專利名稱：氮基可控氣氛發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體分離裝置。
將氣體燃料或某些液體燃料經(jīng)燃燒后進行脫氧干燥，再采用變壓吸附法除去其中的CO2，以獲取金屬熱處理保護氣是現(xiàn)今較為常見的一種氮基保護氣氛的生產(chǎn)方法。其中對CO2的變壓吸附一般均是采用5A或13X分子篩作為吸附劑來進行的。上述分子篩在工作過程中，經(jīng)常需要對其進行再生處理。再生的方法有多種，如加熱處理法、真空解吸法等，這些方法具有能耗高、設(shè)備龐大、造價高、設(shè)備穩(wěn)定性差、可靠性低等缺陷。美國專利4439213及中國專利申請88106678.8雖采用了常溫、常壓解吸法，但由于需要消耗較多的產(chǎn)品氣來“沖洗”吸附劑，使得實際產(chǎn)品氣收率降低。此外，13X(5A)分子篩在解吸所吸附的CO2時，由于失去了加熱及真空的手段，而采用不易吸附的氣體“沖洗”，CO2的逸出僅依氣體分壓差來完成。而要完成這一過程除需要有一定的氣體量及相應的流速外，“沖洗”時間將起決定性的因素，而在已有的兩塔聯(lián)立的工藝過程中，要延長“沖洗”時間勢必增大反應器的容量，這會造成經(jīng)濟和技術(shù)上的困難。
本實用新型的目的在于提供一種設(shè)備簡單，實際產(chǎn)品氣收率高，對分子篩沖洗時間長，采用常溫常壓方法對分子篩吸附劑進行再生的氮基可控氣氛發(fā)生器。
本實用新型的氮基可控氣氛發(fā)生器包括依次相連的燃燒器、氣水分離器、脫氧器、干燥器、變壓吸附段和儲氣罐，其特征是所述的變壓吸附段包括三個吸附器，其中的每個吸附器進氣口均通過筏與干燥器的排氣管相連，各吸附器的出口通過逆止閥與儲氣管連接，吸附器的進氣端還設(shè)有廢氣排放閥和沖洗氣進入循環(huán)回路控制閥，吸附器出口端設(shè)有一級吹掃氣進氣閥和二級吹掃氣進氣閥。
所述進入變壓吸附段的氣體可以是含有CO、CO2、H2、CH4和N2的混合氣。
所述控制閥11與壓縮機4連通的循環(huán)回路連接，使由進氣閥14進入的二級吹掃氣經(jīng)控制閥11通過循環(huán)回路返回壓縮機4前。
本實用新型采用三罐聯(lián)立，分別編組工作的方法，解決了為延長分子篩沖洗時間長而必須增大反應器體積的矛盾，使該實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、產(chǎn)品氣收率高的優(yōu)點。本實用新型送出的產(chǎn)品氣以0.2-0.8MPa壓力用管道送出或存儲，可廣泛應用于黑色、有色金屬材料的熱處理過程中，為之提供質(zhì)優(yōu)價廉的保護性氣體。
下面通過附圖
對本實用新型作進一步說明。
附圖所示為根據(jù)本實用新型提出的氮基可控氣氛發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是燃燒器，2是氣水分離器，3是氣體流量計，4是壓縮機，5是脫氧器，6是氣水分離器，7是干燥器，8是吸附器，9是吸附器的進氣閥門，10是沖洗氣排空閥門，11是沖洗氣進入循環(huán)回路的控制閥，12是凈化氣排出閥門，13是一級逆向沖洗進氣控制閥，14是二級沖洗氣逆向進氣控制閥，15是儲氣罐。各個部件之間通過管線連接，由閥門控制通斷。
如圖所示，壓縮空氣與燃料進入燃燒器1，在空氣過剩系數(shù)α＜1的情況下進行燃燒，以制取含有一定比例還原性氣體組份(CO＋H2)的氮基氣氛。燃燒尾氣經(jīng)氣水分離器2除去氣體中夾帶的水霧后經(jīng)流量計3計量后進入壓縮機4，氣體經(jīng)壓縮后先進入脫氧器5除去氣體中的殘氧，再進入氣水分離器6后進入干燥器7，以達深度干燥氣體之目的(該段由并列的兩個干燥器組成，帶有自熱再生裝置，周期性的切換使用)。氣體經(jīng)以上處理后進入吸附段8以除去氣體中的CO2組份，最后氣體進入工作現(xiàn)場或儲氣罐9中。所述的吸附段8有三個吸附器，其結(jié)構(gòu)完全相同，閥門9為吸附器進氣閥，吸附器頂端有單向閥12供凈化氣體排出，閥10將沖洗后的廢氣排出，二級反吹氣(循環(huán)氣)由控制閥11控制經(jīng)循環(huán)回路返回系統(tǒng)前，從而節(jié)約了產(chǎn)品氣。吸附器排氣口處設(shè)有一級再生反吹氣沖洗氣控制閥13和二級再生反吹氣控制閥14。反吹氣的氣量分別由D、E兩個閥門調(diào)節(jié)控制。
凈化氣可直接通用戶生產(chǎn)線，亦可入儲氣罐15存儲。
本實用新型是在壓力下吸附混合氣體中的CO2，采用三個吸附器交替工作，以保證整個設(shè)備工作的連續(xù)性。在常溫常壓下解吸，并用純凈的氣體吹掃使分子篩再生。再生吹掃氣氛分為兩級，其中第二次吹掃氣返回系統(tǒng)前形成循環(huán)氣。這樣在一個吸附器工作時(吸附CO2)第二個吸附器進入解吸(泄壓)并用“潔凈”氣體吹掃實行一級“再生”(使“潔凈”氣體逆向通過吸附器)，第三個吸附器用“潔凈”氣體進行二級“再生”，以備進入工作狀態(tài)(用“潔凈”氣體逆向“沖洗”，并使該沖洗氣返回系統(tǒng)前)。這樣每個吸附器中的吸附劑都經(jīng)過兩級“再生”，以保證吸附劑(分子篩)長期處于良好的工作狀態(tài)。
為方便敘述吸附器的工作過程，我們將三個吸附器分別編號為1#、2#、3#，其中吸附器上的各個閥門也以A、B、C加編號以示區(qū)別。三個吸附器的工作過程如下當1#罐在壓力下吸附混合氣體中的CO2時，2#罐利用1#罐處理過的部分凈化氣逆向沖洗它工作時吸附的CO2，完成CO2的解吸過程，以備下一工作周期使用。1#罐在CO2即將穿透床層前，停止進氣，而將未經(jīng)處理過的混合氣通入2#罐。1#罐泄壓至0.0～0.02MPa后用2#罐凈化后的部分氣沖洗1#罐，使1#罐得到解吸。切換周期為10分鐘。由于工作周期間隔時間短，分子篩解吸的并不徹底，時間長后將對分子篩的工作能力造成不利的影響。為此設(shè)立3#罐，它在1#、2#工作期間，用部分凈化氣體逆向沖洗，為提高產(chǎn)氣收率，將第二級沖洗氣返回系統(tǒng)前，形成循環(huán)氣。
這樣在1#、2#吸附器交替工作期間，3#始終處在“再生”狀態(tài)，經(jīng)試驗證明，這種“再生”狀態(tài)維持時間超過1小時，可保證3#罐中的分子篩得到完全再生，而保持良好的工作狀態(tài)。為此在1#、2#工作一小時后，設(shè)備自動轉(zhuǎn)第二個工作程序，1#、3#交替工作，2#再生，方式同前。當?shù)诙ぷ鞒绦蜻M入一小時后轉(zhuǎn)入第三工作程序，這樣周而復始，每過一小時自動切換一次，三個吸附器輪流使用。每個吸附器經(jīng)過“二級”沖洗后，可長時間保持良好的工作狀態(tài)，使設(shè)備長期穩(wěn)定運行。
其詳細工作步驟以第一工作程序為例作詳細介紹CO2吸附段進入工作狀態(tài)時，將凈化氣排出管線上連接的逆向沖洗管線的閥門D、E調(diào)節(jié)到適當?shù)拈_度，下閥調(diào)到工藝所需求的程度，每一工作程序分為5步進行。
(1)A3開啟，1#開始工作；B2、B4開啟，2#泄壓反吹；C1、C5開啟，3#再生反吹。
(2)B4關(guān)閉，2#升壓，進入準備工作狀態(tài)。
(3)A3關(guān)閉，A2、A4啟，1#泄壓反吹；B2開啟，B4關(guān)閉，2#開始工作；C1、C5開啟，3#繼續(xù)再生反吹。
(4)A4關(guān)閉1#升壓，進入準備工作狀態(tài)。
(5)返回第一步子程序A3開啟，A2、A4關(guān)閉，1#開始工作。
B2、B4開啟，B3關(guān)閉2#泄壓反吹。
C1、C5開啟，3#繼續(xù)再生反吹。
本實用新型的氮基可控氣氛發(fā)生器由于省去了加熱與真空系統(tǒng)，使該設(shè)備運行十分可靠，有廣泛的推廣應用價值。
當設(shè)備運行一小時后，照前面所述順序進入以后的工作程序。
設(shè)備各個工作程序及子程序全部由計算機控制，由電磁閥執(zhí)行。產(chǎn)出氣體以0.2-0.8MPa用管道送出，為多種使用對象提供優(yōu)質(zhì)、廉價的保護性氣體。
本實用新型的氮基可控氣氛發(fā)生器在變壓吸附器之前的部件均可選用公知技術(shù)完成，變壓吸附器的結(jié)構(gòu)也同已有技術(shù)相近似是具有固定床層的反應器，反應器內(nèi)裝填5A或13X分子篩。反應器進出氣口上所連接的六個閥門除凈化氣排出閥為單向逆止閥外，其它均為電磁閥，各閥門的動作由計算機控制，完成設(shè)備的進氣、出氣及一、二次反吹再生的程序。所述燃燒器可通入的燃料可以是氣體燃料(如天燃氣、人工煤氣、石油液化氣)，亦可以是液體燃料(如低級烴及低級混合烴、酒精、煤油、輕柴油等)。
權(quán)利要求1.一種氮基可控氣氛發(fā)生器，包括依次相連的燃燒器(1)、氣水分離器(2)、脫氧器(5)、干燥器(7)、變壓吸附段和儲氣罐(15)，其特征是所述的變壓吸附段包括三個吸附器(8)，其中的每個吸附器進氣口均通過閥門(9)與干燥器的排氣管相連，各吸附器的出口通過逆止閥(12)與儲氣管連接，吸附器的進氣端還設(shè)有廢氣排放閥(10)和沖洗氣進入循環(huán)回路控制閥(11)，吸附器出口端設(shè)有一級吹掃氣進氣閥(13)和二級吹掃氣進氣閥(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征是進入變壓吸附段的氣體可以是含有CO、CO2、H2、CH4和N2的混合氣。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征是所述控制閥(11)與壓縮機(4)連通的循環(huán)回路連接，使由進氣閥(14)進入的二級吹掃氣經(jīng)控制閥(11)通過循環(huán)回路，返回壓縮機(4)前。
專利摘要本實用新型是一種氮基可控氣氛發(fā)生器，包括依次相連的燃燒器(1)、氣水分離器(2)、脫氧器(5)、干燥器(7)、變壓吸附段和儲氣罐(15)，其特征是所述的變壓吸附段包括三個吸附器(8)，其中的每個吸附器進氣口均通過閥門(9)與干燥器的排氣管相連，各吸附器的出口通過逆止閥(12)與儲氣管連接，吸附器的進氣端還設(shè)有廢氣排放閥(10)和沖洗氣進入循環(huán)回路控制閥(11)，吸附器出口端設(shè)有一級吹掃氣進氣閥(13)和二級吹掃氣進氣閥(14)。該發(fā)生器采用三罐聯(lián)立，分別編組工作的方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、產(chǎn)品氣收率高的優(yōu)點。
文檔編號B01D53/04GK2222560SQ94245079
公開日1996年3月20日 申請日期1994年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月19日
發(fā)明者趙晨, 劉春喜, 任輝 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所, 山西省榆次鍋爐廠