CN201842645U

CN201842645U - 集成有膜分离和变压吸附装置的高纯制氮系统

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系统，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系统的氮气出口；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系统

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系统。

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集成的系统。

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系统，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系统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系统的氮气出口；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系统具有膜分离技术和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系统，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％高纯度氮气系统的造价，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装置的高纯制氮系统，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系统示意图。

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系统，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的出口端连接到系统的氮气出口；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，为了降低系统所产生的噪声，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系统，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系统的氮气出口；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系统，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系统，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。