CN201776068U - 无再生气损失等压纯化干燥系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无再生气损失等压纯化干燥系统，包括脱氧部分和吸附干燥部分，脱氧部分包括混合器、脱氧器、冷却器、分水器及相应进出气管路，吸附干燥部分包括变压吸附干燥器及相应进出气管路，吸附干燥部分还包括辅助再生气回路，辅助再生气回路包括预干燥筒、加热器、辅助冷却器、辅助分水器和切换阀门，本实用新型通过增加辅助再生气回路，使再生过程分为反向热吹再生和正向冷吹再生的两个阶段，脱附后的再生气经冷却除水重新回到原料气源中，消除了再生气的损耗，同时，整个吸附再生过程中，吸附塔中的压力保持不变，使吸附质的寿命延长。

Description

无再生气损失等压纯化干燥系统

技术领域

本实用新型涉及到一种氮气制备装置，尤其涉及到一种不消耗成品气或原料气的无再生气损失等压纯化干燥系统。

背景技术

变压吸附设备在制备氮气领域得到广泛应用，但由于普通变压吸附装置的再生所消耗的成品气量较大，制得的氮气露点和纯净度不高，达不到较高的使用要求，给应用带来了一定的局限，为了得到更低露点和更纯净的氮气，人们改进了普通的变压吸附装置，如中国专利号为CN01104857.3的实用新型专利，公开了一种变压吸附制备低露点氮气的装置，包括空气压缩机、冷却器、高效除油器、制氮吸附塔、氮气缓冲罐、氮气贮罐、自动控制阀门及管道等，其特点是在氮气缓冲罐和氮气贮罐之间设置了干燥吸附塔，在氮气贮罐后面还设置了备用干燥器，虽然该装置可制得露点-60℃以下的氮气，但由于增加了干燥流程，相应增加了再生气的损耗，经济性较差；为了降低再生气的消耗，中国专利号为CN200520134418.8的实用新型专利则公开了一种三塔流程变压吸附气体分离装置，三个吸附塔下方的进气口处均设有进气阀和下均压阀，各进气阀管路连通并和压缩原料气源连接，各下均压阀也管路连通，并通过排空阀放空连接；各吸附塔的上方出气口处均设有出气阀和上均压阀，各出气阀管路连通输出成品气，各上均压阀管路连通，且和成品气输出管路间通过一个成品气回吹阀连接，连通各上均压阀的管路还通过一个控制阀和压缩原料气源连通，该装置中当某个吸附塔切换到再生状态时，可先利用压缩原料气对该塔回吹初步再生，再利用成品气回吹深度再生，再生充分，再生时间降到吸附工作时间的一半以下，吸附工作时间比例大大增加，减少了成品气的消耗，但由于再生时仍需消耗原料气，再生过程中压力变化大，吸附质容易破损，生产成本仍较高，限制了该装置的使用范围。

实用新型内容

本实用新型主要解决氮气制备的变压吸附装置再生消耗气量较大，氮气的露点和纯度不能达到要求的技术问题；提供一种不用消耗成品气或原料气的无再生气损失等压纯化干燥系统。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型主要是采用下述技术方案：

本实用新型包括脱氧部分和吸附干燥部分，所述脱氧部分包括混合器、脱氧器、冷却器、分水器及相应进出气管路，所述吸附干燥部分包括变压吸附干燥器及相应进出气管路，吸附干燥部分还包括辅助再生气回路，所述辅助再生气回路包括预干燥筒、加热器、辅助冷却器、辅助分水器和切换阀门，所述变压吸附干燥器包括吸附筒和切换阀门，纯化干燥系统还设有控制器，所述程控器与相应阀门电连接，脱氧部分使粗氮气在静态混合器中通过与氢气充分的混合并在脱氧催化剂的作用下，使粗氮气中的氧和氢反应生成水从而达到除氧的目的，吸附干燥部分在变压吸附干燥器中增加辅助再生气回路，使再生过程分为反向热吹再生和正向冷吹再生等两个不同的阶段，吸附床的脱附再生更彻底和更充分，进而使成品气的露点更低，再生过程中吸附塔内压力保持不变，使吸附质的寿命延长，扩大系统的应用范围，同时，脱咐后的再生气经冷却除水重新回到原料气源中，消除了再生气的损耗，极大地节约了能源，杜绝了再生气排空对环境的影响。

作为优选，所述切换阀门均为四通阀，所述四通阀由相应的气动控制阀控制，所述气动控制阀与程控器电连接，四通阀上设有四个进排气端口，包括1#～4#端口，程控器控制相应的气动控制阀，并进而控制四通阀的通断，满足系统的工艺流程要求，达到不同处理量的系统控制标准。

作为优选，所述控制器为西门子PLC控制器。

作为优选，所述的变压吸附干燥器包括两个吸附塔，分 A塔和B塔，切换阀门为两个，分四通阀Ⅰ和四通阀Ⅱ，所述A塔的进口端与四通阀Ⅰ的2#端口连接，A塔的出口端与四通阀Ⅱ的4#端口连接，所述B塔的进口端与四通阀Ⅰ的4#端口连接，B塔的出口端与四通阀Ⅱ的2#端口连接，四通阀Ⅱ的3#端口与成品气出口管路连接，通过一个吸附塔吸附干燥，另一个吸附塔再生，保证了整个吸附干燥流程的连续性，满足生产工艺的要求。

作为优选，所述辅助再生气回路中的切换阀门为四通阀Ⅲ，所述预干燥筒的一端与所述四通阀Ⅲ的2#端口连接，预干燥筒的另一端与所述的加热器连接，加热器的另一端与所述的四通阀Ⅱ的1#端口连接，所述辅助冷却器进口端与四通阀Ⅲ的3#端口相连，辅助冷却器的另一端与所述的辅助分水器连接，辅助分水器的另一端与四通阀Ⅰ的1#端口相连，四通阀Ⅲ的4#端口与四通阀Ⅰ的3#端口连接，辅助再生回路的再生气通过单独的吸附筒干燥和加热器加热，使再生气的露点更低，通过反向热吹再生，使吸附床的脱附更彻底和充分，从而使吸附干燥功能得到了增强，在整个再生过程中，吸附床的压力无变化，使吸附质的寿命大大延长，同时，经脱咐后的再生气经冷却除水处理后又重新补充到原料气源中，极大地节约了能源，消除了再生气排空对环境的影响。

作为优选，所述脱氧部分的出口管路分为两路，一路出口管通过流量调节阀Ⅰ与辅助分水器出口管并联并与四通阀Ⅰ的1#端口连接，另一路出口管通过流量调节阀Ⅱ与四通阀Ⅲ的1#端口连接，通过增加辅助再生气回路，使整个系统的吸附干燥过程充分，再生气利用率高，再生彻底。

作为优选，所述脱氧部分的加氢进气管路上设有氢气流量调节阀，粗氮进气管路上设有氮气流量检测仪，系统可按照进口粗氮气的实际流量自动匹配加氢气流量，使脱氧过程控制精确，氢气消耗少，原料气中的氧和氢可充分彻底地反应，除氧质量高。

作为优选，所述成品气出口管路上设有微量氧、水分检测仪，系统可实时检测出口成品气的质量指标，当成品气中氧含量或水份超过标准，系统报警可人工或自动将不合格气体放空或重新处理。

无再生气损失等压纯化干燥系统的工艺流程分干燥和再生两个工艺过程，每塔切换时间为6～10小时，所述再生过程又分为热吹和冷吹两个阶段，阶段切换时间为3～5小时，工艺流程包括如下步骤：

1)    当A塔处于吸附、B塔处于再生热吹状态时，四通阀Ⅰ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，四通阀Ⅱ的4#端口与3#端口接通、1#端口与2#端口接通，四通阀Ⅲ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，预干燥氮气在流量调节阀Ⅰ的作用下通过四通阀Ⅰ进入A塔吸附干燥后，通过四通阀Ⅱ送至成品气管路；另一部分预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，通过四通阀Ⅲ进入预干燥筒进行预干燥，同时预干燥氮气对预干燥筒降温吸热后进入加热器加热至120～180℃并通过四通阀Ⅱ进入B塔对吸附床反向热吹再生，脱咐后的再生气通过四通阀Ⅰ和四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入A塔重新进行干燥脱水；

2)    B塔反向热吹再生过程约3～5小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ和四通阀Ⅱ保持不变，四通阀Ⅲ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，此时A塔继续处于吸附状态，而B塔处于正向冷吹再生状态，预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，改变流动线路，通过四通阀Ⅲ和四通阀Ⅰ直接进入B塔对吸附床进行正向冷吹再生，使吸附床的内部温度慢慢降低到30～50℃，脱附后的再生气通过四通阀Ⅱ进入加热器加热至120～180℃对预干燥筒内的吸附床进行热吹再生，并通过四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入A塔重新进行干燥脱水；

3)    当B塔正向冷吹再生过程约3～5小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，四通阀Ⅱ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，四通阀Ⅲ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，B塔处于吸附、A塔处于再生热吹状态，此时，预干燥氮气在流量调节阀Ⅰ的作用下通过四通阀Ⅰ进入B塔吸附干燥后，通过四通阀Ⅱ送入成品气管路；另一部分预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，通过四通阀Ⅲ进入预干燥筒进行预干燥，同时预干燥氮气对预干燥筒降温吸热后进入辅助加热器加热至120～180℃并通过四通阀Ⅱ进入A塔对吸附床反向热吹再生，脱附后的再生气通过四通阀Ⅰ和四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入B塔重新进行干燥脱水；

4)    A塔反向热吹再生过程约3～5小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ和四通阀Ⅱ保持不变，四通阀Ⅲ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，此时B塔继续处于吸附，而A塔处于正向冷吹再生状态，预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，改变流动线路，通过四通阀Ⅲ和四通阀Ⅰ直接进入A塔对吸附床进行正向冷吹再生，使吸附床的内部温度慢慢降低到30～50℃，脱附后的再生气通过四通阀Ⅱ进入辅助加热器加热至120～180℃对预干燥筒内的吸附床进行反向热吹再生，并通过四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入B塔重新进行干燥脱水；

5)    A塔正向冷吹再生过程约3～5小时后，程控器控制相应的四通阀切换，A塔重新处于吸附状态，而B塔处于再生状态，通过A、B两吸附塔的轮换干燥和再生，形成一个连续的等压干燥工艺过程。   

本实用新型的有益效果是：通过增加辅助再生气回路，使再生过程分为反向热吹再生和正向冷吹再生的两个阶段，使吸附床的脱附再生更彻底和更充分，进而使成品气的露点更低，扩大系统的应用范围，脱附后的再生气经冷却除水重新回到原料气源中，消除了再生气的损耗，极大地节约了能源，杜绝了再生气排空对环境的影响确，同时，整个吸附再生过程中，吸附塔中的压力保持不变，使吸附质的寿命延长，降低了使用成本。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是图1的工艺流程第一步示意图。

图3是图1的工艺流程第二步示意图。

图4是图1的工艺流程第三步示意图。

图5是图1的工艺流程第四步示意图。

图中M.混合器，R.脱氧器，L1.冷却器，F1.分水器，A.吸附塔A，B.吸附塔B，C.预干燥筒，E.加热器，L2.辅助冷却器，F2.辅助分水器，V1.四通阀Ⅰ，V2.四通阀Ⅱ，V3.四通阀Ⅲ，V4.流量调节阀Ⅰ，V5.流量调节阀Ⅱ，V6.氢气流量调节阀，T1.氮气流量检测仪，T2.微量氧及水份检测仪。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的无再生气损失等压纯化干燥系统，如图1所示，包括脱氧部分、吸附干燥部分和程控器，程控器为西门子PLC控制器，脱氧部分包括混合器M、脱氧器R、冷却器L1、分水器F1及相应进出气管路，系统的加氢进气管路上安装有氢气流量调节阀V6，粗氮进气管路上安装有氮气流量检测仪T1，脱氧部分的出口管路分为两路，一路出口管通过流量调节阀ⅠV4与辅助分水器F2的出口管并联并与四通阀ⅠV1的1#端口连接，另一路出口管通过流量调节阀ⅡV5与四通阀ⅢV3的1#端口连接；吸附干燥部分包括变压吸附干燥器及相关连接管路，变压吸附干燥器包括A塔、B塔、四通阀ⅠV1和四通阀ⅡV2，四通阀上均设计有四个进排气端口，包括1#～4#端口，四通阀由相应的气动控制阀控制，气动控制阀与程控器电连接，A塔的进口端与四通阀Ⅰ的2#端口连接，A塔的出口端与四通阀Ⅱ的4#端口连接，B塔的进口端与四通阀Ⅰ的4#端口连接，B塔的出口端与四通阀Ⅱ的2#端口连接，四通阀Ⅱ的3#端口与成品气出口管路连接；吸附干燥部分还包括辅助再生气回路，辅助再生气回路包括预干燥筒C、加热器E、辅助冷却器L2、辅助分水器F2和四通阀Ⅲ，预干燥筒的一端与四通阀Ⅲ的2#端口连接，预干燥筒的另一端与加热器连接，加热器的另一端与四通阀Ⅱ的1#端口连接，辅助冷却器进口端与四通阀Ⅲ的3#端口相连，辅助冷却器的另一端与辅助分水器连接，辅助分水器的另一端与四通阀Ⅰ的1#端口相连，四通阀Ⅲ的4#端口与四通阀Ⅰ的3#端口连接；成品气出口管路上安装有微量氧、水分检测仪T2；纯化干燥系统的工艺流程分干燥和再生两个过程，每塔干燥再生过程的切换时间为8小时，再生过程又分为反向热吹和正向冷吹两个阶段，阶段切换时间为4小时，如图2至图5所示；当系统投入运行时，含有水分和氧分的粗氮气N2和氢气H2一起进入静态混合器中充分混合后流入脱氧器，在加热和脱氧催化剂的双重作用下，粗氮气中的氧含量和氢气反应生成水从而达到除氧的目的，通过检测氮气的实际流量来调节氢气的加入量，使脱氧反应过程精确，除氧质量高，氢气浪费少，脱氧后的粗氧气经冷却和除水后，作为预干燥氮气分两路进入吸附干燥部分，一路通过流量调节阀Ⅰ经四通阀Ⅰ进入变压吸附干燥器，另一路通过流量调节阀Ⅱ经四通阀Ⅲ进入辅助再生气回路，在整个吸附再生过程中，吸附床中的压力保持不变，当A塔处于吸附、B塔处于再生热吹状态时，四通阀Ⅰ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，四通阀Ⅱ的4#端口与3#端口接通、1#端口与2#端口接通，四通阀Ⅲ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，预干燥氮气在流量调节阀Ⅰ的作用下通过四通阀Ⅰ进入A塔吸附干燥后，通过四通阀Ⅱ送至成品气管路；另一部分预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，通过四通阀Ⅲ进入预干燥筒进行预干燥，同时预干燥氮气对预干燥筒降温吸热后进入加热器加热至150℃左右并通过四通阀Ⅱ进入B塔对吸附床反向热吹再生，脱咐后的再生气通过四通阀Ⅰ和四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入A塔重新进行干燥脱水；B塔反向热吹再生过程约4小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ和四通阀Ⅱ保持不变，四通阀Ⅲ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，此时A塔继续处于吸附状态，而B塔处于正向冷吹再生状态，预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，改变流动线路，通过四通阀Ⅲ和四通阀Ⅰ直接进入B塔对吸附床进行正向冷吹再生，使吸附床的内部温度慢慢降低到40℃左右，脱咐后的再生气通过四通阀Ⅱ进入加热器加热至150℃左右对预干燥筒内的吸附床进行热吹再生，并通过四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入A塔重新进行干燥脱水；当B塔正向冷吹再生过程约4小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，四通阀Ⅱ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，四通阀Ⅲ的1#端口与2#端口接通、3#端口与4#端口接通，B塔处于吸附、A塔处于再生热吹状态，此时，预干燥氮气在流量调节阀Ⅰ的作用下通过四通阀Ⅰ进入B塔吸附干燥后，通过四通阀Ⅱ送入成品气管路；另一部分预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，通过四通阀Ⅲ进入预干燥筒进行干燥，同时预干燥氮气对预干燥筒降温吸热后进入辅助加热器加热至150℃左右并通过四通阀Ⅱ进入A塔对吸附床反向热吹再生，脱咐后的再生气通过四通阀Ⅰ和四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入B塔重新进行干燥脱水；A塔反向热吹再生过程约4小时后，程控器控制相应的四通阀切换，四通阀Ⅰ和四通阀Ⅱ保持不变，四通阀Ⅲ的1#端口与4#端口接通、2#端口与3#端口接通，此时B塔继续处于吸附，而A塔处于正向冷吹再生状态，预干燥氮气在流量调节阀Ⅱ的作用下，改变流动线路，通过四通阀Ⅲ和四通阀Ⅰ直接进入A塔对吸附床进行正向冷吹再生，使吸附床的内部温度慢慢降低到40℃左右，脱咐后的再生气通过四通阀Ⅱ进入辅助加热器加热至150℃左右对预干燥筒的吸附床进行反向热吹再生，并通过四通阀Ⅲ进入辅助冷却器和辅助分水器冷却除水后，与进口端的预干燥氮气合并后再次进入四通阀Ⅰ并进入B塔重新进行干燥脱水；A塔正向冷吹再生过程约4小时后，程控器控制相应的四通阀切换，A塔重新处于吸附状态，而B塔处于再生状态，通过A、B两吸附塔的轮换干燥和再生，形成一个连续的、压力保持不变的纯化干燥工艺流程。

以上说明并非对本实用新型作了限制，本实用新型也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所作出的变化、改型、增添或替换，都应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种无再生气损失等压纯化干燥系统，包括脱氧部分和吸附干燥部分，所述脱氧部分包括静态混合器（M）、脱氧器（R）、冷却器（L1）、分水器（F1）及相应进出气管路，所述吸附干燥部分包括变压吸附干燥器及相应进出气管路，其特征在于：所述吸附干燥部分还包括辅助再生气回路，所述辅助再生气回路包括预干燥筒（C）、加热器（E）、辅助冷却器（L2）、辅助分水器（F2）和切换阀门，所述变压吸附干燥器包括吸附筒和切换阀门，纯化干燥系统还设有程控器，所述程控器与相应阀门电连接。

2.根据权利要求1所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述切换阀门均为四通阀，所述四通阀由相应的气动控制阀控制，所述气动控制阀与所述程控器电连接，四通阀上设有四个进排气端口，包括1#～4#端口。

3.根据权利要求1或2所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述程控器为西门子PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述的变压吸附干燥器包括两个吸附塔，分 A塔（A）和B塔（B），切换阀门为两个，分四通阀Ⅰ（V1）和四通阀Ⅱ（V2），所述A塔的进口端与四通阀Ⅰ的2#端口连接，A塔的出口端与四通阀Ⅱ的4#端口连接，所述B塔的进口端与四通阀Ⅰ的4#端口连接，B塔的出口端与四通阀Ⅱ的2#端口连接，四通阀Ⅱ的3#端口与成品气出口管路连接。

5.根据权利要求1或2所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述辅助再生气回路中的切换阀门为四通阀Ⅲ（V3），所述预干燥筒（C）的一端与所述四通阀Ⅲ的2#端口连接，预干燥筒的另一端与所述的加热器（E）连接，加热器的另一端与所述的四通阀Ⅱ（V2）的1#端口连接，所述辅助冷却器（L2）进口端与四通阀Ⅲ的3#端口相连，辅助冷却器的另一端与所述的辅助分水器（F2）连接，辅助分水器的另一端与四通阀Ⅰ（V1）的1#端口相连，四通阀Ⅲ的4#端口与四通阀Ⅰ的3#端口连接。

6.根据权利要求1所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述脱氧部分的出口管路分为两路，一路出口管路通过流量调节阀Ⅰ（V4）与辅助分水器（F2）的出口管并联并与四通阀Ⅰ（V1）的1#端口连接，另一路出口管路通过流量调节阀Ⅱ（V5）与四通阀Ⅲ（V3）的1#端口连接。

7.根据权利要求1或6所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述脱氧部分的加氢进气管路上设有氢气流量调节阀（V6），粗氮进气管路上设有氮气流量检测仪（T1）。

8.根据权利要求1或4所述的无再生气损失等压纯化干燥系统，其特征在于：所述成品气出口管路上设有微量氧及水分检测仪（T2）。

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