专利名称：利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可制取高纯度氮气的装置，更具体地说，涉及一种利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置。
利用变压吸附原理从空气中制取氮气的传统设备是采用双填料塔结构，在两个填料塔之间利用一组各自带阀门的进气管路、产气管路和放气管路来控制两填料塔内的气体压力。首先控制压缩后的气体进入到填料塔内，在填料塔内经过升压和降压两种过程，升压时填料塔内的吸附剂吸附压缩空气中的氧气，而压缩空气中的氮气则成为产品气体从产气管路中输出；降压时填料塔内由吸附剂所吸附的氧气被解析出来，并从放气管路中排出。通过设于各管路上的阀门，使其中一填料塔在升压吸附并产生氮气时，另一填料塔处于降压解析和放气状态，等待进行下一次的升压吸附。如此周而复始地循环，从而不断产生氮气。
在上述产生氮气的过程中，由于气体压力、流量和气体组分均在不断地变化，从而导致使用传统设备来生产高纯度氮气时就会受到制约，同时因不能准确控制气体的组分、压力和流量，从而导致生产氮气的效率降低，并且消耗掉较高的能量。
为解决上述所存在的不足，本实用新型的目的是在于提供一种可有效地控制气体组分、压力和流量，从而利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置。
本实用新型的另一目的在于提供一种可直接生产出PPM级高纯度的氮气，并且还可提高生产效率、快速产气的装置。
为了解决上述目的，本实用新型中利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置主要由两个并列设置的、内部装满吸附剂的填料塔组成。两个填料塔通过进气管路、放气管路、产气管路、上串气管路、下串气管路进行连接，并位于上述管路的两端。进气管路、放气管路和产气管路均有三个连接端口，其中两个端口分别连接于两个填料塔的下口或上口，而另一端口通过一手动流量控制阀与各自的外围设备相连接；上串气管路和下串气管路各有两个端口，也分别与两填料塔的上口和下口相连接。同时，在所述各管路中均设有各自的控制阀，以控制两填料塔内的气体压力、流量和组分，并可在两填料塔之间进行转换。
为了进一步提高该装置的产气效率和所产氮气的纯度，最好在上述两个填料塔的中部增设一中串气管路，并在上串气管路、下串气管路和中串气管路中增设一手动流量控制阀。
根据氧气在填料塔内被吸附的量值不同，最好将中串气管路的端口设于以填料塔的下底端为起点，在填料塔的全长的2/5位置处。
另外，在产气管路中的手动流量阀处并联有由一单向阀和一手动流量控制阀组成的旁路。
另外，所述控制阀可以是气动截止阀；而手动流量控制阀可以是球阀，也可以是蝶阀或针型阀。
本实用新型中利用吸附原理来制取氮气的装置是这样来实现其生产氮气的，首先导通其中一个填料塔(A)两端的进气管路和产气管路，将压缩空气输入到此填料塔(A)内，当压缩空气流经吸附剂时，在压力的作用下，使压缩空气中的氧气被吸附；而未被吸附的氮气则进入到产气管路中，从而完成吸附分离过程。此时另一填料塔(B)的放气管路处于导通状态，放空填料塔(B)内的气体。经一定时间后，当填料塔(A)内吸附剂的吸附量即将达到饱和时，使所有管路中的气动截止阀门处于关闭状态。此时填料塔(A)内的压力较高，而另一填料塔(B)内的压力较低。为了提高气体的回收率，降低气体消耗，接着依次导通上串气管路、中串气管路和下串气管路，将压力较高的填料塔(A)内的气体传输到低压力较低的填料塔(B)内，并通过手动流量控制阀控制压力较低的填料塔(B)内气体的组分、压力和流量。在完成气体压力转换后，导通填料塔(B)的进气管路和产气管路，对填料塔(B)进行升压，对压缩空气进行吸附分离。同时填料塔(A)的放气管路被导通，进行降压解析并放空填料塔(A)内的气体。待填料塔(B)经一定时间后，当其内部吸附剂的吸附量即将到过饱和时，使所有管路中的气动截止阀处于关闭状态。再依次导通上串气管路、中串气管路和下串气管路，将压力较高的填料塔(B)内的气体传输到压力较低的填料塔(A)内，从而完成一个循环。如此循环往复，就会连续不断地生产氮气。
由于压缩后的空气进入到填料塔内与吸附剂结合时是在压力作用下作布朗运动的，从而使得分子小且活动剧烈的分子如氧分子被吸入到吸附剂内部，而分子大、活动力差的分子如氮气就穿过吸附剂的缝隙最终成为产品气。这势必在填料塔内形成气体组分不等的纯度梯度，即在填料塔底部氧气含量多，越往上氧气含量越少；根据产品气体的要求就必需控制顶部的氧气含量，因此本实新型中制取高纯度氮气的装置在填料塔中部增设有一中串气管路，并在各管路中增加有一手动流量控制阀。从而可以根据产品的纯度要求来控制各管路中气体的流量，尤其是上、中、下串气管路进入低压填料塔内的气体组分和流量，进而提高产品气体的纯度，并可达PPM级。同时减少了气体的消耗，从而降低了能量的消耗，提高了吸附剂的利用率。
下面将结合附图对本实用新型中的最佳实施例作进一步详细说明。
图1是本实用新型中利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置的结构示意图；图2是本实用新型中一个填料塔与各管路的接口位置示意图。
如
图1和图2所示，本实用新型中利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置主要有两个并列设置的填料塔A和B，该两个填料塔A和B内均装满有特定的吸附剂。在该两个填料塔A和B底部的下口3之间通过一进气管路1、一放气管路2和一下串气管路9相连通，其中进气管路1和放气管路2在两填料塔A和B之间均设有两个气动截止阀12，并在两气动截止阀12之间，进气管路1和放气管路2均各自延伸出一与外围设备相连的导气管，并在各自的导气管路上设有一球阀13；在下串气管路9上设有一气动截止阀12和一球阀13。
两填料塔A和B顶部的上口5之间通过一产气管路6和一上串气管路7相连通，其中主气管路6与进气管路1、放气管路2相似，其在管路中部也设有两个气动截止阀12，并在该两气动截止阀12之间延伸出一与外围设备相连的导气管，并在该导气管上设有一球阀13，同时在该球阀13处并联有一由单向控制阀15和球阀14组成的旁路；而上串气管路7与下串气管路9相似，在其管路上设有一气动截止阀12和一球阀13。
两填料塔A和B的中部设有一中串气管路8，该中串气管路8的两端与两填料塔A和B离底部全长的2/5(如图2所示)处所设的出口4相连通，并在该中串气管路8中设有一气动截止阀12和一球阀13。
在进行制取高纯度氮气时，首先导通一个填料塔A的进气管路1和产气管路6，将经过压缩的空气输入到填料塔A，在压力作用下，使压缩空气中的氧气被吸附剂所吸附，而未被吸附的则进入到产气管路6中。此时，导通另一填料塔B的放气管路2，放空填料塔B内的气体。经一定时间后，当填料塔A内吸附剂的吸附量即将达到饱和时，使所有管路中的气动截止阀12处于关闭状态。此时，填料塔B内的压力低，另一填料塔A内的压力高，为了提高气体的回收率，降低气体消耗，依次导通上串气管路7、中串气管路8和下串气管路9，将压力较高的填料塔A内的气体传输到压力较低的填料塔B内，并通过球阀13控制填料塔A流向填料塔B中的气体组分、压力和流量。在完成气体压力转换后，关闭上串气管路7、中串气管路8和下串气管路9中的气动截止阀12，再导通填料塔B的进气管路1和产气管路6，对填料塔B进行升压，同时填料塔A的放气管路2被导通，进行降压并放空填料塔A内的气体。待一段时间后，当填料塔B内的吸附剂的吸附量即将到达饱和时，使所有管路中的气动截止阀12处于关闭状态，再依次导通上串气管路7、中串气管路8和下串气管路9，将压力较高的填料塔B内的气体传输到压力较低的填料塔A内，从而完成一个循环。如此循环往复，就会连续不断地生产氮气。
权利要求1.一种利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置，主要包括有两个并列设置的、且在其内部装满吸附剂的填料塔，在两个填料塔之间通过设有阀门的进气管路、放气管路、产气管路相连接，所述管路在管路中部还延伸有一与外围设备相连结的通气管路，其特征在于两个填料塔的上部和下部分别通过上串气管路和下串气管路进行再次连通，并在上串气管路和下串气管路中间设有控制阀。
2.根据权利要求1中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述两个并列的填料塔中部设有一连通所述填料塔的中串气管路，并在该中串气管路上设有控制阀。
3.根据权利要求1或2中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述控制阀为气动截止阀。
4.根据权利要求2中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述中串气管路位于两填料塔从底部往上，其全长的2/5位置处。
5.根据权利要求1中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述产气管路的导气管路上并联有由一单向阀和一手动流量控制阀组成的旁路。
6.根据权利要求1或2中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述上串气管路、中串气管路和下串气管路在其各自的管路中间增设有一手动流量控制阀。
7.根据权利要求6中所述的制取高纯度氮气的装置，其特征在于所述手动流量控制阀为球阀、蝶阀或针型阀。
专利摘要本实用新型公开了一种利用变压吸附原理来制取高纯度氮气的装置,该装置主要包括两个装满吸附剂的填料塔。在两填料塔之间设有进气管路、产气管路、放气管路、上,中,下串气管路,通过设在各管路上的气动截止阀和手动控制阀来控制填料塔内的气体组份、压力和流量。从而直接制取可达PPM级的高纯度氮气,并且在制取高纯度氮气过程中气体耗量低,电能耗量下降。
文档编号C01B21/00GK2470339SQ01204480
公开日2002年1月9日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者金翠兰, 管申, 张新宁 申请人:金翠兰