專利名稱：集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制氮機(jī)，尤其涉及一種集成有膜分離和變壓吸附裝置的制氮 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空氣分離制取高純度氮?dú)饽壳爸挥袃煞N方式，一是深冷空分制取99. 999%以上的 高純度氮?dú)?，另一種方式為PSA(變壓吸附技術(shù))制取99. 999%以上的高純度氮?dú)?；其中?深冷空分制取99. 999%以上的高純度氮?dú)猓粢?guī)模在1000Nm3/h以上的，則較為經(jīng)濟(jì)；采用 PSA制取99. 999%以上的高純度氮?dú)?，其主要存在的不足是氮?dú)饣厥章瘦^低，耗能較大，而 且設(shè)備的一次性投資較大。長期以來，因無適合的能耗較低的非低溫分離方法制取高純度 氮?dú)?，因此，現(xiàn)有技術(shù)中在制取高純度氮?dú)膺^程中造成了巨大的資源浪費(fèi)。在制氮工藝中還多采用膜分離技術(shù)，雖然，采用膜分離技術(shù)可以減輕人員的工作 量，降低能耗，延長設(shè)備的使用壽命。但所制取的氮?dú)獾募兌葹?5 98%，其指標(biāo)還不能達(dá) 到高純度。目前，在制取高純度氮?dú)夥矫嫔袩o將膜分離和PSA集成的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制 氮系統(tǒng)，可獲得回收率和純度都較高的氮?dú)赓Y源，其技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，解決了既可制取 高純度的氮?dú)猓帜芙档湍芎?，?jié)約資源的技術(shù)問題，具有很高的社會(huì)效益、環(huán)保效益和經(jīng) 濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系 統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括可編程控制器PLC和與空壓機(jī)依次連接的壓縮空氣預(yù)處理 單元、膜分離制氮單元和氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐；所述壓縮空氣預(yù)處理單元包括自空氣進(jìn)口用管道 依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機(jī)、多級(jí)過濾器和加熱器；所述膜分離制氮單元由膜 組件構(gòu)成；其特征在于，所述氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐的出口連接有PSA提純單元，所述PSA提純單元 包括有多個(gè)由管道連接的吸附塔、與吸附塔依次連接有氮?dú)夤に嚬藓头蹓m過濾器，所述粉 塵過濾器的出口端連接到系統(tǒng)的氮?dú)獬隹?；在連接吸附塔的管道上設(shè)有多個(gè)氣控閥門，上 述可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是現(xiàn)有技術(shù)中，PSA工藝制氮其最佳純度在于95-99. 99%，氮?dú)饧兌仍?9. 995%以 上后，其投資和運(yùn)行費(fèi)用將大大提高，且制氮能耗增大。膜分離制氮工藝制氮其最佳純度在 于95-98%，氮?dú)饧兌仍?9% -99. 9%之間時(shí)，其投資和運(yùn)行費(fèi)用將大大提高，且制氮能耗 增大，但只要氮?dú)饧兌葹?5% (ν)時(shí)，膜分離的方式就具有較好的經(jīng)濟(jì)性。由于本實(shí)用新型 高純制氮系統(tǒng)具有膜分離技術(shù)和PSA的雙重特點(diǎn)，首先，采用膜分離技術(shù)制氮，先行提取大 約95%左右純度的氮?dú)?，再以PSA將95%左右純度的氮?dú)馓峒兊?9. 9995%，從而獲取高
3純氮?dú)?，這種將膜分離技術(shù)和PSA聯(lián)合進(jìn)行氮氧分離的高純制氮系統(tǒng)，充分利用了膜分離 與PSA兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，大大降低了制取99. 995% -99. 9995%高純度氮?dú)庀到y(tǒng)的造價(jià)，與 此同時(shí)，也節(jié)約了能源消耗。因此，采用本實(shí)用新型集成有膜分離和PSA裝置的高純制氮系 統(tǒng)，應(yīng)用于制取純度為99. 995%至99. 9995%的高純度氮時(shí)，其投資和運(yùn)行費(fèi)用較為合適， 且制氮能耗較低。

附圖是本實(shí)用新型集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)示意圖。圖中1—空壓機(jī)2——緩沖罐3——?dú)馑蛛x器 4——冷干機(jī)5——多級(jí)過濾器 6——加熱器7——模組件8——氮?dú)饩?沖儲(chǔ)罐9——吸附塔10——氮?dú)夤に嚬?11——粉塵過濾器具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用高純度氮?dú)獾钠髽I(yè)越來越多，氮?dú)馊笨谳^大。目前，國內(nèi) 應(yīng)用較多的主要有膜分離法和PSA(變壓吸附)分離法。膜分離法制氮技術(shù)是20世紀(jì)80年代最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的氣體膜分離技術(shù)。 指在一定壓力驅(qū)動(dòng)下，利用空氣中氧分子在膜內(nèi)優(yōu)先滲透通過，而氮?dú)饨M分較慢通過膜的 差異從而實(shí)現(xiàn)分離的過程。目前，該技術(shù)已經(jīng)成熟，采用該膜分離技術(shù)，其氮?dú)饣厥章室?般可達(dá)12 % 48 %，氮?dú)鉂舛冗_(dá)90 % 99. 9 %，膜的壽命一般可達(dá)10年以上，氮?dú)鈿饬?5-2000Nm3/h。特別是只要氮?dú)饧兌葹?5% (ν)時(shí)，膜分離的方式就具有較好的經(jīng)濟(jì)性。變壓吸附技術(shù)(Pressure Swing Adsorption，簡(jiǎn)稱PSA技術(shù))是是一種先進(jìn)的氣 體分離技術(shù)，以吸附劑(多孔固體物質(zhì))內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸 附劑在相同壓力下易吸收高沸點(diǎn)氣體、不易吸收低沸點(diǎn)氣體，和高壓下被吸收氣體的吸附 量增加、低壓下被吸收氣體的吸附量減少的特性來實(shí)現(xiàn)氣體的分離。這種在壓力下吸附雜 質(zhì)、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的過程，就是變壓吸附循環(huán)。采用常溫下變壓吸附原理 (PSA)分離空氣制取高純度的氮?dú)?。通常，將空氣?jīng)脫水、除雜、除油等預(yù)處理后，進(jìn)入吸附 床進(jìn)行吸附分離。采用PSA分離技術(shù)，對(duì)雜質(zhì)的脫除率高，可生產(chǎn)高純度氮?dú)?，氮?dú)鉂舛瓤?達(dá)95-99. 9995%。PSA制氮，具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15 30分鐘)、能 耗低、產(chǎn)品純度高、操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低等特點(diǎn)。綜上，氮?dú)饧兌纫笤?9. 995%至99. 9995%時(shí)，采用膜法/PSA法集成工藝制取 氮?dú)廨^好，即先用膜法將空氣中氮?dú)饨M分濃度提高到95%后，再用PSA變壓吸附法進(jìn)一步 提高氮?dú)獾募兌戎?9. 995 % -99. 9995 %。如附圖所示，本實(shí)用新型集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)，包括可 編程控制器PLC和與空壓機(jī)1依次連接的壓縮空氣預(yù)處理單元、膜分離制氮單元和氮?dú)饩?沖儲(chǔ)罐8 ；所述壓縮空氣預(yù)處理單元包括自空氣進(jìn)口用管道依次連接的緩沖罐2、氣水分離 器3、冷干機(jī)4、多級(jí)過濾器5和加熱器6 ；所述膜分離制氮單元由膜組件7構(gòu)成，所述氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐8的出口連接有PSA提純單元，所述PSA提純單元包括有多個(gè)由管道連接的吸附塔 9，圖中示出了有兩個(gè)吸附塔A、B，但本實(shí)用新型不限于包括有兩個(gè)以上的吸附塔，每個(gè)所述 吸附塔的下部均設(shè)有進(jìn)氣口，每個(gè)吸附塔的上部均設(shè)置有產(chǎn)氮?dú)饪?。與所述吸附塔9依次 連接的氮?dú)夤に嚬?0和粉塵過濾器11，所述粉塵過濾器11的出口端連接到系統(tǒng)的氮?dú)獬?口 ；在連接吸附塔的管道上設(shè)有多個(gè)氣控閥門，所述PLC可編程序控制器控制上述閥門實(shí) 現(xiàn)其開、閉功能。另外，為了降低系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲，所述PSA提純單元還包括有一消音器。
盡管上面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具 體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些 均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)，包括可編程控制器PLC和與空 壓機(jī)依次連接的壓縮空氣預(yù)處理單元、膜分離制氮單元和氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐；所述壓縮空氣預(yù) 處理單元包括自空氣進(jìn)口用管道依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機(jī)、多級(jí)過濾器和加 熱器；所述膜分離制氮單元由膜組件構(gòu)成；其特征在于，所述氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐的出口連接有 PSA提純單元，所述PSA提純單元包括有多個(gè)由管道連接的吸附塔、與吸附塔依次連接有氮 氣工藝罐和粉塵過濾器，所述粉塵過濾器的出口端連接到系統(tǒng)的氮?dú)獬隹?；在連接吸附塔 的管道上設(shè)有多個(gè)氣控閥門，上述可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)，其特征在于， 所述PSA提純單元還包括有消音器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)，其特征在于， 每個(gè)所述吸附塔的下部均設(shè)有進(jìn)氣口，每個(gè)吸附塔的上部均設(shè)置有產(chǎn)氮?dú)饪凇?br> 專利摘要本實(shí)用新型公開了一種集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系統(tǒng)，包括可編程控制器PLC和與空壓機(jī)依次連接的壓縮空氣預(yù)處理單元、膜分離制氮單元和氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐；所述壓縮空氣預(yù)處理單元包括自空氣進(jìn)口用管道依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機(jī)、多級(jí)過濾器和加熱器；所述膜分離制氮單元由膜組件構(gòu)成；其特征在于，所述氮?dú)饩彌_儲(chǔ)罐的出口連接有PSA提純單元，PSA提純單元包括有多個(gè)由管道連接的吸附塔、與吸附塔依次連接有氮?dú)夤に嚬藓头蹓m過濾器，粉塵過濾器的出口端連接到系統(tǒng)的氮?dú)獬隹?；在連接吸附塔的管道上設(shè)有多個(gè)氣控閥門，可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。本實(shí)用新型既可制取高純度的氮?dú)?，又能降低能耗，?jié)約資源。
文檔編號(hào)C01B21/04GK201842645SQ20102057678
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者趙之強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津市紐森科技有限公司