一种膜分离与变压吸附组合式制氮系统的制作方法
【专利摘要】一种膜分离与变压吸附组合式制氮系统，由空气缓冲罐、空气处理系统、膜分离制氮机、自动排空系统、变压吸附制氮机以及成品氮气储罐依次连接而成，所述空气处理系统包括冷凝器以及电加热器，所述变压吸附制氮机底部设有进气阀，所述变压吸附制氮机体内进气阀上端安装有气流分布板，气流分布板上端安装有向下凹的筛板，所述筛板上端安装有分子筛，所述自动排空系统由氧分析仪以及PLC自动控制系统组成，其中PLC自动控制系统分别控制两台变压吸附制氮机。本实用新型克服了传统制氮机成本高昂、维修困难、能源消耗高的技术难题，通过采用将膜分离制氮机及变压吸附制氮机两项工艺进行结合，去掉了原来的冷干机部分，省电的同时，降低了故障率。
【专利说明】一种膜分离与变压吸附组合式制氮系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及制氮系统领域，具体涉及一种膜分离与变压吸附组合式制氮系 统。
【背景技术】
[0002] 气调贮藏（可简称"CA"）是在冷藏基础上增加气体成分调节，通过对贮藏环境中 温度、湿度、二氧化碳、氧浓度和乙烯浓度等条件的控制、抑制果蔬的呼吸作用延缓新陈代 谢过程，能更好的保持果蔬的鲜度和商品性，延长贮藏期和销售货架期。气调库的主要设备 有制氮机，以空气为原料，利用空气物理特性，将空气中的氧和氮分离主要有深冷空分法、 碳分筛变压吸附法（PSA)和膜分离法等三种制氮方法，有膜分离制氮机和变压吸附制氮机 两种制氮机。
[0003] 目前市场上的膜分离制氮机需要的空氮比高，并且由于膜组等部件是进口产品， 因此整套设备单价很高，简单的一根膜组就需要20000元左右，通常50立方米/小时的制 氮机组需要3-4根膜组，加上其他配套设备，造价在20多万，成本居高不下，使客户接受起 来较为困难。
[0004] 高纯度的变压吸附制氮机需要采用进口碳碳分子筛，制造工艺比较复杂，以99% 纯度的制氮机为例，50立方米/小时流量的制氮机，单独碳分子筛成本大约是3万多（国产 碳分子筛适用于低纯制氮机使用），虽然总造价比膜分离制氮机低，但是成本还是较高。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种膜分离与变压吸附组 合式制氮系统，目的在于结合以上两种制氮方式的优点，摒弃高成本，同时又能达到氮气制 作的效果。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种膜分离与变压吸附组合式制氮系统，由空气缓冲罐、空气处理系统、膜分离制 氮机、自动排空系统、两台变压吸附制氮机以及成品氮气储罐依次连接而成，所述空气处理 系统包括冷凝器以及电加热器，所述变压吸附制氮机底部设有进气阀，所述变压吸附制氮 机体内进气阀上端安装有气流分布板，气流分布板上端安装有向下凹的筛板，所述筛板上 均匀钻有3毫米直径小孔，且该小孔呈等腰三角形分布，所述筛板上端安装有分子筛，所述 自动排空系统由氧分析仪以及PLC自动控制系统组成，其中PLC自动控制系统分别控制两 台变压吸附制氮机。
[0008] 本实用新型的优点和经济效果是：
[0009] 1、本实用新型克服了传统制氮机成本高昂、维修困难、能源消耗高的技术难题，通 过采用将膜分离制氮机及变压吸附制氮机两项工艺进行结合，去掉了原来的冷干机部分， 省电的同时，降低了故障率。
[0010] 2、本实用新型通过采用进气阀处安装的气流分布板，从根本上解决了吸附塔下进 气流均匀分布，提高碳分子筛效率，有效降低吸附塔高度，
[0011] 3、本实用新型通过采用PLC自动控制系统控制两台变压吸附制氮机，使两塔交替 循环，以实现连续生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的连接关系示意图；
[0013] 图2为本实用新型变压吸附制氮机的结构示意图（局部剖视）；
[0014] 图3为本实用新型变压吸附制氮机的进气流向示意图；
[0015] 图4为本实用新型筛板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本实用 新型的保护范围。
[0017] 根据图1所示，一种膜分离与变压吸附组合式制氮系统，由空气缓冲罐、空气处理 系统、膜分离制氮机、自动排空系统、两台变压吸附制氮机以及成品氮气储罐依次连接而 成。而且，所述空气处理系统包括冷凝器以及电加热器。所述自动排空系统由氧分析仪以 及PLC自动控制系统组成，其中PLC自动控制系统分别控制两台变压吸附制氮机。
[0018] 压缩空气进入缓冲储罐，再经过空气处理系统处理后，进入膜组，采用膜分离技术 分离氮气，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中相对渗透速 率不同。根据这一特性，当混合气体在膜两侧压力差的作用下，渗透速率相对快的气体，如 水、氢气、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体，如氮 气、一氧化碳和氩气等气体则被滞留在膜的侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。空气 经膜分离技术分离出90-95%纯度的氮气，同时也去掉了压缩空气中的水份，然后进入吸附 塔，采用变压吸附技术对其进行加压吸附、减压脱附。通过膜分离制氮机把氮气纯度一次做 到90%左右，然后进入变压吸附制氮机，二次把纯度提升到99%以上，由于是从90-95%纯 度的氮气纯化到99%，因此需要的原料气、模组和碳分子筛用量相对减少很多，通过试验结 果证明，从成本和耗气量上都节约1/3左右。
[0019] 其中，当一台变压吸附制氮机完成加压吸附过程转换成另一台变压吸附制氮机加 压吸附时，两变压吸附制氮机之间压力比称之为不平衡均压比，本实用新型通过PLC自动 控制系统采用等势不平衡均压方式控制两台变压吸附制氮机，经过实验对比，在同一装置 同等外界条件下，当氮气纯度为99. 5%时等势不平衡均压方式较等势平衡均压方式，可提 高产氮能力11%左右，降低气耗比6%左右。在99. 9%时其产氮能力可提高20%左右，气 耗比降低12 %左右。在99. 99 %其产氮能力可提高23 %左右，气耗比降低13 %左右。
[0020] 根据图2、3、4所示，所述变压吸附制氮机底部设有进气阀4,所述变压吸附制氮机 体内进气阀上端安装有气流分布板3,气流分布板上端安装有向下凹的筛板2,所述筛板上 均匀钻有3毫米直径小孔5,且该小孔呈等腰三角形分布，所述筛板上端安装有碳分子筛1。 通过采用气流分布板，从根本上解决了吸附塔下进气流均匀分布，提高碳分子筛效率，有效 降低吸附塔高度。有效延长制氮机筛板和碳分子筛的寿命，提高空气利用效率，同时减少了 机体下部无用空间，空间利用率较原来增加了 3/5,因此有效降低了直边筒体的高度，降低 了压力容器成本和运输高度问题。具有高效节能、成本低、寿命长等特点。
[0021] 从进气阀进入的压缩空气在碰到气流分布板后，反射到机体底部，在从机体底部 形成弧形均匀反射流向下凹的筛板，筛板上均匀钻有3毫米直径小孔，呈等腰三角形分布， 二次反射后的压缩空气透过均匀布置的筛板，沿着一定角度进入碳分子筛，碰到吸附机体 内壁后再反射回机体内，同时有另一部分压缩空气直接上升，如此，使碳分子筛三维吸附， 提高了碳分子筛的使用效率，尽量消除机体内死角空间。同时由于压缩空气是通过二次反 射后进入的碳分子筛，有效地降低了对筛板和筛网的冲击，有效延长制氮机筛板和碳分子 筛的寿命。
【权利要求】
1. 一种膜分离与变压吸附组合式制氮系统，其特征在于：由空气缓冲罐、空气处理系 统、膜分离制氮机、自动排空系统、两台变压吸附制氮机以及成品氮气储罐依次连接而成， 所述空气处理系统包括冷凝器以及电加热器，所述变压吸附制氮机底部设有进气阀，所述 变压吸附制氮机体内进气阀上端安装有气流分布板，气流分布板上端安装有向下凹的筛 板，所述筛板上均匀钻有3毫米直径小孔，且该小孔呈等腰三角形分布，所述筛板上端安装 有分子筛，所述自动排空系统由氧分析仪以及PLC自动控制系统组成，其中PLC自动控制系 统分别控制两台变压吸附制氮机。
【文档编号】C01B21/04GK203998957SQ201320787921
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】任天祥 申请人:天津市利源捷能气调保鲜设备有限公司