CN201263957Y - 按浓度梯度中-顶均压高纯氮psa系列制氮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种按浓度梯度中－顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，该制氮系统由空气缓冲罐、第一吸附塔、第二吸附塔、废气排空装置、氮气缓冲罐、输送管道和数个程控阀组成。本实用新型通过采用两个吸附塔，循环交替的变换所组合的吸附塔的压力，实现连续分离气体混合物的目的。同时，采用全新均压方式，使得吸附塔内气体转移方式，不是仅仅作为“压力均衡”过程，使得氮气的回收率更高，并可有效地防止分子筛的粉化；全新的废气排空方式，使得解吸过程既可防止粉化，又可使得再生彻底。从而达到降低空气消耗量、提高产氮率、防止分子筛粉化的效果，保证设备的稳定运行。

Description

按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统

技术领域

本实用新型涉及一种制氮系统，具体地说，是涉及一种按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统。

背景技术

变压吸附基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同压力下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物各组分具有选择吸附的特性。在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱吸这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用两个吸附器，循环交替的变换所组合的各吸附器的压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的，因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称作变压吸附(PSA)。

经压缩净化后的空气流经装填有碳分子筛(CMS)的吸附塔。压缩空气由下至上流经吸附塔，其间氧气分子在碳分子筛表面吸附，氮气由吸附塔上端流出，进入一个缓冲罐。经一段时间后，吸附塔中碳分子筛被所吸附的氧饱和，需进行再生。再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。

目前，现有的PSA制氮装置及其生产过程存在的缺陷如下：

一.由于采用下进气，如果分子筛填装未压实，将会造成分子筛在塔内的往复运动，容易出现摩擦碰撞等造成分子筛的粉化；

二.采用上、下均压方式使得高压塔内与低压塔内气体分布纯度不等，这种情况下进行气体转移，不仅降低了分子筛的使用效率，而且容易造成吸附塔切换后较大的纯度波动；

三.废气直接排空，由于气流冲击容易造成分子筛粉化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种制氮系统，克服现有技术中存在的缺陷，降低空气消耗量，提高氮气产量，防止分子筛粉化，实现氮气循环生产。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，其特征在于，所述制氮系统由空气缓冲罐、第一吸附塔、第二吸附塔、氮气缓冲罐、输送管道和程控阀FSV101、FSV102、FSV105、FSV106组成，所述空气缓冲罐输出端通过输送管道分别与程控阀FSV101和程控阀FSV102相连，而程控阀FSV101和程控阀FSV102又分别于第一吸附塔顶端和第二吸附塔顶端相连；第一吸附塔的底端和第二吸附塔的底端则分别通过程控阀FSV105和程控阀FSV106相连，程控阀FSV105和程控阀FSV106又通过输送管道与氮气缓冲罐相连。

所述按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统中还设有废气排空装置，第一吸附塔的顶端和第二吸附塔的顶端之间还设有程控阀FSV103和程控阀FSV104，在程控阀FSV103和程控阀FSV104之间又设有一条输送管道与废气排空装置相连，并在该输送管道上设有程控阀FSV110。

所述第一吸附塔的顶部与第二吸附塔之间还设有相互连通的输送管道，并在第一吸附塔的顶部与第二吸附塔之间的输送管道上设有程控阀FSV108，同时，所述第一吸附塔与第二吸附塔的顶部之间也设有相互连通的输送管道，在第一吸附塔与第二吸附塔的顶部之间的输送管道上设有程控阀FSV107。

所述第一吸附塔的底部与第二吸附塔的底部之间也设有相互连通的输送管道，并在连接第一吸附塔的底部与第二吸附塔的底部的输送管道上设有程控阀FSV109。

本实用新型的优点在于：

1.采用压缩空气由上往下进入吸附塔，这样有效的避免了分子筛在塔内的运动，防止因摩擦、碰撞等造成的分子筛粉化；

2.将现有技术中的均压方式改为中-顶均压及底部均压。采用此种均压方式使两台吸附塔不仅进行简单意义上的压力平衡过程，更注重了均压过程气体转移时的浓度梯度的合理性，从而有效地提高了分子筛的实际利用效率；同时合理的气体转移方式，使得吸附塔切换后气体的纯度波动大大减小，从而实现同等数量分子筛产率的提高；

3.合理的中部气流分布器设计，防止了吸附塔中部局部分子筛的粉化；

4.再生排放过程的合理设置，有效地避免了气流对分子筛的冲击，防止分子筛粉化。

本实用新型通过改变现有技术中制氮装置的连接关系，以及改变输送管道与其他设备的位置关系来调整压缩空气的输入方向，并使用两个吸附塔循环交替进行连续分离压缩空气中的氮气，不仅实现氮气的连续制备，还克服了现有技术中存在的缺陷，降低空气消耗量的同时提高了氮气的产量，防止了分子筛粉化，是一种具有很高实用价值的制氮系统。本实用新型主要用于氮气生产领域。

附图说明

图1为现有技术的系统流程示意图。

图2为本实用新型的系统流程示意图。

附图中标号对应名称：1-空气缓冲罐，2-第一吸附塔，3-第二吸附塔，4-氮气缓冲罐，5-废气排空装置，6-输送管道。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型的氮气生产过程为：

1.吸附

首先，洁净的压缩空气通过空气缓冲罐进入装置，此时阀FSV101、FSV104、FSV105开启，压缩空气通过输送管道从第一吸附塔的顶端进入，并经过分子筛向第一吸附塔底部流动，此时，O₂、CO₂和H₂O被吸附，产品氮气从第一吸附塔底部出口流出。由于程控阀FSV105开启，使氮气通过输送管道进入氮气缓冲罐，并从氮气缓冲罐中输出。

2.均压

在完成吸附并经一段时间后，第一吸附塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，程控阀FSV101、FSV104、FSV105关闭，第一吸附塔A停止吸附，程控阀FSV107、FSV108、FSV109开启，使第一吸附塔和第二吸附塔连通，从而对第二吸附塔进行短暂的均压，最终使两个吸附塔压力相等。

所谓均压，就是将两个吸附塔连通，使一个吸附塔的气体流向另一个吸附塔，最终使两个吸附塔的气体压力基本均衡。

3.解吸排空

均压完成后，程控阀FSV107、FSV108、FSV109关闭，第一吸附塔通过底端出气口继续排气，将第一吸附塔迅速下降至常压，从而脱除已吸附的O₂、CO₂、H₂O，实现分子筛的解吸再生。在每次程控阀FSV104开启一定时间后，延时开启程控阀FSV110，将第一吸附塔排出的O₂、CO₂、H₂O通过废气排空装置排出至系统外，从而完成第一吸附塔解吸排空。

在第一吸附塔进行废气排空的同时，程控阀FSV102、FSV103、FSV106开启，这样开始第二吸附塔的制氮过程。第二吸附塔的制氮过程和第一吸附塔的制氮过程相同，依次完成吸附、均压和解吸排空，生产的氮气进入氮气缓冲罐中缓存，并从氮气缓冲罐中输出使用。

第一吸附塔和第二吸附塔循环交替地变换制氮，并通过全新的均压方式和废气排空方式，不仅实现了氮气的循环生产，大大提高了氮气的回收率，有效地防止分子筛的粉化，还降低了空气消耗量、提高了产氮率。

Claims (4)

1.按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，其特征在于，所述制氮系统由空气缓冲罐(1)、第一吸附塔(2)、第二吸附塔(3)、氮气缓冲罐(4)、输送管道(6)和程控阀FSV101、FSV102、FSV105、FSV106组成，所述空气缓冲罐(1)输出端通过输送管道(6)分别与程控阀FSV101和程控阀FSV102相连，而程控阀FSV101和程控阀FSV102又分别于第一吸附塔(2)顶端和第二吸附塔(3)顶端相连；第一吸附塔(2)的底端和第二吸附塔(3)的底端则分别通过程控阀FSV105和程控阀FSV106相连，程控阀FSV105和程控阀FSV106又分别通过输送管道(6)与氮气缓冲罐(4)相连。

2.根据权利要求1所述的按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，其特征在于，所述按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统中还设有废气排空装置(5)，第一吸附塔(2)的顶端和第二吸附塔(3)的顶端之间还设有程控阀FSV103和程控阀FSV104，在程控阀FSV103和程控阀FSV104之间又设有一条输送管道(6)与废气排空装置(5)相连，并在该输送管道(6)上设有程控阀FSV110。

3.根据权利要求1所述的按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，其特征在于，所述第一吸附塔(2)的顶部与第二吸附塔(3)之间还设有相互连通的输送管道(6)，并在第一吸附塔(2)的顶部与第二吸附塔(3)之间的输送管道(6)上设有程控阀FSV108，同时，所述第一吸附塔(2)与第二吸附塔(3)的顶部之间也设有相互连通的输送管道(6)，在第一吸附塔(2)与第二吸附塔(3)的顶部之间的输送管道(6)上设有程控阀FSV107。

4.根据权利要求3所述的按浓度梯度中-顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，其特征在于，所述第一吸附塔(2)的底部与第二吸附塔(3)的底部之间也设有相互连通的输送管道(6)，并在连接第一吸附塔(2)的底部与第二吸附塔(3)的底部的输送管道(6)上设有程控阀FSV109。

Images