專利名稱：一種變壓吸附制氮法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體分離技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明之前，已有幾種變壓吸附制氮法及其設(shè)備，如瑞安儀表三廠生產(chǎn)的焦碳分子篩富氮裝置，該裝置采用加壓吸附、真空解吸的制氮流程，用真空泵抽吸的方法消除焦碳分子篩層中的殘留廢氣，再生吸附劑。其控制系統(tǒng)由較多數(shù)量的控制閥組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置可靠性較低。再如美國(guó)專利US4439213制氮系統(tǒng)，該裝置采用加壓吸附、常壓解吸的制氮流程，流程中使用部分產(chǎn)品氮?dú)鈦頉_洗碳分子篩層中的殘留廢氣，再生吸附劑。其控制系統(tǒng)由若干個(gè)流量控制閥組成，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但是要消耗部分產(chǎn)品氮?dú)狻Ｉ鲜鲅b置中或采用兩個(gè)吸附塔、或采用三個(gè)吸附塔。為克服上述工藝方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)的不足而發(fā)明了一種新的變壓吸附制氮法及其工藝設(shè)備。
本發(fā)明的目的是在變壓吸附制氮工藝中提供一種新的沖洗碳分子篩層中殘留廢氣的方法，同時(shí)提供一種新的閥控系統(tǒng)，用一個(gè)閥代替眾多閥，解決將空氣、氮?dú)夂脱鯕馊N介質(zhì)分導(dǎo)并控制流量大小。為國(guó)內(nèi)金屬氮基氣氛熱處理、食品充氮包裝及保鮮儲(chǔ)藏等提供一種廉價(jià)而實(shí)用的變壓吸附制氮法及設(shè)備。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于研究試驗(yàn)四塔加壓吸附、常壓解吸制氮流程，解決了回收低于99%濃度的氮?dú)鈦頉_洗碳分子篩層中的殘留廢氣，設(shè)計(jì)了多通旋轉(zhuǎn)分配閥和時(shí)序控制系統(tǒng)，將空氣、氮?dú)夂脱鯕馊N介質(zhì)分導(dǎo)并控制流量大小。既可節(jié)省用于沖洗的產(chǎn)品氮?dú)?，設(shè)備結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單，使用可靠。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明

圖1是工藝流程簡(jiǎn)圖。
圖2是設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是四塔變壓吸附工作順序及時(shí)間分配圖解。
圖4是多通旋轉(zhuǎn)分配閥局部剖視圖。
圖5是定盤剖視圖。
圖6是時(shí)序控制系統(tǒng)線路圖。
原料空氣由無(wú)油空壓機(jī)〔1〕壓縮到0.4MPa，經(jīng)過冷卻器〔2〕冷到常溫，脫去冷凝水，輸入空氣罐〔3〕穩(wěn)定壓力，再經(jīng)分水濾氣器〔4〕靠離心力進(jìn)一步分離除水。經(jīng)多通旋轉(zhuǎn)分配閥〔11〕，由管道〔5〕按順序分別導(dǎo)入四只裝填碳分子篩的吸附塔〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕?；谔挤肿雍Y對(duì)氧、氮?dú)怏w分子的擴(kuò)散速率和吸附量?jī)煞矫娴牟顒e，氧被吸收富集，氮在氣相中逐漸濃縮，由塔頂流出產(chǎn)品氮?dú)膺M(jìn)入氮貯罐〔6〕，被吸附富集的氧氣及雜質(zhì)，在逆放時(shí)從塔底放空。
四塔變壓吸附制氮操作步驟，一個(gè)周期分12步程序，每步程序多通旋轉(zhuǎn)分配閥孔與四塔接管連通情況如表1所示。下面以塔〔7〕為例，參照?qǐng)D1及表1，對(duì)12步程序順次說明。
第一步吸附閥孔A1開啟，壓縮空氣由塔〔7〕底端輸入，空氣中的氧被碳分子篩層吸附，氮在氣相中逐漸濃縮。此時(shí)，閥孔B2、B4和C4開啟，塔〔9〕順放減壓，富氮流向塔〔8〕沖洗碳分子篩層中的殘留廢氣。
第二步吸附閥孔A1和A3開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔7〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮流向氮貯罐。此時(shí)，閥孔BD和C4開啟，塔〔10〕均壓，將富氮流向已經(jīng)完成再生的塔〔8〕充壓，塔〔9〕逆放到常壓。
第三步吸附，閥孔A1、A3和B3開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔7〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮，部分流向氮貯罐，部分流向塔〔8〕充壓。此時(shí)，閥孔C1、C4和D4開啟，塔〔10〕順放減壓，富氮流向塔〔9〕沖洗碳分子篩層中殘留廢氣。
第四步停留，此時(shí)，閥孔B1、C2、C4和D4開啟，壓縮空氣由塔〔8〕底端輸入，加壓吸附，空氣中的氧被碳分子篩吸附，氮在氣相中逐漸濃縮，塔〔10〕繼續(xù)順放減壓，富氮流向塔〔9〕沖洗碳分子篩層中的殘留廢氣。
第五步均壓，閥孔AC開啟，富氮流向塔〔9〕充壓，此時(shí)，閥孔B1、B3和D2開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔8〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮流向氮貯罐，塔〔10〕逆放至常壓。
第六步順放，閥孔A4和D2、D4開啟，順放減壓，富氮流向塔〔10〕沖洗碳分子篩層中的殘留廢氣。此時(shí)，閥孔B1、B3和C3開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔8〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮部分流向氮貯罐，部分流向塔〔9〕充壓。
第七步順放，閥孔A4和D2、D4繼續(xù)開啟，與第六步相同。此時(shí)，閥孔C1開啟，壓縮空氣由塔〔9〕底端輸入，加壓吸附，空氣中的氧被碳分子篩吸附，氮在氣相中逐漸濃縮。
第八步逆放，閥孔A2開啟，逆放到常壓。此時(shí)，閥孔BD和C1、C3開啟，塔〔9〕均壓，將富氮流向塔〔10〕充壓，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔9〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮流向氮貯罐。
第九步?jīng)_洗，閥孔A2、A4和B4開啟，塔〔9〕順放減壓，富氮流向塔〔7〕沖洗碳分子篩層中的殘留廢氣。此時(shí)，閥孔C1、C3和D3開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔9〕底端輸入，加壓吸附，氣相中濃縮的產(chǎn)品氮部分流向氮貯罐，部分流向塔〔10〕充壓。
第十步?jīng)_洗，閥孔A2、A4和B4繼續(xù)開啟，與第九步相同。此時(shí)，閥孔D1開啟，壓縮空氣由塔〔10〕底端輸入，加壓吸附，空氣中的氧被碳分子篩吸附，氮在氣相中逐漸濃縮。
第十一步充壓，閥孔AC開啟，富氮由塔〔9〕流向塔〔7〕充壓。此時(shí)，閥孔B2和D1、D3開啟，塔〔8〕逆放到常壓，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔10〕底端輸入，加壓吸附，在氣相中濃縮的產(chǎn)品氮流向氮貯罐。
第十二步充壓，閥孔A3和D1、D3開啟，壓縮空氣繼續(xù)由塔〔10〕底端輸入，加壓吸附，在氣相中濃縮的產(chǎn)品氮部分流向氮貯罐，部分流向塔〔7〕充壓。此時(shí)，閥孔B2、B4和C4開啟，塔〔9〕順放減壓，富氮流向塔〔8〕沖洗碳分子篩層中的殘留廢氣。
圖3表示上述一個(gè)周期，十二步程序，四塔之間的工作順序及時(shí)間分配。從圖中可以看出，四塔之間的相對(duì)關(guān)系是不改變的。
為實(shí)施上述工藝過程，采用四只裝填碳分子篩的吸附塔〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕，并設(shè)計(jì)了一個(gè)多通旋轉(zhuǎn)分配閥〔11〕和一個(gè)時(shí)序控制系統(tǒng)〔12〕。
多通旋轉(zhuǎn)分配閥〔11〕由一個(gè)定盤〔13〕、一個(gè)填充聚四氟乙烯的閥片〔14〕和一個(gè)帶有空氣進(jìn)氣孔〔15〕和排廢氣孔〔16〕的轉(zhuǎn)盤〔17〕組成。定盤平面上開有9個(gè)孔，其中8個(gè)孔〔18〕〔19〕分別與四塔上下端管道連接，另一個(gè)孔〔20〕與氮貯罐管道相連接，上述9個(gè)孔均為常通孔。轉(zhuǎn)盤平面上開有17個(gè)孔〔21〕，在每一步程序中，都有相應(yīng)的孔與定盤上的孔連通，如表1所示，相當(dāng)于閥開啟，而不連通的孔相當(dāng)于閥關(guān)閉。因此一只多通旋轉(zhuǎn)分配閥，具有18只單控閥的功能。
時(shí)序控制系統(tǒng)〔12〕有一個(gè)TD-2型微電機(jī)〔22〕、一個(gè)K23J-L03型電磁氣閥〔23〕、一個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器〔24〕、一個(gè)KW1-1型微動(dòng)開關(guān)〔25〕和保險(xiǎn)絲〔26〕構(gòu)成。
定盤固定，上端平面放置填充聚四氟乙烯閥片，轉(zhuǎn)盤放在閥片上，閥片起密封和減摩作用，轉(zhuǎn)盤在時(shí)控系統(tǒng)指揮下順時(shí)針方向每次轉(zhuǎn)30度角，完成一步程序切換。依次轉(zhuǎn)過十二步完成一個(gè)周期，轉(zhuǎn)盤回到初始位置，周而復(fù)始循環(huán)，壓縮空氣被連續(xù)分離出產(chǎn)品氮?dú)狻?br> 本發(fā)明的變壓吸附制氮法，利用回收低于99%濃度的氮?dú)鈦頉_洗碳分子篩層中的殘留廢氣，可節(jié)省部分產(chǎn)品氮?dú)猓〉粽婵毡?設(shè)備中采用四只裝填碳分子篩的吸附塔、多通旋轉(zhuǎn)分配閥、時(shí)序控制系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，制取的氮濃度為99%，有廣泛的推廣使用價(jià)值，可為金屬氮基氣氛熱處理、食品充氮包裝及保鮮儲(chǔ)藏等所需氮?dú)馓峁┮环N廉價(jià)而實(shí)用的制氮法及設(shè)備。
表1閥孔開啟情況
注“√”為閥孔開啟標(biāo)記
權(quán)利要求
1.一種裝填碳分子篩采用加壓吸附、常壓解吸工藝流程的變壓吸附制氮法，其特征在于，流程中回收低于99%濃度的氮?dú)鈦頉_洗碳分子篩層中的殘留廢氣。
2.一種由無(wú)油空壓機(jī)〔1〕、冷卻器〔2〕、空氣罐〔3〕、分水濾氣器〔4〕、管道〔5〕、氮貯罐〔6〕組成的變壓吸附制氮設(shè)備，其特征在于，它包含有四只裝填碳分子篩的吸附塔〔7〕〔8〕〔9〕〔10〕、一個(gè)多通旋轉(zhuǎn)分配閥〔11〕和一個(gè)時(shí)序控制系統(tǒng)〔12〕。
3.按照權(quán)利要求2所述的變壓吸附制氮設(shè)備，其特征在于，所說的多通旋轉(zhuǎn)分配閥〔11〕包含有一個(gè)定盤〔13〕、一個(gè)填充聚四氟乙烯的閥片〔14〕和一個(gè)帶有進(jìn)氣孔〔15〕和排廢氣孔〔16〕的轉(zhuǎn)盤〔17〕。
4.按照權(quán)利要求2、3所述的變壓吸附制氮設(shè)備，其特征在于，所說的定盤〔13〕平面上開有9個(gè)孔，其中8個(gè)孔〔18〕〔19〕分別與四個(gè)吸附塔上下端管道相連接，另一個(gè)孔〔20〕與氮貯罐管道相連接。
5.按照權(quán)利要求2、3所述的變壓吸附制氮設(shè)備，其特征在于，所說的轉(zhuǎn)盤〔17〕上開有17個(gè)孔〔21〕，這些孔在每一步程序中都有相應(yīng)的孔與定盤上的孔連通。
6.按照權(quán)利要求2所述的變壓吸附制氮設(shè)備，其特征在于，所說的時(shí)序控制系統(tǒng)〔12〕包含有微電機(jī)〔22〕、電磁氣閥〔23〕、氣電轉(zhuǎn)換器〔24〕、微動(dòng)開關(guān)〔25〕和保險(xiǎn)絲〔26〕。
全文摘要
一種變壓吸附制氮法及設(shè)備。本發(fā)明屬于氣體分離技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種裝填碳分子篩的四塔加壓吸附、常壓解吸制氮流程，回收低于99％濃度的這部分富氮?dú)鈦頉_洗碳分子篩層中的殘留廢氣。制取氮濃度為99％。設(shè)計(jì)多通旋轉(zhuǎn)分配閥和時(shí)序控制系統(tǒng)，能將空氣、氮?dú)夂脱鯕馊N介質(zhì)分導(dǎo)并控制流量大小。采用該工藝可省掉真空泵；該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠。可為金屬氮基氣氛熱處理、食品充氮包裝及儲(chǔ)藏等提供一種價(jià)廉而實(shí)用的變壓吸附制氮法及設(shè)備。
文檔編號(hào)C01B21/04GK1041333SQ88106678
公開日1990年4月18日 申請(qǐng)日期1988年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月24日
發(fā)明者鮑華明, 盧樟好, 盧萬(wàn)鎖, 趙開利 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所