专利名称：一种便捷轻型膜分离制氮系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便捷轻型膜分离制氮系统。
背景技术：
目前市场上的制氮系统包括深冷空分制氮和分子筛空分制氮，深冷空分制氮是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气，但是深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢，安装要求高、周期较长，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20% 50%，其适用于大规模工业制氮，而中、小规模制氮显得不经济。分子筛空分制氮是以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮，但是其装置体积较大，设备安装周期较长，无法移动，产氮的纯度会随分子筛饱和而降低，需定期进行维护以保证氮气的纯度而更换移动组件和吸附剂，维护费用较高等缺点。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种便捷轻型膜分离制氮系统，以克服现有技术装置体积较大，设备安装周期较长，无法移动等方面的不足。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组、加热器和膜分离器组，所述过滤器组分别连接空气入口和空气输入压力表，过滤器组底端设有排水电磁阀，空气输入压力表连接进气控制压力开关和加热器，加热器上设有温度开关，进气控制压力开关和加热器均连接进气控制电磁阀、测温仪和出气控制压力开关，进气控制电磁阀连接减压阀和进气气动阀，进气气动阀连接温度开关、测温仪和膜分离器组；所述膜分离器组分别连接富氧气体输出口、纯度控制阀和采样控制阀，采样控制阀顺次连接样气减压阀、采样流量计以及相互并联的露点仪和氧分析仪，露点仪、氧分析仪以及纯度控制阀均连接废气排放电磁阀和氮气输出电磁阀，废气排放电磁阀连接废气输出口，氮气输出电磁阀连接单向阀，单向阀连接出气控制压力开关和背压阀，背压阀连接低压氮气压力表和制氮输出口 ；所述膜分离器组包括若干膜分离器，膜分离器由中空纤维构成。本实用新型的有益效果为系统最大工作压力为l.SMpa，氮气出口压力最大为1. OMpa,整体布局合理，结构紧凑，占地面积小；膜系统为柜式结构，重量轻，无需地基，方便与其它设备外连管线。所有设备符合工业标准的组合装置，或柜式结构，或安装在底座上，仅需现场简单连接管路和电源，无需专业安装和地基，使用电源规格是常用的 220V/3PH/50HZ。启动时间短，现场输入压缩空气后15分钟左右即可产生合格氮气。近100% 连续、稳定供应氮气利用现有的高压、干燥、洁净的压缩空气系统，选用膜分离制氮系统一静态、连续分离过程，不需定期更换移动部件和膜分离器组，在正常维护状态下，可以确保用户连续且可靠性近乎100%地使用合格氮气，下游配有氮气背压阀，可确保供气管网压力平稳。所有的硬体部件包括过滤器、膜分离器组、系统内管线等将按标准制作，内外表面将经过防腐处理，采用世界上最先进的膜分离器，使用寿命超过十年。与PSA不同，由于无阀门切换和吸附剂再生过程，静态、连续分离过程，不需定期更换移动组件和吸附剂，维修费用低。通过现场增加膜分离器组件可很容易地扩大系统的产氮量，并且制氮系统的设计都留有余量。系统开、停过程仅仅是压缩空气供、止过程。氮气纯度从95%到99. 9%连续可调。 保证膜制氮系统在高压工作下，氮气纯度与氮气流量的稳定一致性；氮气压力损失小，氮气压力与压缩空气的压力差小，可用氮气储罐存储。抗化学能力强，耐水及酸、碱性气体，耐温耐压，而且具有反吹脱污功能。具有脱水功能，产品氮气常压露点可达-60°C以下。完善的温控体系、齐全的保护措施等等配置尤其确保在低温环境、高纯度下的快速稳定供气，而且节能，同时提供完善的直接服务(良好的环境适应能力，在严寒地区可使用空间对流加热，使设备正常工作)。
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。图1是本实用新型实施例所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统接结构图。图中1、过滤器组；2、加热器；3、膜分离器组；4、空气入口 ；5、空气输入压力表；6、排水电磁阀；7、进气控制压力开关；8、温度开关；9、进气控制电磁阀；10、测温仪；11、出气控制压力开关；12、减压阀；13、进气气动阀；14、富氧气体输出口 ；15、纯度控制阀；16、采样控制阀；17、样气减压阀；18、采样流量计；19、露点仪；20、氧分析仪；21、废气排放电磁阀；22、 氮气输出电磁阀；23、废气输出口 ；24、单向阀；25、背压阀；26、低压氮气压力表；27、制氮输出口。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组1、加热器2和膜分离器组3，所述过滤器组1分别连接空气入口 4和空气输入压力表 5，过滤器组1底端设有排水电磁阀6，空气输入压力表5连接进气控制压力开关7和加热器 2，加热器2上设有温度开关8，进气控制压力开关7和加热器2均连接进气控制电磁阀9、 测温仪10和出气控制压力开关11，进气控制电磁阀9连接减压阀12和进气气动阀13，进气气动阀13连接温度开关8、测温仪10和膜分离器组3 ；所述膜分离器组3分别连接富氧气体输出口 14、纯度控制阀15和采样控制阀16，采样控制阀16顺次连接样气减压阀17、 采样流量计18以及相互并联的露点仪19和氧分析仪20，露点仪19、氧分析仪20以及纯度控制阀15均连接废气排放电磁阀21和氮气输出电磁阀22，废气排放电磁阀21连接废气输出口 23，氮气输出电磁阀22连接单向阀24，单向阀24连接出气控制压力开关7和背压阀25，背压阀25连接低压氮气压力表26和制氮输出口 27 ；所述膜分离器组3包括若干膜分离器，膜分离器由中空纤维构成。本实用新型所述的系统的工作原理是将空压机和稳压罐稳压后产生的压缩空气 (压力(Mpa，G)> 1. 3)置入膜制氮机前置的过滤器组1，脱除压缩空气中夹带的水和油和可
4能存在的微粒物质后，再经加热器3加热到最佳的操作温度后，进入膜分离器组2内的膜分离器的纤维管内，由于每个膜分离器由成千上万根中空纤维组成，使膜分离器组2在一个紧凑的空间里提供最大的分离面积，气体各组份在中空纤维内外腔(渗透侧)形成分压差， 当气流沿中空纤维内腔流动时，各组份在其分压差的推动下，渗透到丝外，使膜分离器以中空纤维膜的方式分离空气中的氮气；其中快气，如氧气会迅速渗透，所以丝外(渗透)气流量为富集氧气，被排放至大气中；而氮气、氩气等的溶解由于扩散速度较低，通过膜分离器的渗透速度较慢，因此管程(非渗透侧)气流为富集氮气；氮气的溶解扩散速度较低，通过膜分离器的渗透速度较慢，因此管程(非渗透侧)气流为富集氮气，氮气压力损失很小，产品氮的压力只略低于原料气的压力。根据用户使用的要求，由膜分离器分离产出> 99%纯度的氮气，并输入至氮气储存罐存储(容积0. 5Nm3，压力(Mpa，G)彡1.3)，经主管路输出并供用户使用；当发生停电或设备故障时，氮气存储罐开启并经主管路输出，供车间使用，若用氮量增大，用户可增加膜分离器组3。空压机是制氮系统的气源，采用喷油螺杆式空压机，内置冷干机；膜分离器是整个系统的核心设备，经过气动阀门控制进入到膜分离器组2，压缩空气在膜分离器组2的作用下把氧气和水分离出来并直接排出到外部，将氮气保留下来。具体使用时，开启本系统的空气开关，打开本系统的开启按钮，使制氮机处于开机状态，制氮机将根据逻辑控制自动运行；另外，用户需自备露点仪19和氧分析仪20 ；当输入膜分离器组3的空气压力低于膜分离器组3工作压力时，气体加热器2不工作，进气阀关闭；当输入膜分离器组3的空气压力达到膜分离器组3工作压力时，气体加热器2开始工作，进气阀打开；正常工作时，当输入膜分离器组3的空气压力再次低于需求压力时，气体加热器2延时30s关闭，进气阀延时45s关闭；当输入膜分离器组3的进气温度达到膜分离器组3需求温度时，控制气体的加热器2不工作；当空气温度低于膜分离器组3需求温度时，加热器2再次工作(用户可以设计成PID控制，通过控制气体加热器2电流来控制气体加热器2的加热功率，控制温度设置、 高温报警点和低温报警点)；露点仪19及氮气分析仪20用来分析膜分离器组2出口的氮气，当两项指标不合格时，废气排放电磁阀21处于开启状态，氮气输出电磁阀22处于关闭状态，废氮气自动排出；当两项指标都合格时，自动关闭废气排放电磁阀21，开启氮气输出电磁阀22，合格氮气自动输出；当系统正常运行时，输出的合格氮气压力过高时，气体加热器2延时IOs关闭， 进气阀延时25s关闭；输出的合格氮气压力回复到正常值时，气体加热器2、进气阀重新开启；当系统需要停机时，按下制氮机的停止按钮，气体加热器2关闭，进气阀延时15s 关闭，而废气排放电磁阀21、氮气输出电磁阀22将根据氮气指标自动控制其开关状态；如果压缩空气的水分含量不是很高(露点在;Tl(TC),系统在正常运行情况下，每半小时应开启排水电磁阀6，开启十秒后关闭即可(可以设计成逻辑自动控制)；如果压缩空气的水分含量较高(露点> 10°C)，系统在正常运行情况下，每十分钟或是更短的时间内应该按顺序开启排水电磁阀6;当制氮机处于温度较低的环境下时，制氮机开机前应先加热制氮机的机箱，待机箱温度达到要求时，制氮机才可以开始工作；用户可以根据自己的需要设定环境温度传感器需要控制的温度，来控制机箱加热器2的启停，温度一般设定在5°C ；当制氮机在开机按钮按下一小时后仍然产不出合格氮气时，会自动关闭系统，并检查系统出现的问题；用户可以根据自己的需要设置制氮机报警显示及紧急停止按钮，当制氮机按钮处于开机状态时，任何一个使制氮机停机的要素都会反映到制氮机报警显示中去；用户可根据自己的实际用气情况，来设置制氮机紧急停止按钮的连锁控制。本实用新型实施的必要条件如下
权利要求1.一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组(1)、加热器(2)和膜分离器组(3)，其特征在于所述过滤器组(1)分别连接空气入口(4)和空气输入压力表(5)，过滤器组(1)底端设有排水电磁阀(6)，空气输入压力表(5)连接进气控制压力开关(7)和加热器(2)，进气控制压力开关(7)和加热器(2)均连接进气控制电磁阀(9)、测温仪(10)和出气控制压力开关(11)，进气控制电磁阀(9)连接减压阀(12)和进气气动阀(13)，进气气动阀(13)连接测温仪(10)和膜分离器组(3);膜分离器组(3)分别连接富氧气体输出口(14)、纯度控制阀 (15)和采样控制阀(16)，采样控制阀(16)顺次连接样气减压阀(17)、采样流量计(18)以及相互并联的露点仪(19)和氧分析仪(20)，露点仪(19)、氧分析仪(20)以及纯度控制阀(15) 均连接废气排放电磁阀(21)和氮气输出电磁阀(22)，废气排放电磁阀(21)连接废气输出口(23)，氮气输出电磁阀(22)连接单向阀(24)，单向阀(24)连接出气控制压力开关(7)和背压阀(25 )，背压阀(25 )连接低压氮气压力表(26 )和制氮输出口( 27 )。
2.根据权利要求1所述的一种便捷轻型膜分离制氮系统，其特征在于加热器(2)上设有温度开关(8 )，进气气动阀(13 )连接温度开关(8 )。
专利摘要本实用新型涉及一种便捷轻型膜分离制氮系统，包括过滤器组、加热器和膜分离器，所述过滤器组连接空气入口和空气输入压力表，空气输入压力表连接进气控制压力开关和加热器，进气控制压力开关和加热器均连接进气控制电磁阀、测温仪和出气控制压力开关；所述膜分离器组分别连接富氧气体输出口、纯度控制阀和采样控制阀，采样控制阀顺次连接样气减压阀、采样流量计以及相互并联的露点仪和氧分析仪，露点仪、氧分析仪以及纯度控制阀均连接废气排放电磁阀和氮气输出电磁阀。本实用新型的有益效果为工艺过程简单；易于安装和启动；启动时间短；使用寿命长；具有脱水功能，产品氮气常压露点可达-60℃以下。
文档编号C01B21/04GK202246066SQ20112028792
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者巩宁峰 申请人:巩宁峰