CN201842645U

CN201842645U - 集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***

Info

Publication number: CN201842645U
Application number: CN2010205767816U
Authority: CN
Inventors: 赵之强
Original assignee: Tianjin Newcen Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Newcen Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-10-26

Abstract

本实用新型公开了一种集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，包括可编程控制器PLC和与空压机依次连接的压缩空气预处理单元、膜分离制氮单元和氮气缓冲储罐；所述压缩空气预处理单元包括自空气进口用管道依次连接的缓冲罐、气水分离器、冷干机、多级过滤器和加热器；所述膜分离制氮单元由膜组件构成；其特征在于，所述氮气缓冲储罐的出口连接有PSA提纯单元，PSA提纯单元包括有多个由管道连接的吸附塔、与吸附塔依次连接有氮气工艺罐和粉尘过滤器，粉尘过滤器的出口端连接到***的氮气出口；在连接吸附塔的管道上设有多个气控阀门，可编程控制器PLC分别与上述气控阀门连接。本实用新型既可制取高纯度的氮气，又能降低能耗，节约资源。

Description

集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***

技术领域

本实用新型涉及一种制氮机，尤其涉及一种集成有膜分离和变压吸附装置的制氮***。

背景技术

空气分离制取高纯度氮气目前只有两种方式，一是深冷空分制取99.999％以上的高纯度氮气，另一种方式为PSA(变压吸附技术)制取99.999％以上的高纯度氮气；其中，深冷空分制取99.999％以上的高纯度氮气，若规模在1000Nm³/h以上的，则较为经济；采用PSA制取99.999％以上的高纯度氮气，其主要存在的不足是氮气回收率较低，耗能较大，而且设备的一次性投资较大。长期以来，因无适合的能耗较低的非低温分离方法制取高纯度氮气，因此，现有技术中在制取高纯度氮气过程中造成了巨大的资源浪费。

在制氮工艺中还多采用膜分离技术，虽然，采用膜分离技术可以减轻人员的工作量，降低能耗，延长设备的使用寿命。但所制取的氮气的纯度为95～98％，其指标还不能达到高纯度。

目前，在制取高纯度氮气方面尚无将膜分离和PSA集成的***。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，可获得回收率和纯度都较高的氮气资源，其技术可行、经济合理，解决了既可制取高纯度的氮气，又能降低能耗，节约资源的技术问题，具有很高的社会效益、环保效益和经济效益，值得推广应用。

为了解决上述技术问题，本实用新型集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***予以实现的技术方案是：包括可编程控制器PLC和与空压机依次连接的压缩空气预处理单元、膜分离制氮单元和氮气缓冲储罐；所述压缩空气预处理单元包括自空气进口用管道依次连接的缓冲罐、气水分离器、冷干机、多级过滤器和加热器；所述膜分离制氮单元由膜组件构成；其特征在于，所述氮气缓冲储罐的出口连接有PSA提纯单元，所述PSA提纯单元包括有多个由管道连接的吸附塔、与吸附塔依次连接有氮气工艺罐和粉尘过滤器，所述粉尘过滤器的出口端连接到***的氮气出口；在连接吸附塔的管道上设有多个气控阀门，上述可编程控制器PLC分别与上述气控阀门连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

现有技术中，PSA工艺制氮其最佳纯度在于95-99.99％，氮气纯度在99.995％以上后，其投资和运行费用将大大提高，且制氮能耗增大。膜分离制氮工艺制氮其最佳纯度在于95-98％，氮气纯度在99％-99.9％之间时，其投资和运行费用将大大提高，且制氮能耗增大，但只要氮气纯度为95％(v)时，膜分离的方式就具有较好的经济性。由于本实用新型高纯制氮***具有膜分离技术和PSA的双重特点，首先，采用膜分离技术制氮，先行提取大约95％左右纯度的氮气，再以PSA将95％左右纯度的氮气提纯到99.9995％，从而获取高纯氮气，这种将膜分离技术和PSA联合进行氮氧分离的高纯制氮***，充分利用了膜分离与PSA两种技术的优势，大大降低了制取99.995％-99.9995％高纯度氮气***的造价，与此同时，也节约了能源消耗。因此，采用本实用新型集成有膜分离和PSA装置的高纯制氮***，应用于制取纯度为99.995％至99.9995％的高纯度氮时，其投资和运行费用较为合适，且制氮能耗较低。

附图说明

附图是本实用新型集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***示意图。

图中：

1——空压机 2——缓冲罐 3——气水分离器 4——冷干机

5——多级过滤器 6——加热器 7——模组件 8——氮气缓冲储罐

9——吸附塔 10——氮气工艺罐 11——粉尘过滤器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

随着中国经济的发展，用高纯度氮气的企业越来越多，氮气缺口较大。目前，国内应用较多的主要有膜分离法和PSA(变压吸附)分离法。

膜分离法制氮技术是20世纪80年代最早实现工业化应用的气体膜分离技术。指在一定压力驱动下，利用空气中氧分子在膜内优先渗透通过，而氮气组分较慢通过膜的差异从而实现分离的过程。目前，该技术已经成熟，采用该膜分离技术，其氮气回收率一般可达12％～48％，氮气浓度达90％～99.9％，膜的寿命一般可达10年以上，氮气气量5-2000Nm³/h。特别是只要氮气纯度为95％(v)时，膜分离的方式就具有较好的经济性。

变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption，简称PSA技术)是是一种先进的气体分离技术，以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸收高沸点气体、不易吸收低沸点气体，和高压下被吸收气体的吸附量增加、低压下被吸收气体的吸附量减少的特性来实现气体的分离。这种在压力下吸附杂质、减压下解吸杂质使吸附剂再生的过程，就是变压吸附循环。采用常温下变压吸附原理(PSA)分离空气制取高纯度的氮气。通常，将空气经脱水、除杂、除油等预处理后，进入吸附床进行吸附分离。采用PSA分离技术，对杂质的脱除率高，可生产高纯度氮气，氮气浓度可达95-99.9995％。PSA制氮，具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低、产品纯度高、操作维护方便、运行成本较低等特点。

综上，氮气纯度要求在99.995％至99.9995％时，采用膜法/PSA法集成工艺制取氮气较好，即先用膜法将空气中氮气组分浓度提高到95％后，再用PSA变压吸附法进一步提高氮气的纯度至99.995％-99.9995％。

如附图所示，本实用新型集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，包括可编程控制器PLC和与空压机1依次连接的压缩空气预处理单元、膜分离制氮单元和氮气缓冲储罐8；所述压缩空气预处理单元包括自空气进口用管道依次连接的缓冲罐2、气水分离器3、冷干机4、多级过滤器5和加热器6；所述膜分离制氮单元由膜组件7构成，所述氮气缓冲储罐8的出口连接有PSA提纯单元，所述PSA提纯单元包括有多个由管道连接的吸附塔9，图中示出了有两个吸附塔A、B，但本实用新型不限于包括有两个以上的吸附塔，每个所述吸附塔的下部均设有进气口，每个吸附塔的上部均设置有产氮气口。与所述吸附塔9依次连接的氮气工艺罐10和粉尘过滤器11，所述粉尘过滤器11的出口端连接到***的氮气出口；在连接吸附塔的管道上设有多个气控阀门，所述PLC可编程序控制器控制上述阀门实现其开、闭功能。另外，为了降低***所产生的噪声，所述PSA提纯单元还包括有一消音器。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims

1.一种集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，包括可编程控制器PLC和与空压机依次连接的压缩空气预处理单元、膜分离制氮单元和氮气缓冲储罐；所述压缩空气预处理单元包括自空气进口用管道依次连接的缓冲罐、气水分离器、冷干机、多级过滤器和加热器；所述膜分离制氮单元由膜组件构成；其特征在于，所述氮气缓冲储罐的出口连接有PSA提纯单元，所述PSA提纯单元包括有多个由管道连接的吸附塔、与吸附塔依次连接有氮气工艺罐和粉尘过滤器，所述粉尘过滤器的出口端连接到***的氮气出口；在连接吸附塔的管道上设有多个气控阀门，上述可编程控制器PLC分别与上述气控阀门连接。

2.根据权利要求1所述集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，其特征在于，所述PSA提纯单元还包括有消音器。

3.根据权利要求1所述集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮***，其特征在于，每个所述吸附塔的下部均设有进气口，每个吸附塔的上部均设置有产氮气口。