高纯度制氮机及其制氮工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制氮机，具体涉及一种高纯度的PSA (变压吸附)制氮机及其制氮工艺，可用于食品保鲜、电子组装、冶金、化工制药、石油天然气等领域。
【背景技术】
[0002]PSA (变压吸附)制氮是以干净的压缩空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得氮气的新型制氮技术。
[0003]但以往的PSA制氮机存在这以下缺陷:
1、常规的PSA制氮机制得的氮气纯度不高，无法满足高纯度的需求。
[0004]2、常规的PSA制氮机的两个吸附塔不能快速自动切换使用，制氮效率降低。
[0005]3、常规的PSA制氮机中吸附塔排气时产生的噪音较大。
[0006]4、常规的PSA制氮机中吸附塔的碳分子筛的吸附效果较差。
【发明内容】
[0007]本发明在于克服上述不足，提供一种能够制得高纯度氮气，制氮效率高，排气噪音小，碳分子筛的吸附效果好的高纯度制氮机及其制氮工艺。
[0008]本发明的目的是这样实现的:
一种高纯度制氮机，该制氮机从前到后依次为空气压缩系统、空气净化系统、变压吸附制氮系统和脱氧系统；
所述空气压缩系统中设有空压机，空压机将原料空气压缩后通过球阀控制进入空气贮罐中，原料空气中的气流从空气贮罐通入空气净化系统中；
所述空气净化系统由C级过滤器、冷冻干燥机、T级过滤器、A级过滤器和空气缓冲罐组成，C级过滤器、冷冻干燥机、T级过滤器、A级过滤器和空气缓冲罐从前到后依次串联，从而将空气压缩系统和变压吸附制氮系统连接起来；
空气缓冲罐通过柱塞阀将净化后的空气通入变压吸附制氮系统中，该变压吸附制氮系统包括两个并联设置的吸附塔A和吸附塔B，柱塞阀将压缩空气通过电磁气动控制阀一 t后分出两根支管，一根支管通过电磁气动控制阀二 1与吸附塔A的底部相连，另一根支管通过电磁气动控制阀三1与吸附塔B的底部相连，吸附塔A的底部与吸附塔B的底部之间还连有一根管路，该管路上装有电磁气动控制阀四Υ0Ρ电磁气动控制阀五Y 5，所述电磁气动控制阀四\和电磁气动控制阀五Y 5之间设置支管，该支管上设有消音器，吸附塔A和吸附塔B的顶部分别通过电磁气动控制阀六￥6和电磁气动控制阀七Y 7连接在氮气储罐的进气总管上，所述电磁气动控制阀六\和电磁气动控制阀七Y 7的进气口之间通过带针形阀的管路连接，所述氮气储罐的进气总管上还装有电磁气动控制阀八Ys和单向节流阀，氮气储罐的出气管上带有流量计；
其中消音器包括筒体，筒体的内部依次套有外消音筒、中消音筒、内消音筒，筒体的底部与电磁气动控制阀四Υ0Ρ电磁气动控制阀五Y 5之间的支管固定，筒体的顶部与大气连通，其中内消音筒仅在侧壁的最上方开设网孔，中消音筒仅在侧壁的最下方开设网孔，外消音筒在其顶部开设网孔，所述外消音筒的顶部与筒体顶部之间留有间隙，外消音筒的外壁与筒体内壁之间留有间隙并填充有棕垫；
所述吸附塔A和吸附塔B中设置有上、下两个碳分子筛，分别为上层碳分子筛和下层碳分子筛，上层碳分子筛和下层碳分子筛的表面均开设有微孔孔穴，孔穴的直径均大于氧分子的直径而小于氮分子的直径，其中上层碳分子筛的表面孔穴为均匀布置的菱形孔，菱形孔的直径大小相同，下层碳分子筛由两层碳分子筛组成，两层碳分子筛之间还布有不锈钢丝，所述下层碳分子筛的表面孔穴为均匀布置的圆形孔，其中靠近下层碳分子筛中心的圆形孔直径最小，靠近下层碳分子筛边缘的圆形孔的直径最大，圆形孔的直径从内向外变大，同一圆周上的圆形孔的直径相同，下层碳分子筛的两层碳分子筛重合布置；
所述脱氧系统包括换热器、预加热器、反应塔、冷却器和干燥塔，氮气储罐的出气管与换热器的进气口相连，换热器的出气口与预加热器的进气口相连，预加热器的出气口与相互并联的两个反应塔连接，反应塔通过回流管与换热器的进液口连接，换热器的出液口连在冷却器上，冷却器与相互并联的两个干燥塔连接。
[0009]一种高纯度制氮机的制氮工艺:
一、空气压缩系统中的空压机将原料空气压缩后通入空气贮罐中，空气贮罐将原料空气中的大部分油、液态水、灰尘附着于容器壁后留到罐底，一部分气流通入空气净化系统中；
二、原料空气在空气净化系统中依次经过C级过滤器进行初级过滤油水，随后通入冷冻干燥机中使压缩空气的压力露点降到2~10°c，随后通过T级过滤器进行微量除水，随后通过A级过滤器进行微量除油，使空气的含油量降至0.0OlPPm，尘埃过滤到0.0lum，最后通入空气缓冲罐中；
三、空气缓冲罐将净化后的空气经过两路分别进入两个装有碳分子筛的吸附塔，先通过柱塞阀调节进气的流速，后经电磁气动控制阀一 1、电磁气动控制阀二乙由吸附塔A下部进入塔体，经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进，在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，大量氮气及少量氧气由塔上部流出，再经电磁气动控制阀六Y6、电磁气动控制阀八Ys、单向节流阀使氮气进入氮气缓冲罐，完成吸附塔Α的制氮；
吸附塔A制氮的同时，吸附塔B中吸附的氧分子经电磁气动控制阀五￥5和消声器排空，完成吸附塔B解吸脱氧；
四、当吸附塔A工作一段时间，吸附塔A中的碳分子筛对氧的吸附接近饱和时，则该吸附塔A停止吸附，此时电磁气动控制阀一 Υρ电磁气动控制阀四Υ4、电磁气动控制阀五Υ5、电磁气动控制阀八Ys均处于关闭状态，而电磁气动控制阀二 Y 2、电磁气动控制阀三Y3、电磁气动控制阀六Υ6、电磁气动控制阀七Υ7同时处于开启状态，实行吸附塔Α、吸附塔Β均压，均压时间为1?2秒；
五、两个吸附塔均压后即切换进入吸附塔Β吸附，吸附塔Α解吸状态，此时压缩空气经电磁气动控制阀一 1、电磁气动控制阀三Y3进入吸附塔Β下部，经吸附塔Β中的碳分子筛床层吸附，分离出来的氮气经电磁气动控制阀七Υ7、电磁气动控制阀八Ys、单向节流阀进入氮气贮罐，完成吸附塔B的吸附制氮，吸附塔A、吸附塔B两塔交替吸附、解吸，从而将空气中的大部分氮和少部分氧分离，并将富氧排空，氮气输送到氮气储罐中；
六、氮气储罐通入脱氧系统的换热器的气体介质进口，换热器将氮气通过预加热器加热后进入反应塔，除去氮气中夹杂的氧，反应塔反应后留下的气液混合物通过回流管进入换热器的液体介质进口，随后通入冷却器中降温冷却，最后通过干燥塔干燥后便得到了高纯度的氮气。
[0010]本发明高纯度制氮机及其制氮工艺具有以下优点:
1、这种高纯度制氮机制得的氮气纯度较高，纯度可达99.9995%，满足了高纯度的需求。
[0011]2、这种高纯度制氮机的两个吸附塔能快速自动切换使用，制氮效率较高。
[0012]3、这种高纯度制氮机中吸附塔排气管上装有优化设计的消音器，产生的噪音较小。
[0013]4、这种高纯度制氮机中吸附塔内碳分子筛的结构做出调整，使得碳分子筛的吸附效果提尚。
【附图说明】
[0014]图1为本发明高纯度制氮机的结构示意图。
[0015]图2为图1中空气压缩系统和空气净化系统的结构示意图。
[0016]图3为图1中变压吸附制氮系统的结构示意图。
[0017]图4为图3中吸附塔A的内部结构示意图。
[0018]图5为图3中吸附塔B的内部结构示意图。
[0019]图6为图4中上层碳分子筛的表面结构不意图。
[0020]图7为图4中下层碳分子筛的表面结构不意图。
[0021]图8为图3中消音器的结构示意图。
[0022]图9为图1中脱氧系统的结构示意图。
[0023]其中:空气压缩系统1、空压机2、球阀3、空气贮罐4、空气净化系统5、C级过滤器
6、冷冻干燥机7、T级过滤器8、Α级过滤器9、空气缓冲罐10、柱塞阀11、变压吸附制氮系统12、吸附塔Α13、上层碳分子筛13.1、下层碳分子筛13.2、吸附塔Β14、上层碳分子筛14.1、下层碳分子筛14.2、消音器15、筒体15.1、外消音筒15.2、中消音筒15.3、内消音筒15.4、棕垫15.5、针形阀16、单向节流阀17、氮气储罐18