CN2222560Y - 氮基可控气氛发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种氮基可控气氛发生器，包括依次相连的燃烧器(1)、气水分离器(2)、脱氧器(5)、干燥器(7)、变压吸附段和储气罐(15)，其特征是所述的变压吸附段包括三个吸附器(8)，其中的每个吸附器进气口均通过阀门(9)与干燥器的排气管相连，各吸附器的出口通过逆止阀(12)与储气管连接，吸附器的进气端还设有废气排放阀(10)和冲洗气进入循环回路控制阀(11)，吸附器出口端设有一级吹扫气进气阀(13)和二级吹扫气进气阀(14)。该发生器采用三罐联立，分别编组工作的方法，具有结构简单、造价低、产品气收率高的优点。

Description

氮基可控气氛发生器

本实用新型属于气体分离装置。

将气体燃料或某些液体燃料经燃烧后进行脱氧干燥，再采用变压吸附法除去其中的CO₂，以获取金属热处理保护气是现今较为常见的一种氮基保护气氛的生产方法。其中对CO₂的变压吸附一般均是采用5A或13X分子筛作为吸附剂来进行的。上述分子筛在工作过程中，经常需要对其进行再生处理。再生的方法有多种，如加热处理法、真空解吸法等，这些方法具有能耗高、设备庞大、造价高、设备稳定性差、可靠性低等缺陷。美国专利4439213及中国专利申请88106678.8虽采用了常温、常压解吸法，但由于需要消耗较多的产品气来“冲洗”吸附剂，使得实际产品气收率降低。此外，13X(5A)分子筛在解吸所吸附的CO₂时，由于失去了加热及真空的手段，而采用不易吸附的气体“冲洗”，CO₂的逸出仅依气体分压差来完成。而要完成这一过程除需要有一定的气体量及相应的流速外，“冲洗”时间将起决定性的因素，而在已有的两塔联立的工艺过程中，要延长“冲洗”时间势必增大反应器的容量，这会造成经济和技术上的困难。

本实用新型的目的在于提供一种设备简单，实际产品气收率高，对分子筛冲洗时间长，采用常温常压方法对分子筛吸附剂进行再生的氮基可控气氛发生器。

本实用新型的氮基可控气氛发生器包括依次相连的燃烧器、气水分离器、脱氧器、干燥器、变压吸附段和储气罐，其特征是所述的变压吸附段包括三个吸附器，其中的每个吸附器进气口均通过筏与干燥器的排气管相连，各吸附器的出口通过逆止阀与储气管连接，吸附器的进气端还设有废气排放阀和冲洗气进入循环回路控制阀，吸附器出口端设有一级吹扫气进气阀和二级吹扫气进气阀。

所述进入变压吸附段的气体可以是含有CO、CO₂、H₂、CH₄和N₂的混合气。

所述控制阀11与压缩机4连通的循环回路连接，使由进气阀14进入的二级吹扫气经控制阀11通过循环回路返回压缩机4前。

本实用新型采用三罐联立，分别编组工作的方法，解决了为延长分子筛冲洗时间长而必须增大反应器体积的矛盾，使该实用新型具有结构简单、造价低、产品气收率高的优点。本实用新型送出的产品气以0.2-0.8MPa压力用管道送出或存储，可广泛应用于黑色、有色金属材料的热处理过程中，为之提供质优价廉的保护性气体。

下面通过附图对本实用新型作进一步说明。

附图所示为根据本实用新型提出的氮基可控气氛发生器结构示意图。

图中1是燃烧器，2是气水分离器，3是气体流量计，4是压缩机，5是脱氧器，6是气水分离器，7是干燥器，8是吸附器，9是吸附器的进气阀门，10是冲洗气排空阀门，11是冲洗气进入循环回路的控制阀，12是净化气排出阀门，13是一级逆向冲洗进气控制阀，14是二级冲洗气逆向进气控制阀，15是储气罐。各个部件之间通过管线连接，由阀门控制通断。

如图所示，压缩空气与燃料进入燃烧器1，在空气过剩系数α＜1的情况下进行燃烧，以制取含有一定比例还原性气体组份(CO＋H₂)的氮基气氛。燃烧尾气经气水分离器2除去气体中夹带的水雾后经流量计3计量后进入压缩机4，气体经压缩后先进入脱氧器5除去气体中的残氧，再进入气水分离器6后进入干燥器7，以达深度干燥气体之目的(该段由并列的两个干燥器组成，带有自热再生装置，周期性的切换使用)。气体经以上处理后进入吸附段8以除去气体中的CO₂组份，最后气体进入工作现场或储气罐9中。所述的吸附段8有三个吸附器，其结构完全相同，阀门9为吸附器进气阀，吸附器顶端有单向阀12供净化气体排出，阀10将冲洗后的废气排出，二级反吹气(循环气)由控制阀11控制经循环回路返回系统前，从而节约了产品气。吸附器排气口处设有一级再生反吹气冲洗气控制阀13和二级再生反吹气控制阀14。反吹气的气量分别由D、E两个阀门调节控制。

净化气可直接通用户生产线，亦可入储气罐15存储。

本实用新型是在压力下吸附混合气体中的CO₂，采用三个吸附器交替工作，以保证整个设备工作的连续性。在常温常压下解吸，并用纯净的气体吹扫使分子筛再生。再生吹扫气氛分为两级，其中第二次吹扫气返回系统前形成循环气。这样在一个吸附器工作时(吸附CO₂)第二个吸附器进入解吸(泄压)并用“洁净”气体吹扫实行一级“再生”(使“洁净”气体逆向通过吸附器)，第三个吸附器用“洁净”气体进行二级“再生”，以备进入工作状态(用“洁净”气体逆向“冲洗”，并使该冲洗气返回系统前)。这样每个吸附器中的吸附剂都经过两级“再生”，以保证吸附剂(分子筛)长期处于良好的工作状态。

为方便叙述吸附器的工作过程，我们将三个吸附器分别编号为1#、2#、3#，其中吸附器上的各个阀门也以A、B、C加编号以示区别。三个吸附器的工作过程如下：当1#罐在压力下吸附混合气体中的CO₂时，2#罐利用1#罐处理过的部分净化气逆向冲洗它工作时吸附的CO₂，完成CO₂的解吸过程，以备下一工作周期使用。1#罐在CO₂即将穿透床层前，停止进气，而将未经处理过的混合气通入2#罐。1#罐泄压至0.0～0.02MPa后用2#罐净化后的部分气冲洗1#罐，使1#罐得到解吸。切换周期为10分钟。由于工作周期间隔时间短，分子筛解吸的并不彻底，时间长后将对分子筛的工作能力造成不利的影响。为此设立3#罐，它在1#、2#工作期间，用部分净化气体逆向冲洗，为提高产气收率，将第二级冲洗气返回系统前，形成循环气。

这样在1#、2#吸附器交替工作期间，3#始终处在“再生”状态，经试验证明，这种“再生”状态维持时间超过1小时，可保证3#罐中的分子筛得到完全再生，而保持良好的工作状态。为此在1#、2#工作一小时后，设备自动转第二个工作程序，1#、3#交替工作，2#再生，方式同前。当第二工作程序进入一小时后转入第三工作程序，这样周而复始，每过一小时自动切换一次，三个吸附器轮流使用。每个吸附器经过“二级”冲洗后，可长时间保持良好的工作状态，使设备长期稳定运行。

其详细工作步骤以第一工作程序为例作详细介绍：

CO₂吸附段进入工作状态时，将净化气排出管线上连接的逆向冲洗管线的阀门D、E调节到适当的开度，下阀调到工艺所需求的程度，每一工作程序分为5步进行。

(1)A₃开启，1#开始工作；

   B₂、B₄开启，2#泄压反吹；

   C₁、C₅开启，3#再生反吹。

(2)B₄关闭，2#升压，进入准备工作状态。

(3)A₃关闭，A₂、A₄启，1#泄压反吹；

   B₂开启，B₄关闭，2#开始工作；

   C₁、C₅开启，3#继续再生反吹。

(4)A₄关闭1#升压，进入准备工作状态。

(5)返回第一步子程序

   A₃开启，A₂、A₄关闭，1#开始工作。

   B₂、B₄开启，B₃关闭2#泄压反吹。

   C₁、C₅开启，3#继续再生反吹。

本实用新型的氮基可控气氛发生器由于省去了加热与真空系统，使该设备运行十分可靠，有广泛的推广应用价值。

当设备运行一小时后，照前面所述顺序进入以后的工作程序。

设备各个工作程序及子程序全部由计算机控制，由电磁阀执行。产出气体以0.2-0.8MPa用管道送出，为多种使用对象提供优质、廉价的保护性气体。

本实用新型的氮基可控气氛发生器在变压吸附器之前的部件均可选用公知技术完成，变压吸附器的结构也同已有技术相近似是具有固定床层的反应器，反应器内装填5A或13X分子筛。反应器进出气口上所连接的六个阀门除净化气排出阀为单向逆止阀外，其它均为电磁阀，各阀门的动作由计算机控制，完成设备的进气、出气及一、二次反吹再生的程序。所述燃烧器可通入的燃料可以是气体燃料(如天燃气、人工煤气、石油液化气)，亦可以是液体燃料(如低级烃及低级混合烃、酒精、煤油、轻柴油等)。

Claims (3)

1.一种氮基可控气氛发生器，包括依次相连的燃烧器(1)、气水分离器(2)、脱氧器(5)、干燥器(7)、变压吸附段和储气罐(15)，其特征是所述的变压吸附段包括三个吸附器(8)，其中的每个吸附器进气口均通过阀门(9)与干燥器的排气管相连，各吸附器的出口通过逆止阀(12)与储气管连接，吸附器的进气端还设有废气排放阀(10)和冲洗气进入循环回路控制阀(11)，吸附器出口端设有一级吹扫气进气阀(13)和二级吹扫气进气阀(14)。

2.如权利要求1所述的发生器，其特征是进入变压吸附段的气体可以是含有CO、CO₂、H₂、CH₄和N₂的混合气。

3.如权利要求1所述的发生器，其特征是所述控制阀(11)与压缩机(4)连通的循环回路连接，使由进气阀(14)进入的二级吹扫气经控制阀(11)通过循环回路，返回压缩机(4)前。