CN222348690U - 一种单塔制氮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单塔制氮装置，包括：空压机；过滤组件；吸附塔，数量为一个，设置有制氮进口和制氮出口，吸附塔内设置有制氮分子筛，制氮进口与过滤组件连通；缓冲罐，设置有缓冲进口和缓冲出口，缓冲进口与制氮出口连通；回流管，设置于吸附塔和缓冲罐之间，回流管上设置有回流阀；氮气储罐，设置有氮气储气进口和氮气储气出口，氮气储气进口与缓冲出口连通。该单塔制氮装置利用单个吸附塔吸附氧气制备氮气，在需要制单分子筛再生时，缓冲罐内的氮气通过回流管回流至吸附塔内用于促进制单分子筛的再生，同时保证后端的用气连续性，由于仅设设置单个吸附塔，简化了结构，降低了阀门、管道所需数量，从而降低了系统成本和故障率。

Description

一种单塔制氮装置

技术领域

本实用新型涉及制氮技术领域，尤其是涉及一种单塔制氮装置。

背景技术

制氮设备是以空气为原料，以分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，利用分子筛对氧和氮进行选择性吸附而使氮和氧分离的方法，作为一种新的气体分离技术，具有环境友好、成本低、效率高等特点，通过分子筛对不同气体分子吸附性能的差异，来将气体混合物分离，从而获得高浓度的氮气。

现有技术中，如CN108298509A、CN201500505U、CN212246223U、CN216377489U、CN220537498U的中国实用新型专利，均公开了利用分子筛进行制氮的技术，同时采用双塔工艺制氮，由于吸附塔内分子筛吸附一段时间后达到饱和，失去分离作用，需要再生，再生的同时切换到另一个吸附塔工作。但是，采用双塔工艺制氮的设备，结构和程序控制复杂，需要设置多个阀门控制气体的流向，成本高的同时，增加了故障率。

因此，有必要对现有技术中的制氮设备进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种简化结构、降低成本和故障率的单塔制氮装置。

为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：一种单塔制氮装置，包括：

空压机，所述空压机的输入端与外界连通；

过滤组件，所述过滤组件与所述空压机的输出端连接，以滤除所述空压机输出空气中的杂质；

吸附塔，所述吸附塔的数量为一个，所述吸附塔设置有制氮进口和制氮出口，所述吸附塔内设置有位于所述制氮进口和所述制氮出口之间的制氮分子筛，所述制氮进口与所述过滤组件的输出端连通且通过第一阀门与外界连通；

缓冲罐，所述缓冲罐设置有缓冲进口和缓冲出口，所述缓冲进口与所述制氮出口连通；

回流管，所述回流管设置于所述吸附塔和所述缓冲罐之间，所述回流管上设置有回流阀；

氮气储罐，所述氮气储罐设置有氮气储气进口和氮气储气出口，所述氮气储气进口与所述缓冲出口连通。

优选的，为了操作方便、保证密封性能、减小流体阻力、延长装置使用寿命，所述回流阀为球阀。

优选的，为了简化结构，降低成本，所述回流管的两端分别与所述制氮出口和所述缓冲进口连通。

优选的，为了方便检测氮气的纯度，以判断制得的氮气是否合格，所述缓冲出口连接有气体纯度分析仪，所述缓冲出口和所述氮气储气进口之间设置有第二阀门，所述缓冲出口通过第三阀门与外界连通，或者所述缓冲出口通过第三阀门与所述空压机的输入端连通。

优选的，为了减轻吸附塔内制氮分子筛的负载，所述缓冲出口通过第三阀门与所述空压机的输入端连通。

优选的，为了方便调节空压机输入端不合格氮气与空气的比例，所述第三阀门为比例阀。

优选的，为了保证系统运行稳定性，并减轻噪音，所述第一阀门远离所述吸附塔的一端连接有消声器。

优选的，为了保证过滤效果，并方便排出过滤时产生的杂质废物，所述过滤组件包括依次连接的至少两个过滤器，所述过滤器连接有第一排污阀。

优选的，为了滤除空气中的水分，所述过滤组件还包括冷干机，所述冷干机连通于其中两个过滤器之间。

优选的，为了缓冲与稳定压缩空气，并降低空气温度以降低空气湿度，所述空压机的输出端与所述过滤组件之间还设置有空气储罐。

综上所述，本实用新型单塔制氮装置与现有技术相比，利用单个吸附塔吸附氧气制备氮气，在需要制单分子筛再生时，缓冲罐内的氮气通过回流管回流至吸附塔内用于促进制单分子筛的再生，同时保证后端的用气连续性，由于仅设设置单个吸附塔，简化了结构，降低了阀门、管道所需数量，从而降低了系统成本和故障率。

附图说明

图1是第一实施例的结构示意图；

图2是第二实施例的结构示意图；

图3是第四实施例的结构示意图；

图中：1、空压机；101、空压阀门；2、过滤组件；201、过滤器；202、第一排污阀；203、冷干机；204、过滤阀；3、吸附塔；301、第一阀门；302、消声器；4、缓冲罐；5、回流管；501、回流阀；6、氮气储罐；7、气体纯度分析仪；8、第二阀门；9、第三阀门；10、除尘过滤装置；11、空气储罐；12、流量计；13、第二排污阀；14、收集罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

第一实施例

如图1所示，本实用新型第一实施例的单塔制氮装置，包括：

空压机1，空压机1的输入端与外界连通；

过滤组件2，过滤组件2与空压机1的输出端连接，以滤除空压机1输出空气中的杂质；

吸附塔3，吸附塔3的数量为一个，吸附塔3设置有制氮进口和制氮出口，吸附塔3内设置有位于制氮进口和制氮出口之间的制氮分子筛，制氮进口与过滤组件2的输出端连通且通过第一阀门301与外界连通；

缓冲罐4，缓冲罐4设置有缓冲进口和缓冲出口，缓冲进口与制氮出口连通；

回流管5，回流管5设置于吸附塔3和缓冲罐4之间，回流管5上设置有回流阀501；

氮气储罐6，氮气储罐6设置有氮气储气进口和氮气储气出口，氮气储气进口与缓冲出口连通。

本实施例的单塔制氮装置中，仅设置一个吸附塔3，吸附塔3内置制氮分子筛(图中未示出)，制氮分子筛未吸附饱和时，空压机1输送空气，通过过滤组件2滤除空气中的颗粒物、水分等杂质后通入吸附塔3，制氮分子筛吸附氧气，氮气通过制氮分子筛后，通过缓冲罐4，调节氮气流量和压力，而后氮气进入到氮气储罐6内，在需要使用氮气时，通过氮气储罐6输出制得的氮气。

当制氮分子筛达到饱和状态时，制氮分子筛需要进行再生，打开回流阀501，使得缓冲罐4内预先储存的部分氮气通入吸附塔3内。制氮分子筛在再生过程中，通过通入氮气能够加速其再生速度，这是因为，再生过程通常包括降压、加热和吹扫等步骤，以取出分子筛上吸附的杂质，而在此过程中，通入氮气可以帮助清除制氮分子筛上的残留气体，从而加速再生的过程。

因此，上述单塔制氮装置，相比于其他的双塔式结构，仅采用一个吸附塔3，通过缓冲罐4保证吸附塔3内制氮分子筛的再生和后端的用气连续性，减少了吸附塔3和相关阀门的数量，简化了结构，降低了成本和故障率。

该实施例的单塔制氮装置中，外部空气首先通过空压机1，空压机1能够提供稳定、连续的压缩空气，是确保制氮过程高效、稳定运行的基石，空压机1的作用表现在：首先，空压机1确保制氮过程的高效和连续性，其提供的压缩空气是制氮不可或缺的一步，直接关系到氮气产量和纯度的优化；其次，空压机1的性能对制氮系统的整体效率、稳定性以及氮气纯度有着直接的影响。

为了能够保证持续向吸附塔3输出稳定压缩空气，空压机1的输出端与过滤组件2之间还设置有空气储罐11，空压机1的输出端通过空压阀门101与空气储罐11连接。空压机1输出的压缩空气往往存在气流压力的脉动，空气储罐11能够消除或者减少这种脉动，使得气流更加稳定，延长空压机1“启动-停止”或“加载-卸载”的循环周期，减少电器阀门的切换速度，还可以防止空压机1停机期间，压缩空气管道由于某些原因返回气体，倒灌入空压机1引起故障而损坏；另外，空气储罐11为具有大面积的圆柱形散热体，进入的气体在其罐内旋流和附壁，不仅可以对压缩空气进行降温冷却，还有利于析出其中的水分和灰尘杂质，这些杂质会降落在空气储罐11底部沉淀，从而进一步实现除水排污的效果。因此，空气储罐11设置在空压机1的输出端，能够起到缓冲、降温、除湿、除杂等多重功能，确保制氮系统高效、稳定运行。

压缩空气在通过空气储罐11后，输送至过滤组件2中，通过过滤组件2滤除压缩空气中的水分、油滴、颗粒等杂质。进一步的改进是，过滤组件2包括依次连接的至少两个过滤器201，过滤器201连接有第一排污阀202。过滤组件2还包括冷干机203，冷干机203连通于其中两个过滤器201之间。

具体而言，本实施例的制氮装置中，过滤组件2包括四个过滤器201，分别为一级过滤器201、二级过滤器201、三级过滤器201和四级过滤器201，另外，冷干机203输入端和输出端分别与一级过滤器201和二级过滤器201连接。

其中，冷干机203的作用主要是去除压缩空气中的水分，确保进入吸附塔3的压缩空气是干燥的，这有助于吸附塔3更好地工作，并延长制氮分子筛的使用寿命；具体来说，冷干机203是一种用于处理空气中水分的设备，通过去除空气中的水分，能够防止水分对机械、电子设备以及其他设备的损坏，由于制单系统中，保持空气的干燥对于制氮过程的效率和氮气的纯度至关重要，因此，冷干机203在本实施例的单塔制氮装置中起到了关键的作用。

设置四个过滤器201，能够确保进入吸附塔3的压缩空气质量和纯度；具体而言，一级过滤器201为预过滤器201，主要用于去除空气中的大颗粒杂质，如灰尘、砂粒等，这有助于后续过滤装置的正常工作，延长其使用寿命，并减少杂质对后续设备的潜在损害；二级过滤器201进一步细化了过滤过程，能够去除更小的颗粒和某些特定的污染物，通过二级过滤，可以进一步减少空气中的杂质含量，为后续的制氮过程提供更为纯净的压缩空气；三级过滤器201通常用于去除油雾和其他有机污染物，确保进入吸附塔3的空气是清洁的；四级过滤器201作为最终过滤器201，用于去除任何残留的杂质和微小颗粒，确保进入吸附塔3的压缩空气具有高纯度和高质量。经过四级过滤的压缩空气能够满足吸附塔3对原料气体的高品质要求，从而提高制氮效率和氮气纯度。

四级过滤器201与吸附塔3之间设置有过滤阀204，用于控制过滤组件2与吸附塔3之间管路的通断，即过滤阀204打开后，经过过滤的洁净压缩气体能够进入吸附塔3内。

冷干机203与四个过滤器201均连接有第一排污阀202，第一排污阀202为自动排污阀，方便将过滤组件2在过滤过程中，所截留的杂质排出，以保证过滤组件2的持续运行。

洁净的压缩空气进入吸附塔3内后，空气中的氧气被制氮分子筛所吸附，而氮气则通过制氮分子筛，通过制氮出口排出，而后由缓冲进口输送至缓冲罐4内。缓冲罐4的主要作用是稳定气流、减小系统压力波动、确保气体平稳地通过各个组件，并用于缓存部分氮气，用作在制氮分子筛再生时，通过回流管5输送至吸附塔3内，加速制氮分子筛的再生。

缓冲出口依次通过除尘过滤装置10和流量计12与氮气储气进口连通，使得通过缓冲罐4后的氮气，通过除尘过滤装置10，滤除氮气中的杂质，保证洁净的氮气进入到氮气储罐6内，通过流量计12方便检测进入氮气储罐6的氮气流量。氮气储罐6连接有排气阀，在需要使用氮气时，打开排气阀，即可使洁净的氮气排出。

空气储罐11、缓冲罐4、除尘过滤装置10和氮气储罐6均连接有第二排污阀13，利用第二排污阀13，方便将空气储罐11、缓冲罐4、除尘过滤装置10和氮气储罐6长期运行后，内部所积累的杂质排出，以保证上述装置长期稳定的运行。

进一步的改进是，回流阀501为球阀。

相比于其他阀门，球阀启闭迅速、操作方便，由于球阀的启闭件是球体，一般仅需旋转90°即可快速开启或关闭，相较于需要多圈旋转的截止阀，操作更为迅速；且由于球阀的密封面为球面，与阀座紧密贴合，使其密封性能优越；不仅如此，球阀的通道设计使得氮气在通过时阻力较小，更有利于减小能耗和保证流体稳定性，使得氮气能够进入吸附塔3内；此外，球阀的结构简单，启闭过程中阀芯与阀座的摩擦较小，因此能够保证回流阀501的使用寿命。

进一步的改进是，回流管5的两端分别与制氮出口和缓冲进口连通。采用上述结构后，无需在吸附塔3和缓冲罐4上开设其他管道结构，有利于简化结构，保证吸附塔3和缓冲罐4的结构强度。

进一步的改进是，缓冲出口连接有气体纯度分析仪7，缓冲出口和氮气储气进口之间设置有第二阀门8，缓冲出口通过第三阀门9与外界连通。

通过设置气体纯度分析仪7，方便检测经过缓冲罐4的氮气纯度，使得氮气纯度不合格的气体通过第三阀门9排放到外界中，而纯度合格的氮气通过第二阀门8收集至氮气储罐6内。

进一步的改进是，第一阀门301远离吸附塔3的一端连接有消声器302。

消声器302设置于吸附塔3的底端，主要用于降低噪音水平。在制氮过程中，尤其是当吸附塔3内的制氮分子筛进行再生时，由于气体流动、压力变化等因素，可能会产生较大的噪音，通过在吸附塔3的底部设置消声器302，可以有效地减弱这些噪音的传播，从而保护操作人员的听力，降低对周围环境的噪音污染；此外，通过降低噪音也能有助于提高制氮系统的操作安全性和稳定性，噪音过大可能会干扰操作人员的判断和操作，增加误操作的风险，而消声器302的使用可以减少这种干扰，提高操作人员的工作效率和安全性。

第二实施例

如图2所示，本实用新型第二实施例的单塔制氮装置，基于第一实施例，区别在于，缓冲出口通过第三阀门9与空压机1的输入端连通。

通过第三阀门9所排出的气体中，氮气含量远高于原始空气中的氮气含量，因此，将纯度不合格的氮气引入到空压机1的输出端，将纯度不达标的氮气再次通过过滤操作后引入吸附塔3内进行制氮工作，相比于将纯空气通过过滤操作引入吸附塔3内进行制氮，能够显著提高制氮效率和最终氮气的纯度，并减少原料的利用。

第三实施例

无图示，本实用新型第三实施例的单塔制氮装置，基于第二实施例，区别在于，第三阀门9为比例阀。

采用上述设计后，空压机1输入端所采集的气体，为外界空气与纯度不达标的氮气所混合后形成的混合气体，即空压机1将纯度不达标的氮气和外界空气进行压缩后输送到空气储罐11内。第三阀门9采用比例阀，能够调节外界空气与纯度不达标的氮气之间的比例，根据纯度不达标的氮气产生量，调节其输送至空压机1的气体量，保证能够空压机1能够持续采集上述混合气体，有利于制氮系统持续稳定运行，提高制氮效率。

第四实施例

如图3所示，本实用新型第四实施例的单塔制氮装置，基于第三实施例，区别在于，还包括收集罐14，收集罐14与各第一排污阀202的输出端和各第二排污阀13的输出端连接。

采用上述结构后，方便将制氮装置在制氮过程中所滤除和产生的油雾、水分、颗粒等杂质进行集中收集，减轻工人清洁工作负担，避免第一排污阀202和第二排污阀13排污位置差异性，导致排出的杂质污染制氮环境。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种单塔制氮装置，其特征在于，包括：

空压机(1)，所述空压机(1)的输入端与外界连通；

过滤组件(2)，所述过滤组件(2)与所述空压机(1)的输出端连接，以滤除所述空压机(1)输出空气中的杂质；

吸附塔(3)，所述吸附塔(3)的数量为一个，所述吸附塔(3)设置有制氮进口和制氮出口，所述吸附塔(3)内设置有位于所述制氮进口和所述制氮出口之间的制氮分子筛，所述制氮进口与所述过滤组件(2)的输出端连通且通过第一阀门(301)与外界连通；

缓冲罐(4)，所述缓冲罐(4)设置有缓冲进口和缓冲出口，所述缓冲进口与所述制氮出口连通；

回流管(5)，所述回流管(5)设置于所述吸附塔(3)和所述缓冲罐(4)之间，所述回流管(5)上设置有回流阀(501)；

氮气储罐(6)，所述氮气储罐(6)设置有氮气储气进口和氮气储气出口，所述氮气储气进口与所述缓冲出口连通。

2.根据权利要求1所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述回流阀(501)为球阀。

3.根据权利要求1所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述回流管(5)的两端分别与所述制氮出口和所述缓冲进口连通。

4.根据权利要求1所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述缓冲出口连接有气体纯度分析仪(7)，所述缓冲出口和所述氮气储气进口之间设置有第二阀门(8)，所述缓冲出口通过第三阀门(9)与外界连通，或者所述缓冲出口通过第三阀门(9)与所述空压机(1)的输入端连通。

5.根据权利要求4所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述缓冲出口通过第三阀门(9)与所述空压机(1)的输入端连通。

6.根据权利要求5所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述第三阀门(9)为比例阀。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述第一阀门(301)远离所述吸附塔(3)的一端连接有消声器(302)。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述过滤组件(2)包括依次连接的至少两个过滤器(201)，所述过滤器(201)连接有第一排污阀(202)。

9.根据权利要求8所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述过滤组件(2)还包括冷干机(203)，所述冷干机(203)连通于其中两个过滤器(201)之间。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的单塔制氮装置，其特征在于：所述空压机(1)的输出端与所述过滤组件(2)之间还设置有空气储罐(11)。