本實用新型屬于氮氣制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)制備高純度氮氣的裝置。

背景技術(shù)：

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC/MS)是實驗室儀器分析常用的方法之一，廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)研究與應(yīng)用、環(huán)境分析、食品分析以及臨床應(yīng)用等領(lǐng)域。傳統(tǒng)實驗室對LC/MS的供氣方式通常是采用低成本的鋼瓶或高壓儲氣罐來實現(xiàn)，但鋼瓶及高壓儲氣罐的容量有限，無法實現(xiàn)24小時不間斷提供實驗所需氮氣，為此，實驗人員必須頻繁地訂購、搬運、安裝氣罐。在安裝氣罐時，難免會造成部分氣體泄露，不僅浪費了氣體，而且還存在一定的安全隱患。

現(xiàn)有的空氣分離制備氮氣的方法主要有低溫法、吸附法及膜分離法。其中，低溫法存在能耗高、流程長、啟動過程長、設(shè)備維護(hù)要求高等弊端；吸附法耗能較大，且吸附劑的吸附容量有限，當(dāng)吸附某種分子達(dá)到飽和時，需停工使吸附劑再生；膜分離法得到的氮氣純度為95％左右，氧氣純度為30-40％，均難以滿足需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠聯(lián)產(chǎn)氧氣且能耗低的連續(xù)制備高純度氮氣的裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種連續(xù)制備高純度氮氣的裝置，該裝置包括空氣預(yù)處理系統(tǒng)、與空氣預(yù)處理系統(tǒng)相連的氮氧分離膜、分別與氮氧分離膜的第一出口、第二出口相連的制氮系統(tǒng)及制氧系統(tǒng)、分別與空氣預(yù)處理系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)及制氧系統(tǒng)電連接的電氣控制器，在電氣控制器的調(diào)控下，空氣依次經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)及氮氧分離膜后被分離為富氮氣體及富氧氣體，富氮氣體經(jīng)制氮系統(tǒng)處理后制得高純度氮氣，富氧氣體經(jīng)制氧系統(tǒng)處理后制得氧氣，實現(xiàn)連續(xù)制備高純度氮氣并聯(lián)產(chǎn)氧氣的目的。

所述的空氣預(yù)處理系統(tǒng)包括依次相連的空壓機(jī)、冷凝器、緩沖罐、壓力表前電磁閥以及除水過濾器，該除水過濾器與氮氧分離膜的進(jìn)口相連，所述的壓力表前電磁閥與電氣控制器電連接。

所述的冷凝器與緩沖罐之間設(shè)有防止緩沖罐內(nèi)空氣倒流的單向閥。

所述的壓力表前電磁閥與除水過濾器之間設(shè)有與電氣控制器電連接的壓力表。

所述的制氮系統(tǒng)包括一對并聯(lián)連接且與氮氧分離膜的第一出口相連的氧氣吸附單元以及依次與氧氣吸附單元相連的氮氣純度分析儀及氮氣除塵過濾器，所述的氧氣吸附單元及氮氣純度分析儀分別與電氣控制器電連接。

所述的氧氣吸附單元包括氧氣吸附塔以及設(shè)置在氧氣吸附塔與氮氧分離膜的第一出口之間的氧氣吸附塔電磁閥，該氧氣吸附塔電磁閥與電氣控制器電連接。

所述的氧氣吸附塔內(nèi)裝填有吸氧分子篩，該吸氧分子篩為碳分子篩。

所述的碳分子篩對氧氣有較強(qiáng)的吸附能力，能夠讓氮氣分子通過，可用于提純氮氣。

所述的制氧系統(tǒng)包括一對并聯(lián)連接且與氮氧分離膜的第二出口相連的氮氣吸附單元以及依次與氮氣吸附單元相連的氧氣純度分析儀及氧氣除塵過濾器，所述的氮氣吸附單元及氧氣純度分析儀分別與電氣控制器電連接。

所述的氮氣吸附單元包括氮氣吸附塔以及設(shè)置在氮氣吸附塔與氮氧分離膜的第二出口之間的氮氣吸附塔電磁閥，該氮氣吸附塔電磁閥與電氣控制器電連接。

所述的氮氣吸附塔內(nèi)裝填有吸氮分子篩，該吸氮分子篩包括5A分子篩或13X分子篩中的一種。

所述的5A分子篩或13X分子篩對氮氣有較強(qiáng)的吸附能力，能夠讓氧氣分子通過，可用于提純氧氣。

在實際應(yīng)用時，空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮并由冷凝器冷卻降溫后，通過單向閥流入緩沖罐，緩沖罐內(nèi)的空氣經(jīng)壓力表前電磁閥調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力后，流入除水過濾器中除去水分，之后在氮氧分離膜中被分離為氮氣純度為95％左右的富氮氣體及氧氣純度為30-40％的富氧氣體。其中，富氮氣體中的微量氧氣在氧氣吸附塔中被碳分子篩吸附而除去，富氮氣體中的灰塵或顆粒物在氮氣除塵過濾器中被除去，即可制得高純度氮氣；富氧氣體中的氮氣在氮氣吸附塔中被5A分子篩或13X分子篩吸附而除去，富氧氣體中的灰塵或顆粒物在氧氣除塵過濾器中被除去，即可制得氧氣。

在實際工作過程中，壓力表實時監(jiān)測壓力表前電磁閥與除水過濾器之間管路中 空氣的壓力，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)空氣的壓力出現(xiàn)異常時，電氣控制器通過調(diào)節(jié)壓力表前電磁閥的開合度以維持空氣壓力的穩(wěn)定；兩個氧氣吸附單元交替工作，氮氣純度分析儀實時監(jiān)測氮氣的純度，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)?shù)獨饧兌确治鰞x測得的氮氣純度逐漸降低時，表明正在工作的氧氣吸附單元中的碳分子篩逐漸接近飽和，電氣控制器便通過電路關(guān)閉正在工作的氧氣吸附塔電磁閥，并同時打開另一個氧氣吸附塔電磁閥，使該支路上的氧氣吸附塔開始工作，保證制氮過程連續(xù)進(jìn)行，之后便可將已飽和的碳分子篩再生后備用；兩個氮氣吸附單元交替工作，氧氣純度分析儀實時監(jiān)測氧氣的純度，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)氧氣純度分析儀測得的氧氣純度逐漸降低時，表明正在工作的氮氣吸附單元中的5A分子篩或13X分子篩逐漸接近飽和，電氣控制器便通過電路關(guān)閉正在工作的氮氣吸附塔電磁閥，并同時打開另一個氮氣吸附塔電磁閥，使該支路上的氮氣吸附塔開始工作，保證制氧過程連續(xù)進(jìn)行，之后便可將已飽和的5A分子篩或13X分子篩再生后備用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下特點：

1)以廉價的空氣為原料，連續(xù)制備出純度為99.999％的高純度氮氣，并聯(lián)產(chǎn)純度為96％的氧氣，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時不間斷提供氮氣及氧氣，滿足工業(yè)及實驗室需要；

2)采用氮氧分離膜在前、制氮系統(tǒng)及制氧系統(tǒng)在后的工藝，不僅提高了氮氧分離膜出口富氮氣體及富氧氣體的純度，同時，空氣經(jīng)氮氧分離膜初步提純后得到的富氮氣體及富氧氣體還能夠減少氧氣吸附塔中的吸氧分子篩及氮氣吸附塔中的吸氮分子篩對待吸附氣體的吸附量，延長了吸氧分子篩及吸氮分子篩的使用壽命，降低了能耗；

3)電氣控制器實時監(jiān)測裝置工作狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)空氣壓力并能及時自動切換氧氣吸附單元及氮氣吸附單元的工作狀態(tài)，保證了裝置的長時間穩(wěn)定工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記說明：

1—空壓機(jī)、2—冷凝器、3—單向閥、4—緩沖罐、5—壓力表前電磁閥、6—壓力表、7—除水過濾器、8—氮氧分離膜、9—氧氣吸附塔電磁閥、10—氧氣吸附塔、11—氮氣純度分析儀、12—氮氣除塵過濾器、13—氮氣吸附塔電磁閥、14—氮氣吸 附塔、15—氧氣純度分析儀、16—氧氣除塵過濾器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

實施例1：

如圖1所示，一種連續(xù)制備高純度氮氣的裝置，該裝置包括空氣預(yù)處理系統(tǒng)、與空氣預(yù)處理系統(tǒng)相連的氮氧分離膜8、分別與氮氧分離膜8的第一出口、第二出口相連的制氮系統(tǒng)及制氧系統(tǒng)、分別與空氣預(yù)處理系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)及制氧系統(tǒng)電連接的電氣控制器，在電氣控制器的調(diào)控下，空氣依次經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)及氮氧分離膜8后被分離為富氮氣體及富氧氣體，富氮氣體經(jīng)制氮系統(tǒng)處理后制得高純度氮氣，富氧氣體經(jīng)制氧系統(tǒng)處理后制得氧氣，實現(xiàn)連續(xù)制備高純度氮氣并聯(lián)產(chǎn)氧氣的目的。

其中，空氣預(yù)處理系統(tǒng)包括依次相連的空壓機(jī)1、冷凝器2、緩沖罐4、壓力表前電磁閥5以及除水過濾器7，該除水過濾器7與氮氧分離膜8的進(jìn)口相連，壓力表前電磁閥5與電氣控制器電連接。冷凝器2與緩沖罐4之間設(shè)有防止緩沖罐4內(nèi)空氣倒流的單向閥3。壓力表前電磁閥5與除水過濾器7之間設(shè)有與電氣控制器電連接的壓力表6。

制氮系統(tǒng)包括一對并聯(lián)連接且與氮氧分離膜8的第一出口相連的氧氣吸附單元以及依次與氧氣吸附單元相連的氮氣純度分析儀11及氮氣除塵過濾器12，氧氣吸附單元及氮氣純度分析儀11分別與電氣控制器電連接。其中，氧氣吸附單元包括氧氣吸附塔10以及設(shè)置在氧氣吸附塔10與氮氧分離膜8的第一出口之間的氧氣吸附塔電磁閥9，該氧氣吸附塔電磁閥9與電氣控制器電連接。氧氣吸附塔10內(nèi)裝填有吸氧分子篩，該吸氧分子篩為碳分子篩。

制氧系統(tǒng)包括一對并聯(lián)連接且與氮氧分離膜8的第二出口相連的氮氣吸附單元以及依次與氮氣吸附單元相連的氧氣純度分析儀15及氧氣除塵過濾器16，氮氣吸附單元及氧氣純度分析儀15分別與電氣控制器電連接。其中，氮氣吸附單元包括氮氣吸附塔14以及設(shè)置在氮氣吸附塔14與氮氧分離膜8的第二出口之間的氮氣吸附塔電磁閥13，該氮氣吸附塔電磁閥13與電氣控制器電連接。氮氣吸附塔14 內(nèi)裝填有吸氮分子篩，該吸氮分子篩為5A分子篩。

在實際應(yīng)用時，空氣經(jīng)空壓機(jī)1壓縮并由冷凝器2冷卻降溫后，通過單向閥3流入緩沖罐4，緩沖罐4內(nèi)的空氣經(jīng)壓力表前電磁閥5調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力后，流入除水過濾器7中除去水分，之后在氮氧分離膜8中被分離為氮氣純度為95％左右的富氮氣體及氧氣純度為30-40％的富氧氣體。其中，富氮氣體中的微量氧氣在氧氣吸附塔10中被碳分子篩吸附而除去，富氮氣體中的灰塵或顆粒物在氮氣除塵過濾器12中被除去，即可制得高純度氮氣；富氧氣體中的氮氣在氮氣吸附塔14中被5A分子篩吸附而除去，富氧氣體中的灰塵或顆粒物在氧氣除塵過濾器16中被除去，即可制得氧氣。

在實際工作過程中，壓力表6實時監(jiān)測壓力表前電磁閥5與除水過濾器7之間管路中空氣的壓力，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)空氣的壓力出現(xiàn)異常時，電氣控制器通過調(diào)節(jié)壓力表前電磁閥5的開合度以維持空氣壓力的穩(wěn)定；兩個氧氣吸附單元交替工作，氮氣純度分析儀11實時監(jiān)測氮氣的純度，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)?shù)獨饧兌确治鰞x11測得的氮氣純度逐漸降低時，表明正在工作的氧氣吸附單元中的碳分子篩逐漸接近飽和，電氣控制器便通過電路關(guān)閉正在工作的氧氣吸附塔電磁閥9，并同時打開另一個氧氣吸附塔電磁閥9，使該并聯(lián)支路上的氧氣吸附塔10開始工作，保證制氮過程連續(xù)進(jìn)行，之后便可將已飽和的碳分子篩再生后備用；兩個氮氣吸附單元交替工作，氧氣純度分析儀15實時監(jiān)測氧氣的純度，并及時反饋至電氣控制器，當(dāng)氧氣純度分析儀15測得的氧氣純度逐漸降低時，表明正在工作的氮氣吸附單元中的5A分子篩逐漸接近飽和，電氣控制器便通過電路關(guān)閉正在工作的氮氣吸附塔電磁閥13，并同時打開另一個氮氣吸附塔電磁閥13，使該并聯(lián)支路上的氮氣吸附塔14開始工作，保證制氧過程連續(xù)進(jìn)行，之后便可將已飽和的5A分子篩再生后備用。

實施例2：

本實施例中，氮氣吸附塔14內(nèi)裝填有吸氮分子篩，該吸氮分子篩為13A分子篩。其余同實施例1。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用實用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本實用新型不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的揭示，不脫離本實用新 型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。