CN209865695U - 气流分布器和制氮设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气流分布器和制氮设备，所述制氮设备包括多个吸附塔和至少一个气流分布器。气流分布器包括第一接管、第二接管以及第三接管。第一接管相对的两端分别具有第一接口和第二接口，第一接管的侧壁具有间隔的第三接口和第四接口。第二接管从第二接口经由第一接管的内部延伸至第三接口。第三接管的一端和第一接管的第四接口连接，第三接管和第一接管连通。每个气流分布器设置在两个吸附塔之间，可以实现两路气体独立流通。任意一个吸附塔中部的气体都可以经由所述气流分布器进入到另一个吸附塔的底部，实现均压过程。这样可以省略复杂的管路和阀门设计，节约成本，也降低阀门故障率。

Description

气流分布器和制氮设备

技术领域

本实用新型涉及变压吸附空分制氮领域，尤其涉及一种气流分布器和包括所述气流分布器的制氮设备。

背景技术

空气的主要组份是氮和氧，由于氧与碳分子筛表面离子的作用力强，因此氧气在碳分子筛中被吸附的能力比氮气强得多。选择对氮和氧具有不同吸附能力的碳分子筛作为吸附剂可选择性地吸附并分离出空气中的氮气和氧气。

当空气在加压状态下通过装有碳分子筛的吸附塔时，氧气被碳分子筛吸附，氮气则因吸附较少而在气相中富集并流出吸附塔，从而使氧气和氮气分离获得氧气。当碳分子筛吸附氧气至接近饱和时，停止通入空气并降低吸附塔的压力，碳分子筛中吸附的氧气可以解吸出来，解析后碳分子筛得到再生并可重复利用。两个或两个以上的吸附塔并联轮流切换工作，便可连续生产出氮气，这也是一般制氮设备的原理。

多个吸附塔轮流切换工作时，需要在吸附塔之间进行均压过程。其中均压过程分为上均压和不等势均压，上均压是指其中一个吸附塔顶部的高纯气体转移流入到另一个吸附塔顶部的过程；而不等势均压是指气体从其中一个吸附结束的吸附塔中部引出进入到脱附再生结束的吸附塔底部的过程。吸附塔之间设有多条管路和多个气动阀门，通过气动阀门控制多个吸附塔之间的气体流动，以完成均压过程。但是这种管路和气动阀门设计结构比较复杂，成本较高，而且气动阀门的故障率较高，影响设备运行。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气流分布器和包括所述气流分布器的制氮设备，解决现有技术中实现均压过程的管路和气动阀门结构设计比较复杂，成本较高、气动阀门故障率较高的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种气流分布器，所述气流分布器包括第一接管、第二接管以及第三接管。第一接管的一端具有第一接口，第一接管的另一端具有第二接口，第一接管的侧壁具有间隔的第三接口和第四接口。第二接管从第二接口经由第一接管的内部延伸至第三接口，第二接管的一端伸出第二接口之外，第二接管的另一端伸出第三接口之外，第二接管在第二接口和第三接口的位置均和第一接管密封连接。第三接管的一端和第一接管的第四接口连接，第三接管和第一接管连通。

根据本实用新型一实施例，所述气流分布器包括四个法兰，其中两个法兰分别设置于第二接管的两端，另外两个法兰分别设置于第一接口和第三接管的另一端。

根据本实用新型一实施例，第一接管包括第一管筒、第二管筒以及两个堵板，第一管筒的直径大于第二管筒，两个堵板的中心均具有通孔，两个堵板分别密封于第一管筒的两端，其中一个堵板的通孔形成第二接口，第二管筒的一端同轴地密封接合于另一个堵板的通孔以连通第一管筒，第二管筒的另一端形成第一接口。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种制氮设备，所述制氮设备包括至少一个根据上述任一一项所述的气流分布器和多个吸附塔。吸附塔以两个为一组，每个气流分布器设置在同一组的两个吸附塔之间，同一组的两个吸附塔分别为第一吸附塔和第二吸附塔，每个气流分布器的第一接口和第二接管的其中一端分别对应地连通于第一吸附塔的中部和底部，第二接管的另一端和第三接管分别对应地连通于第二吸附塔的中部和底部；在第一种运行状态下，气体从第一吸附塔的中部依次经由第一接管和第三接管进入第二吸附塔底部；在第二种运行状态下，气体从第二吸附塔的中部经由第二接管进入第一吸附塔。

根据本实用新型一实施例，同一组的两个吸附塔的顶部通过管路连通，在连通同一组的两个吸附塔的管路上设有气动阀门。

根据本实用新型一实施例，在连通第二接管和第一吸附塔底部之间的管路上设有气动阀门，在连通第三接管和第二吸附塔底部之间的管路上也设有气动阀门。

根据本实用新型一实施例，所述制氮设备包括进气管路，进气管路设有多个气动阀门以一一对应地分别控制每个吸附塔进气。

根据本实用新型一实施例，所述制氮设备还包括氧气收集管路，氧气收集管路设有多个气动阀门，以一一对应地分别控制和收集每个吸附塔产出的氧气。

根据本实用新型一实施例，所述制氮设备还包括氮气收集管路，氮气收集管路设有多个气动阀门，以一一对应地分别控制和收集每个吸附塔产出的氮气。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本实用新型通过设置两端分别具有第一接口和第二接口，侧壁具有第三接口和第四接口的第一接管，并使得第二接管从第二接口经由第一接管的内部延伸至第三接口，第三接管连接于第四接口，这样所述气流分布器形成两个气体流通通道，即第一接管和第三接管形成一个气体流通通道，其第二接管形成一个隐藏于第一接管内部的气体流通通道，并且两个气体流通通道相互交叉。这样的气流分布器结构简单，却可以实现两路气体独立流通，适合在制氮设备中用于两个吸附塔之间进行均压过程，任意一个吸附塔中部的气体都可以经由所述气流分布器进入到另一个吸附塔的底部。这样可以省略两个吸附塔之间复杂的管路和阀门设计，节约成本，也降低阀门故障率。

附图说明

图1是本实用新型提供的气流分布器的结构示意图；

图2是本实用新型提供的制氮设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述只用于揭露本实用新型以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本实用新型精神和范围的其他方案。

如图1所示，本实用新型提供一种气流分布器1，尤其是一种适用于制氮设备的气流分布器1。制氮设备的两个吸附塔内的气体可经由所述气流分布器1流通，以实现两个吸附塔之间的均压。具体地，所述气流分布器1包括第一接管10、第二接管20以及第三接管30。

第一接管10的一端具有第一接口101，第一接管10的另一端具有第二接口102，即第一接口101和第二接口102位于第一接管10相对的两端。第一接管10的内部具有空腔，第一接管10的侧壁具有间隔的第三接口103和第四接口104，即第三接口103和第四接口104位于第一接管10的圆周壁上。

具体地，第一接管10包括第一管筒11、第二管筒12以及两个堵板13。其中第一管筒11的直径大于第二管筒12。堵板13是形状和大小均与第一管筒11的端口匹配的片状。两个堵板13的中心均具有1301。两个堵板13分别密封于第一管筒11的两端。其中一个堵板13的通孔1301形成第二接口102。第二管筒12的一端同轴地密封接合于另一个堵板13的通孔1301以连通第一管筒11，第二管筒12的另一端形成第一接口101。可以理解的是，第二管筒12的端口形成和大小均与堵板13的通孔1301匹配，第一管筒11和第二管筒13两者通过其中一个堵板13同轴连接。

第二接管20是一根部分位于第一接管10内部的呈S型的弯管。具体地，第二接管20从第二接口102经由第一接管10的内部延伸至第三接口103。第二接管20的一端伸出第二接口102之外，第二接管20的另一端伸出第三接口103之外。第二接管20在第二接口102和第三接口103的位置均和第一接管10密封连接。

第三接管30的一端和第一接管10的第四接口104连接，第三接管30和第一接管10连通。

进一步地，所述气流分布器1还包括四个法兰40，其中两个法兰40分布设置于第二接管20的两端，另外两个法兰40分别设置于第一接口101和第三接管30的另一端。四个法兰40分别用于所述气流分布器1和吸附塔连通。

所述气流分布器1形成两个气体流通通道，即第一接管10和第三接管30形成一个气体流通通道，第二接管20形成一个隐藏于第一接管10内部的气体流通通道，并且两个气体流通通道相互交叉。这样的气流分布器1结构简单，却可以实现两路气体独立流通，适合在制氮设备中用于两个吸附塔之间进行均压过程，任意一个吸附塔中部的气体都可以经由所述气流分布器1进入到另一个吸附塔的底部。这样可以省略两个吸附塔之间复杂的管路和阀门设计，节约成本，也降低阀门故障率。

本实用新型进一步提供一种制氮设备，具体地说是一种变压吸附制氮空分设备。所述制氮设备包括至少一个气流分布器1和多个吸附塔。其中吸附塔通过内置的碳分子筛实现吸附氧气和解析氧气的功能。吸附塔以两个为一组，每个气流分布器1设置在同一组的两个吸附塔之间。同一组的两个吸附塔分别为第一吸附塔2A和第二吸附塔2B。每个气流分布器1的第一接口101和第二接管20的其中一端分别对应地连通于第一吸附塔2A的中部和底部，第二接管20的另一端和第三接管30分别对应地连通于第二吸附塔2B的中部和底部。

如图2所示，本实用新型以仅包括一个气流分布器1和两个吸附塔的制氮设备为例，阐述本实用新型的结构和原理。气流分布器1设置在第一吸附塔2A和第二吸附塔2B之间。气流分布器1的第一接口101和第二接管20的一端均连通于第一吸附塔2A。具体地，第一接口101通过法兰40和第一吸附塔2A的中部连通，第二接管20从第三接口103延伸出来的一端则和第一吸附塔2A的底部连通。相应地，气流分布器1的第二接管20的另一端和第三接管30均连通于第二吸附塔2B。具体地，第二接管20从第二接口102延伸出来的一端通过法兰40和第二吸附塔2B的中部连通，第三接管30和第二吸附塔2B的底部连通。

在第一种运行状态下，气体从第一吸附塔2A的中部依次经由第一接管10和第三接管30进入第二吸附塔2B的底部；在第二种运行状态下，气体从第二吸附塔2B的中部经由第二接管20进入第一吸附塔2A的底部。

进一步地，对于同一组的两个吸附塔，在连通第二接管20和第一吸附塔2A底部之间的管路上设有气动阀门3，在连通第三接管30和第二吸附塔2B的底部之间的管路上设有气动阀门4。通过操控气动阀门3，可以控制第二吸附塔2B的中部和第一吸附塔2A底部之间的气体流通；通过控制气动阀门4，可以控制第一吸附塔2A中部和第二吸附塔2B底部之间的气体流通，从而实现两个吸附塔之间的不等势均压。

进一步地，同一组的两个吸附塔的顶部通过管路连通，在连通同一组的两个吸附塔的管路上设有气动阀门。也就是说，如图2所示，第一吸附塔2A的顶部和第二吸附塔2B的顶部通过管路连通并在管路上设有气动阀门5。开启气动阀门5，气体可在第一吸附塔2A和第二吸附塔2B之间流通，实现同一组的两个吸附塔之间的上均压过程，其中上均压过程是指其中一个吸附塔上部的高纯气体转移流入到另一个吸附塔。

所述制氮设备还包括进气管路，所述进气管路上设有多个气动阀门6以一一对应地分别控制每个吸附塔进气。

所述制氮设备还包括氧气收集管路，所述氧气收集管路设有多个气动阀门7，以一一对应地分别控制和收集每个吸附塔产出的氧气。从所有的吸附塔收集到的氧气进入并存储到气体收集装置8。

所述制氮设备还包括氮气收集管路，所述氮气收集管路设有多个气动阀门9，以一一对应地分别控制和收集每个吸附塔产出的氮气。

所述制氮设备中同一组的两个吸附塔，即第一吸附塔2A和第二吸附塔2B同时运行并依次轮流交替实现吸附和解析过程。具体而言，例如，某个工作时序中，第一吸附塔2A进行氧气吸附，则同时第二吸附塔2B进行氧气解析过程；待第二吸附塔2B解析完成，第一吸附塔2A转换为氧气解析过程，同时第二吸附塔2B转换为氧气吸附，这样两个吸附塔依次轮流交替工作，可连续生产出氮气。

如图2所示，本实施例的所述制氮设备工作时包括以下六个时序步骤：

A、通过打开气动阀门5，使得第二吸附塔2B上部的气体通过气动阀门5流入第一吸附塔2A，实现从第二吸附塔2B到第一吸附塔2A方向的上均压过程；通过打开气动阀门3，使得第二吸附塔2B中部的气体通过所述气流分布器1的第二接管20进入第一吸附塔2A，实现从第二吸附塔2B到第一吸附塔2A方向的不等势均压。

B、第一吸附塔2A进行氧气吸附，第二吸附塔2B进行氧气解析。具体地，打开其中一个气动阀门6，原料空气进入第一吸附塔2A，空气中的氧气被第一吸附塔2A中的碳分子筛吸附，而氮气因为吸附较少在气相中富集。打开其中一个气动阀门9，第一吸附塔2A中富集的氮气通过气动阀门9流出并被收集起来。与此同时，第二吸附塔2B进行氧气解析过程，当第二吸附塔2B内的碳分子筛吸附的氧气接近饱和时，打开其中一个气动阀门7，使得第二吸附塔2B内的压力降低，被碳分子筛吸附的氧气解析出来并通过气动阀门7被收集到氧气收集装置8。

C、第二吸附塔2B解析中止。当第二吸附塔2B内的碳分子筛吸附的氧气解析完成后，把气动阀门7关闭，第二吸附塔2B解析中止。

D、打开气动阀门5，使得第一吸附塔2A上部的气体通过气动阀门5流入第二吸附塔2B，实现从第一吸附塔2A到第二吸附塔2B方向的上均压过程。打开气动阀门4，第一吸附塔2A中部的气体通过气流分布器1的第一接管10和第三接管30进入第二吸附塔2B的底部，实现从第一吸附塔2A到第二吸附塔2B之间的不等势均压过程。

E、第二吸附塔2B进行氧气吸附，第一吸附塔2A进行氧气解析。打开另外一个气动阀门6，原料空气进入第二吸附塔2B，空气中的氧气被第二吸附塔2B内的碳分子筛吸附，而氮气则吸附较少而在气相中富集。打开另外一个气动阀门9，第二吸附塔2B内富集的氮气通过气动阀门9流出并被收集起来。与此同时，第一吸附塔2A进行氧气解析过程，当第一吸附塔2A内的碳分子筛吸附的氧气接近饱和时，打开其中一个气动阀门7，使得第一吸附塔2A内的压力降低，被碳分子筛吸附的氧气解析出来并通过气动阀门7被收集到氧气收集装置8。

F、第一吸附塔2A解析中止。当第一吸附塔2A内的碳分子筛吸附的氧气解析完成后，把气动阀门7关闭，第一吸附塔2A解析中止。至此所述制氮设备完成了一个工作循环，重新返回到步骤A开始下一个工作循环过程。

可以理解的是，在步骤A和步骤D中，实现了第一吸附塔2A和第二吸附塔2B之间的均压，其中均压包括上均压和不等势均压。而且本实施例对不等势均压过程的下均压位置作了改进，在均压过程中气体从两个吸附塔中其中一个吸附结束的吸附塔中部引出进入脱附(再生)结束的吸附塔底部，按照吸附塔内氮气纯度的倒金字塔型梯度分布特点进行均压。这样设计的作用是：将刚结束吸附，氮气纯度较高的吸附塔中的气体均压转移到到刚结束解析的吸附塔，还原床层固有的纯度梯度分布，提高刚结束解吸的吸附塔内的氮气浓度并降低碳分子筛对氧气的预吸附，提高碳分子筛的利用率，从而提高碳分子筛的产氮率。

本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例，并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本实用新型的实施方式可以有任何变形和修改。

Claims (9)

1.一种气流分布器，其特征在于，包括：

第一接管，所述第一接管的一端具有第一接口，所述第一接管的另一端具有第二接口，所述第一接管的侧壁具有间隔的第三接口和第四接口；

第二接管，所述第二接管从所述第二接口经由所述第一接管的内部延伸至所述第三接口，所述第二接管的一端伸出所述第二接口之外，所述第二接管的另一端伸出所述第三接口之外，所述第二接管在所述第二接口和所述第三接口的位置均和所述第一接管密封连接；

第三接管，所述第三接管的一端和所述第一接管的所述第四接口连接，所述第三接管和所述第一接管连通。

2.根据权利要求1所述的气流分布器，其特征在于，所述气流分布器包括四个法兰，其中两个所述法兰分别设置于所述第二接管的两端，另外两个所述法兰分别设置于所述第一接口和所述第三接管的另一端。

3.根据权利要求1所述的气流分布器，其特征在于，所述第一接管包括第一管筒、第二管筒以及两个堵板，所述第一管筒的直径大于所述第二管筒，两个所述堵板的中心均具有通孔，两个所述堵板分别密封于所述第一管筒的两端，其中一个所述堵板的所述通孔形成所述第二接口，所述第二管筒的一端同轴地密封接合于另一个所述堵板的所述通孔以连通所述第一管筒，所述第二管筒的另一端形成所述第一接口。

4.一种制氮设备，其特征在于，包括：

至少一个根据权利要求1-3任一所述的气流分布器；

多个吸附塔，所述吸附塔以两个为一组，每个所述气流分布器设置在同一组的两个所述吸附塔之间，同一组的两个所述吸附塔分别为第一吸附塔和第二吸附塔，每个所述气流分布器的所述第一接口和所述第二接管的其中一端分别对应地连通于所述第一吸附塔的中部和底部，所述第二接管的另一端和所述第三接管分别对应地连通于所述第二吸附塔的中部和底部；在第一种运行状态下，气体从所述第一吸附塔的中部依次经由所述第一接管和所述第三接管进入所述第二吸附塔底部；在第二种运行状态下，气体从所述第二吸附塔的中部经由所述第二接管进入所述第一吸附塔。

5.根据权利要求4所述的制氮设备，其特征在于，同一组的两个所述吸附塔的顶部通过管路连通，在连通同一组的两个所述吸附塔的管路上设有气动阀门。

6.根据权利要求4所述的制氮设备，其特征在于，在连通所述第二接管和所述第一吸附塔底部之间的管路上设有气动阀门，在连通所述第三接管和所述第二吸附塔底部之间的管路上也设有气动阀门。

7.根据权利要求4-6任一所述的制氮设备，其特征在于，所述制氮设备包括进气管路，所述进气管路设有多个气动阀门以一一对应地分别控制每个所述吸附塔进气。

8.根据权利要求4-6任一所述的制氮设备，其特征在于，所述制氮设备还包括氧气收集管路，所述氧气收集管路设有多个气动阀门，以一一对应地分别控制和收集每个所述吸附塔产出的氧气。

9.根据权利要求4-6任一所述的制氮设备，其特征在于，所述制氮设备还包括氮气收集管路，所述氮气收集管路设有多个气动阀门，以一一对应地分别控制和收集每个所述吸附塔产出的氮气。