆盘带着连接杆以及环形板向上移动，方便环形板带着球形分子筛向上移动，方便将安装柱内部的球形分子筛取出，对球形分子筛的更换更加方便。

3、本方案通过弧形槽与第一圆孔的位置错开，方便第一圆盘向下移动时，第一圆盘可以将第一圆孔堵住，从而达到第一圆盘将安装柱堵住，防止罐体底部呈气态的氮气通过安装柱向上移动，造成纯化的氮气泄漏，所述弧形槽的内部固定连接有加热棒，当空气从弧形槽到达安装板的位置时，需要经过加热棒，通过加热棒对空气加热，对空气干燥，去除空气内的水蒸气，使后续的氮气的纯度更高。

4、本方案通过第三圆孔对安装柱进行限位，防止在第一圆盘处加压的空气通过安装柱时，使安装柱晃动，造成空气通过安装板或者氮气通过第二圆盘到达安装板与第二圆盘之间，造成氮气的混杂，造成氮气的纯度低，所述第三圆孔的内部固定连接有橡胶环，通过橡胶环与安装柱相贴合，再次增加第二圆盘与安装柱之间的气密性，且橡胶环为弹性的，当安装柱晃动，橡胶环可以根据自身弹性进行调节，使橡胶环始终与安装柱贴合，使装置使用更加方便。

5、本方案通过旋转旋转杆，旋转杆旋转即可驱动第一圆盘带着连接杆向下移动，使第一圆盘将安装柱堵住，防止空气再次通过安装柱到达第二圆盘的底部，并且防止第二圆盘的气体通过安装柱到达安装板的顶部，再一次防止气体混杂，而挡板的第二圆孔与第二圆盘的第二圆孔交错开设，方便在第一圆环没有旋转时，挡板堵住第二圆盘表面开设的第二圆孔，从而防止第二圆盘底部的空气离开，而第二圆盘带着第一圆环向上移动时，第一圆环旋转即可带着第二圆孔旋转，从而使第二圆盘表面的第二圆孔与第一圆环表面的第二圆孔重合，从而使第二圆盘底部的空间与第二圆盘与安装板之间的空间连接在一起，方便到达氮气液化温度的没有液化的气体排出。

附图说明

图1为本发明提纯装置的结构示意图；

图2为本发明提纯装置的内部结构示意图；

图3为本发明提纯装置的俯视剖视图；

图4为本发明提纯机构的结构示意图；

图5为本发明提纯机构的剖视图；

图6为本发明第二圆盘的局部剖视图；

图7为本发明第一圆环与第二圆盘的结构示意图；

图8为本发明第二圆盘的结构示意图；

图9为本发明连接杆的结构示意图。

图中标号说明：

1、罐体；11、进气口；12、出气口；2、电机；21、旋转杆；3、提纯机构；31、第一圆盘；311、弧形槽；312、加热棒；313、连接杆；314、环形板；32、安装板；321、第一圆孔；33、安装柱；331、球形分子筛；34、第一圆环；341、挡板；342、第二圆孔；35、第二圆盘；351、橡胶环；352、第三圆孔；36、降温机构。

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5，一种用于高纯氮气的提纯装置，包括罐体1，罐体1的外壁开设有进气口11，通过进气口11向罐体1的内部注入空气，使空气更好的进入罐体1的内部，罐体1靠近进气口11的一侧底部开设有出气口12，方便后续的氮气通过出气口12排出，对排出的氮气收集，对氮气的处理更加方便，罐体1的底部开设有容纳液态空气流出的孔，罐体1的内部设置有提纯机构3，提纯机构3用于将空气内的氮气与空气分离，增加空气与分子筛的接触时间，提纯机构3包括与罐体1固定连接的安装板32，安装板32的底部开设有多个第一圆孔321，安装板32的底部固定连接有安装柱33，通过开设有第一圆孔321，方便对安装柱33进行固定，对安装柱33的固定更加方便，第一圆孔321开设有多个，增加空气通过安装板32后到达安装柱33内部的路径，使空气更快的通过，增加空气分离氮气的速度，安装柱33与第一圆孔321的接触面表面涂覆有橡胶层，通过安装柱33与第一圆孔321接触面为橡胶，增加安装柱33与第一圆孔321之间的密封性，防止空气通过第一圆孔321与安装柱33之间的缝隙到达安装板32的底部，造成后续氮气的纯度受到影响，安装柱33的内部涂覆有软橡胶，安装柱33的内部固定连接有多个互相贴合的球形分子筛331，通过将球形分子筛331塞入安装柱33的内部，由于安装柱33的内部涂覆有软橡胶，使球形分子筛331与安装柱33之间过盈配合，使球形分子筛331更好的固定在安装柱33的内部，且球形分子筛331与安装柱33用于过盈配合，使每个球形分子筛331与安装柱33之间接触的位置密封性更好，使空气通过安装柱33时会通过球形分子筛331，使空气存储在球形分子筛331的内部，使空气通过球形分子筛331，而球形分子筛331设置有多个，使空气通过球形分子筛331为多次，对空气与空气内的氮气分离效果更好，球形分子筛331与安装柱33的截面为圆形，空气依次通过球形分子筛331，空气与空气内的氮气分离效果更好，有效防止将球形分子筛331堆积在一起后，空气通过堆积的球形分子筛331后，防止空气通过多个球形分子筛331之间产生的缝隙离开，造成从球形分子筛331离开的氮气内存在大量的其他气体，造成后续氮气的纯度低。

如图1至图6和图9所示，罐体1的顶部固定连接有电机2，通过启动电机2，使电机2的输出轴旋转，电机2的输出轴端部固定连接有旋转杆21，使旋转杆21跟随电机2的输出轴端部旋转，安装板32的顶部设置有与罐体1内壁上下滑动连接的第一圆盘31，旋转杆21的底部贯穿第一圆盘31，旋转杆21与第一圆盘31螺旋传动连接，通过电机2驱动旋转杆21旋转即可控制第一圆盘31在旋转杆21的表面上下移动，且第一圆盘31受到罐体1的限制，使第一圆盘31只能竖直上下移动，使第一圆盘31上下移动更加方便，第一圆盘31的底部向第一圆孔321的方向延伸形成连接杆313，使第一圆盘31上下移动即可控制连接杆313在安装柱33的内部上下移动，连接杆313的底部固定连接有环形板314，环形板314的截面为环形，方便对球形分子筛331限制，使球形分子筛331不会从安装柱33的内部掉落，且连接杆313的截面形状为弧形，可以更好的包裹球形分子筛331，防止球形分子筛331从安装柱33的内部掉落，环形板314的内壁直径小于球形分子筛331的直径，使最底部的球形分子筛331卡入环形板314的内部，当第一圆盘31向上移动后即可使第一圆盘31带着连接杆313以及环形板314向上移动，方便环形板314带着球形分子筛331向上移动，方便将安装柱33内部的球形分子筛331取出，对球形分子筛331的更换更加方便。

如图3至图5所示，第一圆盘31的内部开设有弧形槽311，空气通过弧形槽311到达安装板32的顶部，弧形槽311与第一圆孔321的位置错开，方便第一圆盘31向下移动时，第一圆盘31可以将第一圆孔321堵住，从而达到第一圆盘31将安装柱33堵住，防止罐体1底部呈气态的氮气通过安装柱33向上移动，造成纯化的氮气泄漏，弧形槽311的内部固定连接有加热棒312，当空气从弧形槽311到达安装板32的位置时，需要经过加热棒312，通过加热棒312对空气加热，使空气干燥，去除空气内的水蒸气，使后续的氮气的纯度更高。

如图5和图7至图8所示，罐体1的内部处于安装柱33的下端口处上下滑动连接有第二圆盘35，通过第二圆盘35处于安装柱33的底部，方便对从安装柱33通过的氮气进行阻挡，防止氮气通过出气口12离开，而第二圆盘35与罐体1的底部形成进一步分离的分离部，罐体1的内腔底部设置有降温机构36，通过降温机构36对通过安装柱33的氮气以及氮气内的杂质降温，使氮气呈液态，方便对呈液态的氮气、呈液态的其他气体和还呈气态的杂质分离，对氮气的纯化效果更好，第二圆盘35的内部开设有第三圆孔352，第三圆孔352对安装柱33进行限位，防止在第一圆盘31处加压的空气通过安装柱33时，使安装柱33晃动，造成空气通过安装板32或者氮气通过第二圆盘35到达安装板32与第二圆盘35之间，造成氮气的混杂，造成氮气的纯度低，第三圆孔352的内部固定连接有橡胶环351，通过橡胶环351与安装柱33相贴合，再次增加第二圆盘35与安装柱33之间的气密性，且橡胶环351为弹性的，当安装柱33晃动，橡胶环351可以根据自身弹性进行调节，使橡胶环351始终与安装柱33贴合，使装置使用更加方便。

如图5和图7至图8所示，旋转杆21与第二圆盘35螺旋传动连接，且第一圆盘31与第二圆盘35螺旋方向相反，当第二圆盘35底部的气体液化后，通过旋转旋转杆21，旋转杆21旋转即可驱动第一圆盘31带着连接杆313向下移动，使第一圆盘31将安装柱33堵住，防止空气再次通过安装柱33到达第二圆盘35的底部，并且防止第二圆盘35的气体通过安装柱33到达安装板32的顶部，再一次防止气体混杂，而第一圆盘31向下移动时，第二圆盘35由于在罐体1的内部只能上下移动，通过旋转杆21的旋转即可驱动第二圆盘35向上移动，使第二圆盘35在安装柱33的表面向上移动，而环形板314以及连接杆313带着球形分子筛331到达第二圆盘35的底部，第二圆盘35的顶部设置有与罐体1螺旋传动连接的第一圆环34，且第二圆盘35与第一圆环34转动连接，通过第二圆盘35推着第一圆环34向上移动，使第一圆环34在罐体1的作用下旋转，第一圆环34的内表面延伸形成挡板341，第一圆环34的旋转使挡板341在第二圆盘35的表面旋转，第一圆环34的内部与第二圆盘35的表面均开设有第二圆孔342，而挡板341的第二圆孔342与第二圆盘35的第二圆孔342交错开设，方便在第一圆环34没有旋转时，挡板341堵住第二圆盘35表面开设的第二圆孔342，从而防止第二圆盘35底部的空气离开，而第二圆盘35带着第一圆环34向上移动时，第一圆环34旋转即可带着第二圆孔342旋转，从而使第二圆盘35表面的第二圆孔342与第一圆环34表面的第二圆孔342重合，从而使第二圆盘35底部的空间与第二圆盘35和安装板32之间的空间连接在一起，方便到达氮气液化温度的没有液化的气体排出，然后增加温度，使液氮变为气态排出，排出的气态氮气再次液化收集处理，最后将其他气体再次排出，对氮气的纯化效果更好。

一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，包括如下步骤：

S1：压缩空气，将大气中的空气通过压缩机进行压缩，提高气体的密度和压力，将压缩的空气通过进气口11通入罐体1的内部；

S2：预处理，将压缩的空气通过加热棒312进行预处理，去除其中的水分，确保气体纯净度；

S3：吸附分离，将预处理后的气体通过球形分子筛331，通过球形分子筛331的吸附分离作用，被吸附的氧气分子会留在球形分子筛331中，而未被吸附的氮气则通过球形分子筛331脱附，使剩下的气体通过安装柱33后到达第二圆盘35的底部；

S4：降温，通过利用降温机构36对将剩余气体加压降温，而氮气的液化温度为低于-196℃，使氮气以及液化温度高于-196℃的气体从气态转变为液态，而温度低于-196℃才能液化的气体通过第二圆盘35后再次通过出气口12排出，然后将温度升高，将呈液态的氮气转为气体排出收集。

以上，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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于高纯氮气的提纯装置，包括罐体（1），其特征在于：所述罐体（1）的外壁开设有进气口（11），所述罐体（1）靠近进气口（11）的一侧底部开设有出气口（12），所述罐体（1）的内部设置有提纯机构（3）；

所述提纯机构（3）用于将空气内的氮气与空气分离，增加空气与分子筛的接触时间；

所述提纯机构（3）包括与罐体（1）固定连接的安装板（32），所述安装板（32）的底部开设有多个第一圆孔（321），所述安装柱（33）与第一圆孔（321）的接触面表面涂覆有橡胶层，所述安装柱（33）的内部涂覆有软橡胶，所述安装柱（33）的内部固定连接有多个互相贴合的球形分子筛（331），所述球形分子筛（331）与安装柱（33）的截面为圆形；

所述罐体（1）的顶部固定连接有电机（2），所述电机（2）的输出轴端部固定连接有旋转杆（21）；

所述安装板（32）的顶部设置有与罐体（1）内壁上下滑动连接的第一圆盘（31），所述旋转杆（21）的底部贯穿第一圆盘（31），所述旋转杆（21）与第一圆盘（31）螺旋传动连接；

所述第一圆盘（31）的底部向第一圆孔（321）的方向延伸形成连接杆（313），所述连接杆（313）的底部固定连接有环形板（314），所述环形板（314）的截面为环形，所述环形板（314）的内壁直径小于球形分子筛（331）的直径；

所述第一圆盘（31）的内部开设有弧形槽（311），所述弧形槽（311）与第一圆孔（321）的位置错开，所述弧形槽（311）的内部固定连接有加热棒（312）；

所述罐体（1）的内部处于安装柱（33）的下端口处上下滑动连接有第二圆盘（35），所述罐体（1）的内腔底部设置有降温机构（36）；

所述第二圆盘（35）的内部开设有第三圆孔（352），所述第三圆孔（352）的内部固定连接有橡胶环（351）；

所述旋转杆（21）与第二圆盘（35）螺旋传动连接，所述第二圆盘（35）的顶部设置有与罐体（1）螺旋传动连接的第一圆环（34），且第二圆盘（35）与第一圆环（34）转动连接；

所述第一圆环（34）的内表面延伸形成挡板（341），所述第一圆环（34）的内部与第二圆盘（35）的表面均开设有第二圆孔（342）。

2.适用于权利要求1所述的一种用于高纯氮气的提纯装置的提纯方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：压缩空气，将大气中的空气通过压缩机进行压缩，提高气体的密度和压力，将压缩的空气通过进气口（11）通入罐体（1）的内部；

S2：预处理，将压缩的空气通过加热棒（312）进行预处理，去除其中的颗粒和水分，确保气体纯净度；

S3：吸附分离，将预处理后的气体通过球形分子筛（331），通过球形分子筛（331）的吸附分离作用，被吸附的氧气分子会留在球形分子筛（331）中，而未被吸附的氮气则通过球形分子筛（331）脱附，使剩下的气体通过安装柱（33）后到达第二圆盘（35）的底部；

S4：降温，通过利用降温机构（36）对将剩余气体加压降温，而温度为-196℃，使氮气以及温度高于-196℃液化的气体从气态转变为液态，而温度低于-196℃才能液化的气体通过第二圆盘（35）后再次通过出气口（12）排出，然后将温度升高，将呈液态的氮气转为气体排出收集。