CN212450636U - 一种可以持续保持psa制氮机分子筛活性的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及PSA制氮机技术领域，尤其为一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，包括空压机、PSA以及氮气储罐，PSA包括A塔和B塔，空压机分别与A塔和B塔相连，氮气储罐连接到用气端口，该用气端口上具有流量计，A塔和B塔之间的管路上设置有阀E，阀E与氮气储罐之间通过管路连接，在阀E与氮气储罐的管路上设置有阀K；方法为当用气端口用气停止后，A塔、B塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生；从氮气储罐中取气用来吹扫A塔、B塔，直至内部环境均为纯氮气环境。本实用新型，解决了PSA分子筛活化的问题，可以适用于随时启停设备的供气工况。

Description

一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备

技术领域

本实用新型涉及PSA制氮机技术领域，具体为一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备。

背景技术

PSA全称：Pressure Swing Adsorption，中文意思为：变压吸附。PSA是一种新的气体分离技术，自60年代末70年代初在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。

目前在制氮、制氧领域内使用较多的是碳分子筛和沸石分子筛。分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在分子筛表面的扩散速率不同，碳分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的碳基吸附剂。碳分子筛具有很小微孔组成，孔径分布在0.3nm～1nm之间。较小直径的气体(氧气)扩散较快，较多进入分子筛固相，这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。

现有PSA制氮机(如CN210193403U，四塔PSA变压吸附式制氮机)在首次开机后双塔需要不断的进行吸附和再生循环，此过程需要经过大约一个小时的工作后才能慢慢达到制氮后的纯度，根据纯度的高低最后至最高纯度 99.999％。未达到纯度的气体均会被排出设备外，这一个小时是属于无用功，能耗很大。因此目前PSA制氮机的使用工况一般为连续工作状态，如果停机后再次启动，还需要经历上述提纯过程。

造成这样的问题主要原因是PSA内部吸附材料在设备刚启动时处于空气状态中，其内部分子结构表面已经吸附了部分氧分子和其他杂质，所以在刚启动设备时，分子筛吸附能力不强，经过一段时间的吸附再生过程的活化后，分子筛的吸附能力会达到最佳状态，此时对氧分子的吸附能力达到最佳状态，故通过的氮气会达到最高纯度。

再生的过程就是当吸附塔完成吸附后，也就是分子筛达到吸附平衡的时候(再也吸不住氧分子的时候)，此时需要从制气塔的后端反吹一股氮气，将分子筛内部吹干净，不存留任何氧分子及杂质，这样经过再生后的分子筛就会达到最佳的吸附状态，再生后的塔再次进行吸附工作，如此循环就会一直保证双塔都处于最佳吸附状态，这样才能连续制出高纯度氮气。所以，保持 PSA分子筛活化，可以适用于随时启停设备的供气工况是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，以解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型，解决了PSA制氮机在刚开始启动工作时其内部分子筛需要经过一段时间的活化，慢慢活化的 PSA才能慢慢达到制氮纯度的问题。能让PSA的应用领域根据广泛，能耗更低。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的方法，包括空压机、PSA以及氮气储罐，所述空压机为PSA送入加压的空气，所述PSA包括A塔及其阀 A、阀C和阀F与B塔及其阀B、阀D和阀I，所述A塔和B塔工作状态为吸附和再生交替进行，并通过阀A和阀B控制进气，所述氮气储罐通过阀G、阀H与阀J分别对应与A塔、B塔、用气端口连接，所述用气端口具有流量计，所述A塔和B塔之间连接有阀E，所述阀E通过阀K连接到氮气储罐；

当用气端口用气停止后，关闭氮气储罐向用气端口通气，然后空压机与 PSA继续工作，直至氮气储罐达到最高压力值后，控制A塔和B塔停止向氮气储罐输气，此时A塔、B塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生；当检测到空压机与PSA停机后，从氮气储罐中取气用来吹扫A塔、 B塔，直至内部环境均为纯氮气环境。

优选的，当A塔和B塔内部环境均为纯氮气环境时，对双塔内进气至预设压力后停止进气。

优选的，当A塔和B塔内部环境均为纯氮气环境时，停止吹扫，对双塔进行吸气至双塔内部处于真空状态。

优选的，当用气端口用气停止后，流量计会给予信号指令，阀J关闭； PSA还在继续工作直到氮气储罐达到最高压力值后，氮气储罐的压力计会给予指令，阀G、阀H关闭；此时A塔、B塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生；

再开启阀K从氮气储罐中取气用来吹扫A塔、B塔，A塔、B塔对应通过阀C、阀D排气，经过氮气储罐中保存的高纯度氮气吹扫，A塔、B塔的内部环境均为纯氮气环境，然后将阀C、阀D关闭，继续开启阀K对A塔、 B塔进气至预定压力后关闭阀K。

优选的，当用气端口用气停止后，流量计会给予信号指令，阀J关闭； PSA还在继续工作直到氮气储罐达到最高压力值后，氮气储罐的压力计会给予指令，阀G、阀H关闭；此时A塔、B塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生；

再开启阀K从氮气储罐中取气用来吹扫A塔、B塔，A塔、B塔对应通过阀C、阀D排气，经过氮气储罐中保存的高纯度氮气吹扫，A塔、B塔的内部环境均为纯氮气环境，然后将阀C、阀D和阀E关闭，开启真空泵对A 塔、B塔进行吸气至A塔、B塔内部处于真空状态。

优选的，当流量计检测用气终端无流量时，进行延时，A塔、B塔直接进入均压模式，均压至设定压力后，关闭阀A和阀B，先打开阀C、阀D，进行泄压放气，再打开阀K和阀E，从氮气储罐引纯净的氮气进入A塔和B塔进行吹扫，吹扫至设定时间，关闭阀C和阀D，打开阀G、阀H，直至压力达到设定值，关闭所有阀门，设备进入保压状态。

为实现上述目的，本实用新型提还供如下技术方案：

一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，包括空压机、PSA以及氮气储罐，所述PSA包括A塔和B塔，所述空压机分别与A塔和B塔相连，所述氮气储罐分别与A塔和阀F与B塔相连，所述氮气储罐连接到用气端口，该用气端口上具有流量计，所述A塔和B塔之间的管路上设置有阀E，所述阀E与氮气储罐之间通过管路连接，在阀E与氮气储罐的管路上设置有阀K。

优选的，还包括真空泵，该真空泵与阀C和阀D连接。

优选的，所述空压机与A塔连接的管路上设置有阀A，所述空压机与B 塔连接的管路上设置有阀B。

优选的，所述氮气储罐与A塔之间的管路上依次设置有纯度计A、阀F 以及阀G，所述氮气储罐与B塔之间的管路上依次设置有纯度计B、阀I以及阀H，所述A塔还具有阀C，所述B塔还具有阀D。

优选的，所述氮气储罐与A塔、氮气储罐与B塔以及阀E与氮气储罐之间的管路上共用一个压力计，所述氮气储罐与用气端口之间的管路上设置有阀J。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型，解决了目前PSA设备不能短时间停机，停机后需要较长的时间才能达到使用要求的问题。因此本设备适用于频繁的短时间的工作状态。

本实用新型，解决了PSA分子筛活化的问题，可以适用于随时启停设备的供气工况。

本实用新型，可以很好的解决目前PSA只能应用于连续不断的用气环境，对于频繁启停的工况不适用，也解决了能在第一时间保证PSA的制氮纯度，达到使用要求，大大节约时间和降低能耗。

附图说明

图1为本实用新型方法的氮气保压法及结构示意图；

图2为本实用新型方法的真空保压法及结构示意图；

图3为本实用新型PSA结构示意图。

图中：1-空压机、2-PSA、3-氮气储罐、4-用气端口、5-流量计、6-A塔、 7-上端出气阀A、8-阀C、9-分子筛A、10-阀A、11-B塔、12-上端出气阀B、 13-阀D、14-分子筛B、15-阀B、16-阀E、17-阀K、18-真空泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～3，本实用新型提供一种技术方案：

一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，包括空压机1、PSA2 以及氮气储罐3，所述PSA2包括A塔6和B塔11，所述空压机1分别与A 塔6和B塔11相连，所述氮气储罐3分别与A塔6和阀F与B塔11相连，所述氮气储罐3连接到用气端口4，该用气端口4上具有流量计5，所述A塔 6和B塔11之间的管路上设置有阀E16，所述阀E16与氮气储罐3之间通过管路连接，在阀E16与氮气储罐3的管路上设置有阀K17。

具体的，还包括真空泵18，该真空泵18与阀C8和阀D13连接，所述阀 C8和阀D13是三通，一路排空，一路接真空泵。

具体的，所述空压机1与A塔6连接的管路上设置有阀A10，所述空压机1与B塔11连接的管路上设置有阀B15。

具体的，所述氮气储罐3与A塔6之间的管路上依次设置有纯度计A、阀F以及阀G，所述氮气储罐3与B塔11之间的管路上依次设置有纯度计B、阀I以及阀H，所述A塔6还具有阀C8，所述B塔11还具有阀D13。

具体的，所述氮气储罐3与A塔6、氮气储罐3与B塔11以及阀E16与氮气储罐3之间的管路上共用一个压力计，所述氮气储罐3与用气端口4之间的管路上设置有阀J。

A塔6和B塔11即指的是AB塔或AB双塔。

如图1-2所示，PSA制氮机正常工作流程：

空气进入空压机1加压进入PSA制氮机(简称PSA2)，PSA制氮机分为 A塔6和B塔11，AB塔工作状态为吸附和再生交替进行，通过阀A10和阀 B15控制进气；

A塔6吸附工作时，B塔11再生，此时阀A10开启，阀B15关闭，阀 C8关闭，阀D13开启，A塔6吸附工作完成后，A塔6后端提纯出来的氮气经过纯度计A检测合格后开启阀G进入氮气储罐3，如果不合格，则开启阀F放空。

B塔11的再生工作为，开启阀D13将B塔11降压再生，同时利用A塔 6上端已经产生的氮气对B塔11进行吹扫，吹扫气体从阀D13排出。

AB塔之间连接一条管路，管路上设置阀E16，吹扫气量的大小可通过阀 E16进行调节。

A塔6吸附结束后转为再生，B塔11再生结束后转为吸附，此时阀A10 关闭，阀B15开启，阀8C开启，阀D13关闭，B塔11吸附工作完成后，B 塔11后端提纯出来的氮气经过纯度计B检测合格后开启阀H进入氮气储罐3，如果不合格，则开启阀I放空。

AB塔如此循环工作产生的合格纯度的氮气会进入氮气储罐3储存，氮气储罐3的气体通过阀J进入用气端口4然后再进入接入的用气终端。

本实用新型中，可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的方法的AB塔氮气保压方法如图1所示：

当终端用气停止后，即用气端口4用气停止，流量计5会给予信号指令，阀J关闭；

此时PSA2还在继续工作直到氮气储罐3达到最高压力值后，氮气储罐3 的压力计会给予指令，阀G、阀H关闭；

此时AB塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生，此时开启阀K17从氮气储罐3中取气用来吹扫AB塔，AB塔对应通过阀C8、阀D13 排气，此时经过氮气储罐3中保存的高纯度氮气吹扫，AB塔的内部环境均为纯氮气环境，此时将阀C8、阀D13关闭，继续开启阀K17对AB塔进气至一定压力后关闭阀K17。

此状态为AB塔内纯氮气保压，为了使分子筛A9和分子筛B14一直持续活性，能达到最好的吸附性能等待再次开机工作。

当后端流量计5没流量的时候，进行延时，设定延时以后，前端AB塔不需要在继续程序，直接进入均压模式，均压至设定压力以后，关闭阀A10和阀B15，先打开阀C8、阀D13，进行泄压放气，再打开阀K17和阀E16，从氮气储罐3引纯净的氮气进入A塔和B塔进行吹扫，吹扫至设定时间，关闭阀C8和阀D13，打开阀G，阀H，直至压力打到设定值，关闭所有阀门，设备进入保压状态。

本实用新型中，可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的方法的AB塔真空保压方法如图2所示：

当终端用气停止后，即用气端口4用气停止，流量计5会给予信号指令，阀J关闭；

此时PSA还在继续工作直到氮气储罐达到最高压力值后，氮气储罐的压力计会给予指令，阀G、阀H关闭；

此时AB塔的工作状态为一个吸附一个再生，吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔，吹扫后关闭再生塔所有阀门，吸附塔结束工作后转为再生，此时开启阀K17从氮气储罐中取气用来吹扫AB塔，AB塔通过阀C8、阀D13排气，此时经过氮气储罐3中保存的高纯度氮气吹扫，AB塔的内部环境均为纯氮气环境，此时将阀C8、阀D13、阀K17关闭，开启真空泵对AB塔进行吸气至 AB塔内部处于真空状态。

此状态为AB塔内真空保压，为了使分子筛A9和分子筛B14一直持续活性，能达到最好的吸附性能等待再次开机工作。

需要说明的是，本实用新型中，在AB塔氮气保压方法和AB塔真空保压方法中，“吸附塔产生的氮气用来吹扫再生塔”分两个步骤，第一就是正常工作的时候利用吸附塔后端的氮气通过AB塔之间的管路进行吹扫再生塔，吹扫气量的大小可通过阀E16进行调节，工作停机之前进行AB双塔吹扫时就需要利用氮气储罐3中的气体进行AB两个塔同时吹扫。因为正常工作过程中，吸附塔后端有氮气产生，但是当需要停机的那一刻，AB双塔都需要进入再生，此时只有储罐中有氮气可以进行吹扫。本实用新型中，各个阀、空压机1等涉及控制的系统为现有技术，如PLC控制系统，此处不详述。

本实用新型中，如图3所示，为PSA2的结构，以A塔6为说明，阀A10 为进气阀，设置在A塔6侧靠近底部的塔身，A塔6内具有分子筛A9，阀 C8设置在A塔6底部，在A塔6顶部设置有上端出气阀A7，该上端出气阀 A7分两路，一路是排空，为上排空，即阀F，一路是进氮气储罐3，与阀G 连接。而与上排空对应的下排空为阀C8，如上所述阀C8是三通，一路与阀 A10连接，一路排空(此即为下排空)，另一路与真空泵18连接。同理阀B15 为B塔11进气阀，在B塔11顶部设置有上端出气阀B12，该上端出气阀B12 分两路，一路是排空，为上排空，即阀I，一路是进氮气储罐3，与阀H连接，如上所述阀D13是三通，一路与阀B15连接，一路排空(此即为下排空)，另一路与真空泵18连接。

本实用新型有两种方法：

1、终端用气结束后，流量计5给予PSA制氮机指令，PSA2的A塔6再生，关闭进气阀的同时进行纯氮气吹扫后关闭放气阀(包括阀C8排空路、阀 F)进行保压，吸附塔完成吸附转为再生后进行相同操作，AB塔被纯氮气吹扫后关闭放气阀，利用纯氮气对AB罐进行加压至指定压力后进行保压至下一次PSA气动工作，此为氮气保压法。

2、终端用气结束后，流量计给予PSA制氮机指令，关闭进气阀，让AB 塔均进入再生排气，排气结束后利用纯氮气吹扫，吹扫结束后关闭放气阀(包括阀C8排空路、阀F、阀D13、阀I以及阀K17)，开启真空泵18对AB塔进行抽真空作业，达到真空后停止真空泵，保真空的过程中如果AB罐体内达不到真空度，利用相关传感器给予真空泵18指令让其工作，此过程为自动控制(属于现有技术)，为真空保压法。真空模式时阀C8、阀D13的与真空泵 18连接的一路打开，其他阀门都关闭。

本实用新型，解决了目前PSA设备不能短时间停机，停机后需要较长的时间才能达到使用要求的问题。因此本设备适用于频繁的短时间的工作状态。

本实用新型，解决了PSA分子筛活化的问题，可以适用于随时启停设备的供气工况。

本实用新型，可以很好的解决目前PSA只能应用于连续不断的用气环境，对于频繁启停的工况不适用，也解决了能在第一时间保证PSA的制氮纯度，达到使用要求，大大节约时间和降低能耗。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，包括空压机(1)、PSA(2)以及氮气储罐(3)，所述PSA(2)包括A塔(6)和B塔(11)，所述空压机(1)分别与A塔(6)和B塔(11)相连，所述氮气储罐(3)分别与A塔(6)、阀F以及B塔(11)相连，所述氮气储罐(3)连接到用气端口(4)，该用气端口(4)上具有流量计(5)，其特征在于：所述A塔(6)和B塔(11)之间的管路上设置有阀E(16)，所述阀E(16)与氮气储罐(3)之间通过管路连接，在阀E(16)与氮气储罐(3)的管路上设置有阀K(17)，还包括真空泵(18)，该真空泵(18)与阀C(8)和阀D(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，其特征在于：所述空压机(1)与A塔(6)连接的管路上设置有阀A(10)，所述空压机(1)与B塔(11)连接的管路上设置有阀B(15)。

3.根据权利要求2所述的一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，其特征在于：所述氮气储罐(3)与A塔(6)之间的管路上依次设置有纯度计A、阀F以及阀G，所述氮气储罐(3)与B塔(11)之间的管路上依次设置有纯度计B、阀I以及阀H，所述A塔(6)还具有阀C(8)，所述B塔(11)还具有阀D(13)。

4.根据权利要求3所述的一种可以持续保持PSA制氮机分子筛活性的设备，其特征在于：所述氮气储罐(3)与A塔(6)、氮气储罐(3)与B塔(11)以及阀E(16)与氮气储罐(3)之间的管路上共用一个压力计，所述氮气储罐(3)与用气端口(4)之间的管路上设置有阀J。

Images