CN220214437U - 一种低能耗的psa空分制氮装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低能耗的PSA空分制氮装置，涉及空气分离技术领域，包括依次连通的进气装置、吸附装置和增压装置，其特征在于，所述进气装置包括串联设置的第一增压机、干燥器，所述吸附装置包括并联设置的第一吸附塔、第二吸附塔，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔底连通放空装置，所述增压装置包括氮气缓冲罐、第二增压机、高压氮气罐，所述第一增压机用于将空气压缩至第一压力，所述第二增压机用于将来自氮气缓冲罐的氮气压缩至第二压力。该装置能够在不降低最终获得的产品氮气压力的条件下，实现节能降耗，相对于现有的PSA空分制氮装置可减少能耗10％～11％左右，节能效果明显。
Description
技术领域
本实用新型涉及空气分离技术领域，具体涉及一种低能耗的PSA空分制氮装置。
背景技术
目前，空分制氮的工艺主要有两种，一种是低温法，叫深冷空分，一种是变压吸附工艺，也叫PSA法。工业生产中常用到的中小流量氮气，一般都是利用空气为原料气，通过PSA变压吸附技术来实现的。
变压吸附空分制氮工艺一般都是将空气进行压缩到0.7～1.0MPa，经干燥净化后，通入PSA设备，进行氮氧分离。吸附剂的吸附量随着气体压力的升高而增大，因此变压吸附空分制氮，一般使用的压力都在0.8～1.0MPa，一些压力要求高的场合，甚至会选用1.5～2.5MPa的吸附压力。变压吸附空分制氮的吸附剂为碳分子筛，碳分子筛对氧气的吸附为速度型吸附，氧气分子较小，相对于氮气能更快地进入碳分子筛微孔中，随着吸附时间的延长，氮气吸附量也会增加，因此，一般将吸附时间控制在40～60s。行业内通常采用空气/氮气(Air/N2)的比值来衡量设备的节能效果，同等情况下，Air/N2越低，越节能。以99.5％纯度的氮气为例，在0.7MPa下，Air/N2一般为2.6，即每2.6个空气，能产出1个99.5％纯度的氮气，随着氮气浓度的提高，Air/N2也随之增大。
现有技术中，如CN211141530U、CN110237651A公开的变压吸附空分制氮装置，均是通过将空气直接加压到成品氮气的压力进行吸附，假定气耗比为2.6、产品氮气压力≥0.6MPa，则每生产1Nm3氮气，需要将2.6Nm3空气提压到约0.7MPa(原料空气经过吸附剂后会产生压降，故需要原料空气压力大于产品氮气压力)，最终只有1Nm3氮气产出，其余的1.6Nm3空气全部自然排放(简称“放空气”)。这部分放空气从常压压缩到0.7MPa，而后又直接对空排放，造成大量的能量浪费。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种低能耗的PSA空分制氮装置，以减少空分制氮装置放空气的能耗，解决现有的空分制氮装置能效不高的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种低能耗的PSA空分制氮装置，包括依次连通的进气装置、吸附装置和增压装置，所述进气装置包括串联设置的第一增压机、干燥器，所述吸附装置包括并联设置的第一吸附塔、第二吸附塔，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔底连通放空装置，所述增压装置包括氮气缓冲罐、第二增压机、高压氮气罐，所述第一增压机用于将空气压缩至第一压力，所述第二增压机用于将来自氮气缓冲罐的氮气压缩至第二压力。
优选的，所述干燥器为气液分离罐。
优选的，所述放空装置包括并联设置的放空管路和抽真空管路，所述抽真空管路上设有真空泵。
优选的，所述气液分离罐的出口分别与第一吸附塔、第二吸附塔的塔底连通，连通所述气液分离罐、第一吸附塔的管线上设有第一塔底阀，连通所述气液分离罐、第二吸附塔的管线上设有第二塔底阀，所述第一吸附塔的塔顶出口管线上设有第一塔顶阀，所述第二吸附塔的塔顶出口管线上设有第二塔顶阀。
优选的，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔顶出口通过上均压管线连通，所述上均压管线上设有第一均压阀。
优选的，所述第一吸附塔的放空管线上设有第一放空阀，所述第二吸附塔的放空管线上设有第二放空阀，所述第一吸附塔、第二吸附塔的放空管线汇合后连通放空装置。
优选的，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔底出口通过下均压管线连通，所述下均压管线上设有第二均压阀。
优选的，所述放空管路上设有第三放空阀，所述真空泵的入口处设有截止阀。
有益效果：
本实用新型提供一种低能耗的PSA空分制氮装置，采用“低压吸附+氮气加压”的方式，通过第一增压机将原料空气加压到较低的第一压力进行吸附，随后将制得的氮气通过第二增压机加压到较高的第二压力，从而在不降低最终获得的产品氮气压力的条件下，实现节能降耗，相对于现有的PSA空分制氮装置可减少能耗9.9％及以上，具备明显的经济效益和环境效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
图1为实施例1～2的工艺流程图。
图2为对比例1～2的工艺流程图。
附图标记：100、第一增压机；200、干燥器；301、第一吸附塔；302、第二吸附塔；303、氮气缓冲罐；401、第二增压机；402、高压氮气罐；301a、第一塔底阀；301b、第一塔顶阀；302a、第二塔底阀；302b、第二塔顶阀；304a、第一均压阀；304b、第二均压阀；305a、第一放空阀；305b、第二放空阀；305c、第三放空阀；306a、截止阀；306b、真空泵。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
此外，术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。
下面通过具体实施例对本实用新型一种低能耗的PSA空分制氮装置进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种低能耗的PSA空分制氮装置，包括依次连通的进气装置、吸附装置和增压装置，其中进气装置包括串联设置的第一增压机100、干燥器200，用于将原料空气加压至吸附压力并进行干燥；吸附装置包括并联设置的第一吸附塔301、第二吸附塔302，用于使压缩空气中的氮气与氧气分离，第一吸附塔301、第二吸附塔302轮流工作，第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔底连通放空装置，用于排出塔内的残余气体；增压装置包括氮气缓冲罐303、第二增压机401、高压氮气罐402，第一吸附塔301、第二吸附塔302排出的氮气进入氮气缓冲罐303暂存。
具体地，第一增压机100为低压风机，用于将空气压缩至第一压力，第二增压机401为增压机，用于将来自氮气缓冲罐303的氮气压缩至第二压力，其中第一压力为0.2～0.5MPa，第二压力为≥0.6MPa，在该条件下，第一吸附塔301、第二吸附塔302的放空压力不会超过第一压力，即0.2～0.5MPa，低于产品氮气的第二压力，从而实现节约能耗。
具体地，气液分离罐的出口分别与第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔底连通，连通干燥器200、第一吸附塔301的管线上设有第一塔底阀301a，连通气液分离罐、第二吸附塔302的管线上设有第二塔底阀302a，第一吸附塔301的塔顶出口管线上设有第一塔顶阀301b，第二吸附塔302的塔顶出口管线上设有第二塔顶阀302b，通过第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔底送入压缩空气，分离出来的氮气则通过第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔顶排出。
第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔顶出口通过上均压管线连通，上均压管线上设有第一均压阀304a；第一吸附塔301、第二吸附塔302的塔底出口通过下均压管线连通，下均压管线上设有第二均压阀304b。
第一吸附塔301的放空管线上设有第一放空阀305a，第二吸附塔302的放空管线上设有第二放空阀305b，第一吸附塔301、第二吸附塔302的放空管线汇合后连通放空装置；放空装置包括并联设置的放空管路和抽真空管路，抽真空管路上设有真空泵306b，放空管路上设有第三放空阀305c，真空泵306b的入口处设有截止阀306a。
本实用新型优选实施例中，干燥器200为气液分离罐，代替现有PSA空分制氮装置中的冷干机干燥，相当于省去了冷干机的能耗。
本实施例提供的低能耗的PSA空分制氮装置，工作流程如下：
步骤一、原料空气处理：通过第一增压机100将空气压缩到第一压力，然后将压缩空气送入干燥器200进行气液分离，除去液态水；
步骤二、一塔吸附：打开第一塔底阀301a、第一塔顶阀301b，将经过气液分离的压缩空气送入第一吸附塔301吸附，得到产品氮气，产品氮气从第一吸附塔301塔顶排出，进入氮气缓冲罐303；
步骤三、一塔均压：第一吸附塔301停止吸附后，关闭第一塔底阀301a、第一塔顶阀301b，打开第一均压阀304a，将第一吸附塔301的塔顶与第二吸附塔302的塔顶通过上均压管线连通，进行上均压，上均压完成后，打开第二均压阀304b，将第一吸附塔301的塔底与第二吸附塔302的塔底通过下均压管线连通，进行上下同时均压；
步骤四、二塔吸附：上下同时均压结束后，关闭第一均压阀304a、第二均压阀304b，打开第二塔底阀302a、第二塔顶阀302b，将经过气液分离的压缩空气送入第二吸附塔302，吸附一定时间，得到产品氮气，产品氮气从第二吸附塔302塔顶排出，进入氮气缓冲罐303，同时打开第一放空阀305a、第三放空阀305c，对第一吸附塔301放空，放空后关闭第三放空阀305c，打开截止阀306a、真空泵306b，对第一吸附塔301抽真空，使第一吸附塔301内的吸附剂再生，抽真空结束后关闭截止阀306a、真空泵306b，第一吸附塔301备用；
步骤五、二塔均压：第二吸附塔302停止吸附后，关闭第二塔底阀302a、第二塔顶阀302b，打开第一均压阀304a，将第二吸附塔302的塔顶与第一吸附塔301的塔顶连通，进行上均压，上均压完成后，打开第二均压阀304b，将第二吸附塔302的塔底与第一吸附塔301的塔底连通，进行上下同时均压，上下同时均压结束后执行步骤二，同时打开第二放空阀305b、第三放空阀305c，对第二吸附塔302放空，放空后关闭第三放空阀305c，打开截止阀306a、真空泵306b，对第二吸附塔302抽真空。
步骤二、四中，进入氮气缓冲罐303的氮气经过第二增压机401增压至第二压力，并送入高压氮气罐402储存。
该低能耗的PSA空分制氮装置，设计生产能力1000Nm3/h，用于制取纯度为99.5％的氮气，实际生产氮气994Nm3/h，氮气纯度99.5％，在该工况下，第一增压机100、真空泵306b、第二增压机401的总功耗为245kW，平均能耗0.246kW·h/Nm3。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上调整设计生产能力为1500Nm3/h，用于制取纯度为99.5％的氮气，实际生产氮气1486Nm3/h，氮气纯度99.5％，在该工况下，第一增压机100、真空泵306b、第二增压机401的总功耗为362kW，平均能耗0.244kW·h/Nm3。
对比例1
本对比例提供一种PSA空分制氮装置，如图2所示，该装置与实施例1的区别在于，进气装置采用空气压缩机501直接将原料空气加压到≥0.7MPa，使用冷干机502干燥，放空装置仅有放空管路，未设置真空泵306b，未设置第二增压机401，未设置氮气缓冲罐303，仅有高压氮气罐402。
该PSA空分制氮装置，设计生产能力1000Nm3/h，用于制取纯度为99.5％的氮气，实际生产氮气1017Nm3/h，氮气纯度99.5％，在该工况下，空气压缩机501、冷干机502总功耗278kW，平均能耗0.273kW·h/Nm3。
对比例2
本对比例在对比例1的基础上调整设计生产能力为1500Nm3/h，用于制取纯度为99.5％的氮气，实际生产氮气1502Nm3/h，氮气纯度99.5％，在该工况下，空气压缩机501、冷干机502总功耗413.4kW，平均能耗0.275kW·h/Nm3。
从对比实施例1～2、对比例1～2可以看到，在同样的生产能力、氮气纯度下，实施例1的装置总功耗相对于对比例1降低33kW，平均能耗降低9.9％；实施例2的装置总功耗相对于对比例2降低51.4kW，平均能耗降低11.27％，节能效果十分明显。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低能耗的PSA空分制氮装置，包括依次连通的进气装置、吸附装置和增压装置，其特征在于，所述进气装置包括串联设置的第一增压机、干燥器，所述吸附装置包括并联设置的第一吸附塔、第二吸附塔，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔底连通放空装置，所述增压装置包括氮气缓冲罐、第二增压机、高压氮气罐，所述第一增压机用于将空气压缩至第一压力，所述第二增压机用于将来自氮气缓冲罐的氮气压缩至第二压力。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述干燥器为气液分离罐。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述放空装置包括并联设置的放空管路和抽真空管路，所述抽真空管路上设有真空泵。
4.根据权利要求2所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述气液分离罐的出口分别与第一吸附塔、第二吸附塔的塔底连通，连通所述气液分离罐、第一吸附塔的管线上设有第一塔底阀，连通所述气液分离罐、第二吸附塔的管线上设有第二塔底阀，所述第一吸附塔的塔顶出口管线上设有第一塔顶阀，所述第二吸附塔的塔顶出口管线上设有第二塔顶阀。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔顶出口通过上均压管线连通，所述上均压管线上设有第一均压阀。
6.根据权利要求4所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述第一吸附塔的放空管线上设有第一放空阀，所述第二吸附塔的放空管线上设有第二放空阀，所述第一吸附塔、第二吸附塔的放空管线汇合后连通放空装置。
7.根据权利要求5所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述第一吸附塔、第二吸附塔的塔底出口通过下均压管线连通，所述下均压管线上设有第二均压阀。
8.根据权利要求3所述的一种低能耗的PSA空分制氮装置，其特征在于，所述放空管路上设有第三放空阀，所述真空泵的入口处设有截止阀。
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Yuxue Inventor after: Wang Dezhan Inventor after: Gao Yunfeng Inventor after: Qi Li Inventor before: Li Yuxue Inventor before: Wang Dezhan Inventor before: Gao Yunfeng Inventor before: Qi Li |