CN2789220Y - 一种煤矿井下碳分子筛制氮主机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于煤矿井下直接分离空气制取氮气的煤矿井下碳分子筛制氮主机，其制氮主机采用立式四塔结构，两塔为一运行组单元，二塔的一半碳分子筛吸附，另一半碳分子筛解吸，每组单元安装有下阀进气组件和上阀出气组件，吸附塔内中间加装纵向隔板，隔板两侧密实装填碳分子筛，上封头到塔直高部分下沿，被密闭隔开，下封头部分相通，吸附效率高，氮气纯度高，在调整供气量的同时，大范围的调定氮气纯度，保证了碳分子筛的使用寿命，易于补装填。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于煤矿井下直接分离空气制取氮气的煤矿井下碳分子筛制氮主机。
背景技术
矿井氮气防灭火实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定量的氮气，使其氧含量降到5％以下，达到防灭火和抑制瓦斯爆炸的目的。与矿井其它防灭火方法相比，用氮气防灭火技术优于传统注浆防灭火技术；注氮工艺快捷、迅速。氮气可迅速渗透充满到采空区氧化带内或火区的各角落。而注浆工艺，由于浆体在采空区氧化带内或火区的流动受地板不平，顶板冒落堆集不均等因素影响，会形成“流动沟”，因而不能均匀、全面地覆盖在“煤体”表面，未能真正起到“隔绝”氧气，防止煤炭氧化自燃的作用。故此，氮气防灭技术有其更好的效果。
变压吸附技术是近十几年发展起来的一项用于气体净化、分离与提纯的新技术。该技术设备简单、操作方便、自动化程度高、投资少、产气快等优点，得到了广泛的应用，煤矿的防火就是其中的一项重要领域。
变压吸附碳分子筛制氮原理：
O2和N2都是非极性分子，两者的动力学直径和沸点十分接近。由于分子筛的位阻效应，具有微孔结构的碳分子筛对O2和N2存在共吸附现象。因此实现氧、氮分离是比较困难的。然而碳分子筛属于速度分离型的吸附剂，O2和N2在碳分子筛表面的扩散速度不同，由于N2的动力学直径大于O2的动力学直径，所以O2在碳分子筛表面的扩散速度大于N2在碳分子筛表面的扩散速度。O2优先被碳分子筛所吸附，而N2从不吸附相中富集。PSA制氮运用了这一原理。组成加压吸附和减压解吸的快速过程。从而获得产品氮气。
变压吸附分子筛制氮工艺流程：
经压缩净化后的空气进入装填有碳分子筛(CMS)的吸附塔。压缩空气流经吸附塔，其间氧气分子被碳分子筛所吸附，氮气则富集在不吸附相中，由吸附塔一端流出，进入N2储罐。经一段时间后，吸附塔中碳分子筛吸附的氧饱和，必需再生。再生是通过停止吸附，降低吸塔的压力，使被吸附的氧气从碳分子筛孔穴中释放出来。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。因吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称做变压吸附(PSA)。
现在设计使用的煤矿井下碳分子筛制氮装置主机吸附塔结构是卧式的，这种卧式吸附塔的设计主要是基于矿下尺寸空间所决定的，但卧式吸附塔装填分子筛困难；不容易达到密实装填的状况，且压紧装置复杂，长时间运行易导致碳分子筛粉化、下沉，使压力空气走短路，继而氮气纯度下降，失于防灭火的作用，且检修维护复杂，使用寿命短。
实用新型内容
本实用新型的目的是在原来井下尺寸空间范围内由卧式吸附塔改设计为立式吸附塔，克服卧式吸附塔装填分子筛困难，不容易达到密实装填、压紧装置复杂、长时间运行易导致碳分子筛粉化、下沉、使压力空气走短路，继而氮气纯度下降，失防灭火的作用，且检修维护复杂，使用寿命短的缺陷。
本实用新型的具体方案是本装置制氮主机采用立式四塔结构，两塔为一运行组单元，二塔的一半碳分子筛吸附，另一半碳分子筛解吸，每组单元安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件分别装有两个进气气动阀、二个排气气动阀、中间一个均压阀；上阀出气组件分别装有两个出气气动阀，一个均压气动阀，中间一个反吹调节阀；八个气动阀分别由三个二位五通电磁阀控制，电磁阀和气动阀之间由高压软管连接，其中第一个电磁阀连接吸附塔一侧的进气和出气气动阀，第二个电磁阀连接吸附塔另一侧的进气和出气气动阀，第三个电磁阀连接上下阀组的均压气动阀；两组单元并联运行，由一套进气管阀分别连通两组单元的下阀组进气阀，进气气动阀排在两边，中间由三通管相联。两组单元的出气气动阀分别与一套出气管阀分别连通，出气气动阀也排在两边，中间由三通管相联，气动阀全部是常闭型的。
其立式吸附塔内部结构为中间加装纵向隔板，隔板两侧密实装填碳分子筛，被隔板分离成两部分，由上封头到塔直高部分下边沿，被密闭隔开，下封头部相通，吸附塔的上部两侧分别装有两片丝网，中间加装椰垫，在椰垫丝网上装有钢制多孔分流板，分流板上部密实装填比重大的氧化铝瓷球，吸附塔顶部设计大口径镶嵌式法兰，法兰盖中间设计有一凹槽，凹槽与隔板上凸块相对应，内垫橡胶板，封闭隔开。
压力气体从上封头隔板一侧通过分气管向下流动，过下封头从隔板另一侧上部排出，单台吸附塔都是从上封头一侧进另一侧出，压力气体走一个U型通道。这样的结构即降低了吸附塔的高度，保证了高径比又控制了流速。
其优点为解决和克服了卧式吸附塔的结构设计缺陷，即可密实装填碳分子筛，又易于压紧，高径比合理，气体不可能走短路，吸附效率提高，氮气纯度有保证，且能在调整供气量的同时，大范围的调定氮气纯度(即灭火时用低纯度氮气；降氧时用高纯度氮气)。特别是保证了碳分子筛的使用寿命，其吸附塔结构容易补装填。
附图说明
图1煤矿井下碳分子筛制氮主机结构示意图。
图2吸附塔立体结构示意图。
图3吸附塔俯视结构示意图。
图4下阀进气组件。
图5上阀出气组件。
图6碳分子筛制氮主机结构俯视图。
其中：1吸附塔
11上封头 12筒体 13中间隔板 14下封头 15出气口 16进气口 17丝网 18法兰
2上阀出气组件
21管线 22均压气动阀 23反吹调节阀 24管线 25气动阀 26电磁阀
3下阀进气组件
31管线 32气动阀 33均压阀 34管线 35电磁阀 36气动阀
4隔爆箱 5移动矿车 6消音器
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型所述的煤矿井下碳分子筛制氮主机结构进行详细的说明。
其立式吸附塔(1)筒体(12)内中间加装一纵向隔板(13)，筒体(12)内被隔板分离成两部分，隔板两侧密实装填碳分子筛，上封头(11)到塔直高部分下沿，被密闭隔开，下封头(14)部分相通，吸附塔的上部两侧分别装两片60～80目不锈钢丝网(17)，中间加装40mm厚的进口椰垫，在椰垫丝网上另装12～16mm的钢制多孔分流板，分流板上部密实装填比重大的氧化铝瓷球，必免出现死空间。吸附塔顶部设计大口径镶嵌式法兰(18)，法兰盖中间设计有一凹槽，凹槽与隔板上凸块相对应，内垫橡胶板，封闭隔开。
本装置制氮主机采用立式四塔结构，两塔为一运行组单元，一塔吸附，另一塔解吸，每组单元安装有下阀进气组件(3)和上阀出气组件(2)，下阀进气组件分别装有两个进气气动阀(32)、二个排气气动阀(36)、中间一个均压阀(33)，分别由管线(31)(34)连接进气口(16)；上阀出气组件分别装有两个出气气动阀(25)，一个均压气动阀(22)，中间一个反吹调节阀(23)，分别由管线(21)(24)与出气口连接(15)；这八个气动阀分别由三个二位五通电磁阀(26)(35)连接，按设定的时间程序，控制八个气动阀，电磁阀和气动阀之间由ф8高压软管连接，其中第一个电磁阀控制吸附塔一侧的进气和出气气动阀，第二个电磁阀控制吸附塔另一侧的进气和出气气动阀，第三个电磁阀控制上下阀组的均压气动阀，这样按有序的时间进行加压吸附、减压解吸循环工作过程。
两组单元并联运行，由一套进气管阀分别连通两组单元的下阀组进气阀，进气气动阀排在两边，中间由三通管相联，气动阀全部是常闭型的。
两组单元的上出气气动阀分别与一套出气管阀分别连通，这样即可集中供氮，又可分别产氮气。
以上设备与隔爆箱(4)消音器(6)安装在一部移动矿车(5)上。
Claims (2)
1.一种煤矿井下碳分子筛制氮主机，其特征在于：制氮主机采用立式四塔结构，两塔为一运行组单元，二塔的一半碳分子筛吸附，另一半碳分子筛解吸，每组单元安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件分别装有两个进气气动阀、二个排气气动阀、中间一个均压阀；上阀出气组件分别装有两个出气气动阀，一个均压气动阀，中间一个反吹调节阀；八个气动阀分别由三个二位五通电磁阀控制，电磁阀和气动阀之间由高压软管连接，其中第一个电磁阀连接吸附塔一侧的进气和出气气动阀，第二个电磁阀连接吸附塔另一侧的进气和出气气动阀，第三个电磁阀连接上下阀组的均压气动阀；两组单元并联运行，由一套进气管阀分别连通两组单元的下阀组进气阀，进气气动阀排在两边，中间由三通管相联。两组单元的上出气气动阀分别与一套出气管阀分别连通，出气气动阀排在两边，中间由三通管相联，气动阀全部是常闭型的。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下碳分子筛制氮主机，其特征在于：其立式吸附塔内部结构为中间加装纵向隔板，隔板两侧密实装填碳分子筛，被隔板分离成两部分，上封头到塔直高部分下沿，被密闭隔开，下封头部分相通，吸附塔的上部两侧分别装有两片丝网，中间加装椰垫，在椰垫丝网上装有钢制多孔分流板，分流板上部密实装填比重大的氧化铝瓷球，吸附塔顶部设计大口径镶嵌式法兰，法兰盖中间设计有一凹槽，凹槽与隔板上凸块相对应，内垫橡胶板，封闭隔开。
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| CN 200520022960 CN2789220Y (zh) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | 一种煤矿井下碳分子筛制氮主机 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111017887A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-17 | 宁夏泰富能源有限公司 | 一种成品油生产用空压制氮装置 |
| CN111111376A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 吸附塔装置和具备吸附塔装置的空气分离装置 |
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2005
- 2005-05-12 CN CN 200520022960 patent/CN2789220Y/zh not_active Expired - Lifetime
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