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
技術領域：
本實用新型涉及一種制氮機，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：
空氣分離制取高純度氮氣目前只有兩種方式，一是深冷空分制取99. 999%以上的 高純度氮氣，另一種方式為PSA(變壓吸附技術)制取99. 999%以上的高純度氮氣；其中， 深冷空分制取99. 999%以上的高純度氮氣，若規(guī)模在1000Nm3/h以上的，則較為經濟；采用 PSA制取99. 999%以上的高純度氮氣，其主要存在的不足是氮氣回收率較低，耗能較大，而 且設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 氮氣，因此，現有技術中在制取高純度氮氣過程中造成了巨大的資源浪費。在制氮工藝中還多采用膜分離技術，雖然，采用膜分離技術可以減輕人員的工作 量，降低能耗，延長設備的使用壽命。但所制取的氮氣的純度為95 98%，其指標還不能達 到高純度。目前，在制取高純度氮氣方面尚無將膜分離和PSA集成的系統(tǒng)。
實用新型內容針對上述現有技術，本實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氣資源，其技術可行、經濟合理，解決了既可制取 高純度的氮氣，又能降低能耗，節(jié)約資源的技術問題，具有很高的社會效益、環(huán)保效益和經 濟效益，值得推廣應用。為了解決上述技術問題，本實用新型集成有膜分離和變壓吸附裝置的高純制氮系 統(tǒng)予以實現的技術方案是包括可編程控制器PLC和與空壓機依次連接的壓縮空氣預處理 單元、膜分離制氮單元和氮氣緩沖儲罐；所述壓縮空氣預處理單元包括自空氣進口用管道 依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機、多級過濾器和加熱器；所述膜分離制氮單元由膜 組件構成；其特征在于，所述氮氣緩沖儲罐的出口連接有PSA提純單元，所述PSA提純單元 包括有多個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)的氮氣出口 ；在連接吸附塔的管道上設有多個氣控閥門，上 述可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是現有技術中，PSA工藝制氮其最佳純度在于95-99. 99%，氮氣純度在99. 995%以 上后，其投資和運行費用將大大提高，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%，氮氣純度在99% -99. 9%之間時，其投資和運行費用將大大提高，且制氮能耗 增大，但只要氮氣純度為95% (ν)時，膜分離的方式就具有較好的經濟性。由于本實用新型 高純制氮系統(tǒng)具有膜分離技術和PSA的雙重特點，首先，采用膜分離技術制氮，先行提取大 約95%左右純度的氮氣，再以PSA將95%左右純度的氮氣提純到99. 9995%，從而獲取高
3純氮氣，這種將膜分離技術和PSA聯(lián)合進行氮氧分離的高純制氮系統(tǒng)，充分利用了膜分離 與PSA兩種技術的優(yōu)勢，大大降低了制取99. 995% -99. 9995%高純度氮氣系統(tǒng)的造價，與 此同時，也節(jié)約了能源消耗。因此，采用本實用新型集成有膜分離和PSA裝置的高純制氮系 統(tǒng)，應用于制取純度為99. 995%至99. 9995%的高純度氮時，其投資和運行費用較為合適， 且制氮能耗較低。

附圖是本實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2——緩沖罐3——氣水分離器 4——冷干機5——多級過濾器 6——加熱器7——模組件8——氮氣緩 沖儲罐9——吸附塔10——氮氣工藝罐 11——粉塵過濾器具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。隨著中國經濟的發(fā)展，用高純度氮氣的企業(yè)越來越多，氮氣缺口較大。目前，國內 應用較多的主要有膜分離法和PSA(變壓吸附)分離法。膜分離法制氮技術是20世紀80年代最早實現工業(yè)化應用的氣體膜分離技術。 指在一定壓力驅動下，利用空氣中氧分子在膜內優(yōu)先滲透通過，而氮氣組分較慢通過膜的 差異從而實現分離的過程。目前，該技術已經成熟，采用該膜分離技術，其氮氣回收率一 般可達12 % 48 %，氮氣濃度達90 % 99. 9 %，膜的壽命一般可達10年以上，氮氣氣量 5-2000Nm3/h。特別是只要氮氣純度為95% (ν)時，膜分離的方式就具有較好的經濟性。變壓吸附技術(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA技術)是是一種先進的氣 體分離技術，以吸附劑(多孔固體物質)內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸 附劑在相同壓力下易吸收高沸點氣體、不易吸收低沸點氣體，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現氣體的分離。這種在壓力下吸附雜 質、減壓下解吸雜質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氣。通常，將空氣經脫水、除雜、除油等預處理后，進入吸附 床進行吸附分離。采用PSA分離技術，對雜質的脫除率高，可生產高純度氮氣，氮氣濃度可 達95-99. 9995%。PSA制氮，具有工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快(15 30分鐘)、能 耗低、產品純度高、操作維護方便、運行成本較低等特點。綜上，氮氣純度要求在99. 995%至99. 9995%時，采用膜法/PSA法集成工藝制取 氮氣較好，即先用膜法將空氣中氮氣組分濃度提高到95%后，再用PSA變壓吸附法進一步 提高氮氣的純度至99. 995 % -99. 9995 %。如附圖所示，本實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1依次連接的壓縮空氣預處理單元、膜分離制氮單元和氮氣緩 沖儲罐8 ；所述壓縮空氣預處理單元包括自空氣進口用管道依次連接的緩沖罐2、氣水分離 器3、冷干機4、多級過濾器5和加熱器6 ；所述膜分離制氮單元由膜組件7構成，所述氮氣緩沖儲罐8的出口連接有PSA提純單元，所述PSA提純單元包括有多個由管道連接的吸附塔 9，圖中示出了有兩個吸附塔A、B，但本實用新型不限于包括有兩個以上的吸附塔，每個所述 吸附塔的下部均設有進氣口，每個吸附塔的上部均設置有產氮氣口。與所述吸附塔9依次 連接的氮氣工藝罐10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)的氮氣出 口 ；在連接吸附塔的管道上設有多個氣控閥門，所述PLC可編程序控制器控制上述閥門實 現其開、閉功能。另外，為了降低系統(tǒng)所產生的噪聲，所述PSA提純單元還包括有一消音器。
盡管上面結合圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具 體實施方式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人 員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些 均屬于本實用新型的保護之內。
權利要求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 壓機依次連接的壓縮空氣預處理單元、膜分離制氮單元和氮氣緩沖儲罐；所述壓縮空氣預 處理單元包括自空氣進口用管道依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機、多級過濾器和加 熱器；所述膜分離制氮單元由膜組件構成；其特征在于，所述氮氣緩沖儲罐的出口連接有 PSA提純單元，所述PSA提純單元包括有多個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)的氮氣出口 ；在連接吸附塔 的管道上設有多個氣控閥門，上述可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。
2.根據權利要求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.根據權利要求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， 每個所述吸附塔的下部均設有進氣口，每個吸附塔的上部均設置有產氮氣口。
專利摘要本實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和與空壓機依次連接的壓縮空氣預處理單元、膜分離制氮單元和氮氣緩沖儲罐；所述壓縮空氣預處理單元包括自空氣進口用管道依次連接的緩沖罐、氣水分離器、冷干機、多級過濾器和加熱器；所述膜分離制氮單元由膜組件構成；其特征在于，所述氮氣緩沖儲罐的出口連接有PSA提純單元，PSA提純單元包括有多個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，粉塵過濾器的出口端連接到系統(tǒng)的氮氣出口；在連接吸附塔的管道上設有多個氣控閥門，可編程控制器PLC分別與上述氣控閥門連接。本實用新型既可制取高純度的氮氣，又能降低能耗，節(jié)約資源。
文檔編號C01B21/04GK201842645SQ20102057678
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者趙之強 申請人:天津市紐森科技有限公司