CN201842645U - 集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮*** - Google Patents
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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
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 (3)
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。
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