专利名称：煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于煤矿井下可移动的能够直接分离空气 制取氮气的煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备。背聚技术矿井氮气防灭火实质是向采空区氧化带内或火区内注入一定量的氮气，使其氧含量降到5%以下，达到防灭火和抑制瓦斯爆炸的目的。 与矿井其它防灭火方法相比，用氮气防灭火技术优于传统注浆防灭火 技术；注氮工艺快捷、迅速。氮气可迅速渗透充满到采空区氧化带内 或火区的各角落。而注浆工艺，由于浆体在采空区氧化带内或火区的 流动受地板不平，顶板冒落堆集不均等因素影响，会形成"流动沟"， 因而不能均匀、全面地覆盖在"煤体"表面，未能真正起到"隔绝" 氧气，防止煤炭氧化自燃的作用。故此，氮气防灭技术有其更好的效 果。变压吸附技术是近十几年发展起来的一项用于气体净化、分离与 提纯的新技术。该技术设备简单、操作方便、自动化程度高、投资少、 产气快等优点，得到了广泛的应用，煤矿的防火就是其中的一项重要 领域。变压吸附碳分子筛制氮原理 02和N2都是非极性分子，两者的动力学直径和沸点十分接近。由于分 子筛的位阻效应，具有微孔结构的碳分子筛对02和N2存在共吸附现 象。因此实现氧、氮分离是比较困难的。然而碳分子筛属于速度分离 型的吸附剂，02和N2在碳分子筛表面的扩散速度不同，由于N2的动力 学直径大于02的动力学直径，所以02在碳分子筛表面的扩散速度大 于N2在碳分子筛表面的扩散速度。02优先被碳分子筛所吸附，而N2 从不吸附相中富集。PSA制氮运用了这一原理。组成加压吸附和减压 解吸的快速过程。从而获得产品氮气。 变压吸附分子筛制氮工艺流程经压縮净化后的空气进入装填有碳分子筛(CMS)的吸附塔。压 縮空气流经吸附塔，其间氧气分子被碳分子筛所吸附，氮气则富集在 不吸附相中，由吸附塔一端流出，进入N2储罐。经一段时间后，吸附 塔中碳分子筛吸附的氧饱和，必需再生。再生是通过停止吸附，降低 吸塔的压力，使被吸附的氧气从碳分子筛孔穴中释放出来。两个吸附 塔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。因吸附与解吸过 程是通过压力变化实现的，故该工艺称做变压吸附(PSA)现在设计使用的煤矿井下碳分子筛制氮装置主机吸附塔是卧式 的和固定式的。卧式吸附塔装填分子筛困难；且压紧装置复杂，长时 间运行易导致碳分子筛粉化、下沉，使压力空气走短路，继而氮气纯 度下降，检修维护复杂，使用寿命短，固定的制氮装置很难将氮气输 送到井下的每一个需要的角落，只能起到局部防火的作用。实用新型内審本实用新型的目的是设计一种可移动的，制氮主机采用立式四塔 结构的井下移动式制氮设备，克服卧式吸附塔装填分子筛困难，压紧 装置复杂、长时间运行易导致碳分子筛粉化、下沉、使压力空气走短 路，继而氮气纯度下降，同时可以随时方便的移动。本实用新型的具体方案是本制氮设备由空气压縮机，空气预处理 设备，制氮主机，成品氮气罐，四部平板矿车和外箱组成， 一台移动 式空气压縮机固定在第一辆平板矿车上；空气预处理设备固定在第二 辆平板矿车上，在平板矿车的前底板上固定一台冷凝器，由快接压力 软管与空气压縮机连接，两台冷凝器串联后与汽水分离器连接，汽水 分离器与一套双塔高效除油器连接，高效除油器与三台串连的过滤器连接，过滤器与空气储罐连接；制氮主机固定在第三辆平板矿车上， 采用立式四塔碳分子筛吸附塔结构，两塔为一运行组单元，每运行组 单元分别安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件分别由 快接压力软管与空气储罐连接，电器控制箱固定在制氮主机旁平板 上，在电器控制箱两端平板上装有两台消音器；氮气罐固定在第四辆 平板矿车上，氮气罐上安装一组包括有过滤器、出口调压阔、氮气纯 度检测仪、流量计和排空装置的氮气罐出气组件，氮气罐由快接压力 软管与上阀出气组件连接，外箱罩在设备外，四部平板矿车依次串联。 本实用新型所述的煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备，设计合 理，结构简单，操作方便，制氮主机采用立式碳分子筛四塔结构，克 服了卧式吸附塔的结构设计缺陷，即可密实装填碳分子筛，又易于压 紧，高径比合理，气体不可能走短路，吸附效率提高，氮气纯度有保 证，且能在调整供气量的同时，大范围的调定氮气纯度(即灭火时用 低纯度氮气；降氧时用高纯度氮气)。特别是保证了碳分子筛的使用 寿命，其吸附塔结构容易补装填，设备可以随意移动。附圉说明
图1煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备立面结构示意图。 图2煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备平面结构示意图。 其中l空气压縮机、2平板矿车、3冷凝器、4汽水分离器、5除油器、6空气储罐、7过滤器、8进气组件、9吸附塔、10电器控制箱、ll出气组件、12快接压力软管、13消音器、14氮气罐、15氮气罐出气组件、16外箱具体实施方式
下面根据附图对本实用新型所述的煤矿井下移动式碳分子筛制氮设 备结构进行详细的说明。本制氮设备由空气压縮机(1)，空气预处理设备，制氮主机，成品氮气罐(14)，四部平板矿车(2)和外箱(16)组成，将空气压縮 机(1)固定在第一辆平板矿车上；将空气预处理设备固定在第二辆 平板矿车上，在这辆平板矿车的最前面固定一台冷凝器(3)，分别由 快接压力软管(12)与空气压机相连接，冷凝器与一台汽水分离器(4) 连接，汽水分离器与一套双塔除油器(5)连接，除油器与三台串连 的过滤器(7)连接，过滤器与空气储罐(6)连接；在第三辆平板矿 车上固定四台立式碳分子筛吸附塔(9)，两塔为一运行组，每运行组 分别安装下阀进气组件(8)和上阀出气组件(11)，下阀进气组件分 别由快接压力软管与空气储罐连接，电器控制箱(10)固定在制氮主 机旁平板上，在电器控制箱两端平板上装有两台消音器(13);成品 氮气罐(14)固定在第四辆平板矿车上，氮气罐上安装一组包括有过 滤器、出口调压阀、氮气纯度检测仪、流量计和排空装置的氮气罐出 气组件(15)，氮气罐由快接压力软管与上阀出气组件连接，外箱罩 在设备外，四部平板矿车依次串联。第三辆平板矿车上固定的四台立式碳分子筛吸附塔结构采用 专利号为ZL200520022960.4所保护的结构，包括上、下阀出气组 件结构。空气压缩机型为MLGF/8。平板矿车为定轨距的煤矿用平 板矿车。氮气罐和空气罐设计压力为1.2Mpa。快接压力软管设计 压力为1.6Mpa。
权利要求1.一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备，由空气压缩机，空气预处理设备，制氮主机，成品氮气罐，四部平板矿车和外箱组成，其特征在于一台移动式空气压缩机固定在第一辆平板矿车上；空气预处理设备固定在第二辆平板矿车上，在平板矿车的前底板上固定一台冷凝器，由快接压力软管与空气压缩机连接，两台冷凝器串联后与汽水分离器连接，汽水分离器与一套双塔高效除油器连接，高效除油器与三台串连的过滤器连接，过滤器与空气储罐连接；制氮主机固定在第三辆平板矿车上，采用立式四塔碳分子筛吸附塔结构，两塔为一运行组单元，每运行组单元分别安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件分别由快接压力软管与空气储罐连接，电器控制箱固定在制氮主机旁平板上，在电器控制箱两端平板上装有两台消音器；氮气罐固定在第四辆平板矿车上，氮气罐上安装一组包括有过滤器、出口调压阀、氮气纯度检测仪、流量计和排空装置的氮气罐出气组件，氮气罐由快接压力软管与上阀出气组件连接，外箱罩在设备外，四部平板矿车依次串联。
专利摘要本实用新型涉及一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮设备，它是由空气压缩机，空气预处理设备，制氮主机，成品氮气罐，四部平板矿车和外箱组成，移动式空气压缩机连接冷凝器，冷凝器连接一台汽水分离器，汽水分离器连接一套除油器，除油器连接三台串连的过滤器，过滤器连接空气储罐，采用立式四塔碳分子筛吸附塔结构，两塔为一运行组，每运行组分别安装有下阀进气组件和上阀出气组件，下阀进气组件与空气储罐连接，上阀出气组件连接氮气罐，所有设备分装在四部依次串联的平板矿车上；本设备设计合理，结构简单，制氮主机采用立式碳分子筛四塔结构，操作方便，吸附效率高，制备的氮气纯度高，碳分子筛的使用寿命长，设备轻便，可以按需要随意移动。
文档编号C01B21/04GK201031144SQ20072010360
公开日2008年3月5日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者刘立群 申请人:刘立群