一种低空耗富氮回收制氮装置的制作方法

本实用新型涉及一种制氮装置，具体涉及为一种低成本、低空耗产氮及产氮过程中产生的富氮回收提纯利用的装备。

背景技术：

PSA产氮技术通常由空压机提供一定压力的空气通过产氮机分子筛吸附，输出纯氮气体。因生产空气压力不可调、相同制取量低压下产氮机体积大、投资大、耗气高、成本大缺陷；现有工艺也存在需用纯氮置换吸附罐内不合格气体，直接排空，造成纯氮资源消耗；现有工艺也因常压解析、未能最大释放解析能力、导致分子筛吸附能力变弱，生产耗气大；现有工艺也因压力解析过程中前期富氮排空浪费现象和产生噪音污染；现有工艺也存在不合格氮气直接排放资源浪费等缺陷。

现有技术中国专利号201020237692.9公开的一种节能型产氮机，它包括反应塔、空气管道、氮气缓冲罐、精密过滤器和氮气流量计组成，该装置工作时：两个反应塔一个工作，一个再生。压缩空气通过空气管道进入正在工作的反应塔，在反应塔内生成氮气；氮气从反应塔出来通过空气管道进入氮气缓冲罐；一部分氮气通过空气管道进入未工作的反应塔，在反应塔内自上而下经过碳分子筛床层，过滤掉不合格的氮气，合格的氮气从该反应塔的下部进入空气管道，再经过空气管道口的消音器排入大气当中；上述节能型产氮机的缺点包括：

1.用合格氮气过滤掉不合格氮气、增加合格氮气的消耗、增加运行成本；

2.用合格氮气过滤掉不合格氮气、排入大气中、富氮气体未回收利用、造成浪费、增加运行成本；

3.消音器放空、产生环境噪音污染；

现有技术中国专利号201310592973.4公开的一种具有回收富氧气体功能的制氮机，它包括通过管道连接的第一吸附塔、第二吸附塔以及消音器，所述制氮机还包括用于回收富氧气体的回收装置，该装置将排空的富氧加压回收利用；上述回收富氧气体功能的制氮机的缺点包括：

1.上述排出的富氧通过加压进入后道压缩空气系统中，对氧含量要求的工况不适应；

2.制氮机刚开始带有一定压力解析时，排出为富氮气体；当压力下降至常压时分子筛排出吸附的氧气；上述回收富氧气体功能的制氮机并未对解析前期富氮气体回收提纯利用、增加运行成本；

3.产氮机解析通过消音器放空、产生环境噪音污染；

当然，现有技术中还存在，

1.制氮机排出的氮气经纯度分析仪检测后，不合格的氮气直接排入大气中，未回收提纯利用、造成资源的浪费；

2.从生产系统压缩空气中取出一部分压缩空气制氮，其压力受生产系统决定、无法调节，造成制氮设备体积大、投资大、产氮低等缺陷。

技术实现要素：

技术问题：本实用新型目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种由空气增压系统、负压解析系统、富氮回收系统组成的低空耗富氮回收制氮装置。

该装置可相同产氮下设备体积减小、投资降低；可取消消音器消除环境噪音污染；对产氮排出不合格氮气进行回收、提纯利用；克服可原富氮资源浪费、空气压力不可调、常压解析、环境噪音污染等缺陷；

技术方案：本实用新型的一种低空耗富氮回收制氮装置包括空气增压系统、负压解析系统、富氮回收系统、产氮系统、检测系统组成；其中，产氮A罐与产氮B罐的上部通过串联的第一出氮阀、第二出氮阀连接，中部通过平衡阀连接，下部分别通过串联的第一进气阀、第二进气阀和串联的第一排放阀、第二排放阀连接，串联的第一进气阀、第二进气阀与串联的第一排放阀、第二排放阀相并联；

空气增压系统、富氮回收系统的进气口分别通过进气管接第一进气阀、第二进气阀的中间，负压解析系统、富氮回收系统的出气口分别通过管路接第一排放阀、第二排放阀的中间；

氮气缓冲罐的上部通过氮气管接第一出氮阀、第二出氮阀的中间，氮气缓冲罐的下部顺序通过纯度分析仪、排气阀、排气管接富氮回收系统的富氮储罐上。

所述的空气增压系统包括空压机、空气管、压缩空气罐、出气管、出气阀、增压泵、泵切断阀、第一压力传感器、增压传感器；空压机通过空气管连接到压缩空气罐提供压缩空气；压缩空气罐的一个出气口通过出气管、出气阀连接到出气管路；压缩空气罐的另一个出气口顺序通过增压泵和泵切断阀连接到进气管；第一压力传感器固定在压缩空气罐上；增压传感器固定在出气管路上。

所述的负压解析系统包括串联连接的解析切断阀、真空泵、放空管。

所述的富氮回收系统包括顺序串联连接的富氮进气阀、富氮储罐、加压阀、加压泵、第二压力传感器，富氮进气阀的进口接管路，第二压力传感器(3.5)安装在管路上；加压泵的出口接进气管，富氮罐压力开关位于富氮储罐上。

有益效果：本实用新型优点在于结构新颖，采用一种由空气增压系统、负压解析系统、富氮回收系统组成的低空耗富氮回收制氮装置及制取方法。

该装置采用空气增压系统：利用分子筛随压力增加、吸附能力提升的特性，采用空气进入产氮罐平衡后再次增压提高系统压力，提升产氮，可相同产氮下设备体积减小、投资降低；

该装置采用负压解析系统，对解析过程细化、真空泵使分子筛由常压解析转为负压解析、进一步释放分子筛吸附的氧含量：提高后续氧吸附能力；同时负压解析系统可省却原系统纯氮置换残留不合格氮气装置，可取消消音器消除环境噪音污染；

该装置采用富氮回收系统：对解析过程细化、回收压力降至常压过程中排出的富氮气体进一步提纯利用；

该装置采用富氧回收系统：对产氮排出不合格氮气进行回收、提纯利用；

通过空气增压系统、负压解析系统、可使制氮装置体积小、效率高、投资低；富氮回收系统可将回收富氮再次输送制氮装置提纯，降低源头压缩空气的消耗，实现节能、低空耗、富氮回收利用的目的。克服可原富氮资源浪费、空气压力不可调、常压解析、环境噪音污染等缺陷。

附图说明

图1为本实用新型一种低空耗回收产氮装备的示意图；

图2为图1空气增压系统的示意图；

图3为图1负压解析系统的示意图；

图4为图1富氮回收系统的示意图；

其中包括：空气增压系统1、负压解析系统2、富氮回收系统3、出气管路4、产氮A罐5、第一进气阀6、第二进气阀7、第一排放阀8、第二排放阀9、第一出氮阀10、第二出氮阀11、平衡阀12、产氮B罐13、氮气管14、氮气缓冲罐15、纯度分析仪16、输出阀17、排气阀18、排气管19、管路20、控制柜21。

空气增压系统1包括：空压机1.1、空气管1.2、压缩空气罐1.3、出气管1.4、出气阀1.5、增压泵1.6、泵切断阀1.7、第一压力传感器1.8、增压传感器1.9。

负压解析系统2包括：解析切断阀2.1、真空泵2.2、放空管2.3。

富氮回收系统3包括：富氮进气阀3.1、富氮储罐3.2、加压阀3.3、加压泵 3.4、第二压力传感器3.5、富氮罐压力开关3.6。

具体实施方式

本实用新型采用一种由空气增压系统、负压解析系统、富氮回收系统组成的低空耗富氮回收制氮装置。

该装置采用空气增压系统：利用分子筛随压力增加、吸附能力提升的特性，采用空气进入产氮罐平衡后再次增压提高系统压力，提升产氮，可相同产氮下设备体积减小、投资降低；

该装置采用负压解析系统，对解析过程细化、真空泵使分子筛由常压解析转为负压解析、进一步释放分子筛吸附的氧含量：提高后续氧吸附能力；同时负压解析系统可省却原系统纯氮置换残留不合格氮气装置，可取消消音器消除环境噪音污染；

该装置采用富氮回收系统：对解析过程细化、回收压力降至常压过程中排出的富氮气体进一步提纯利用；回收排放的不合格氮气；通过加压泵再次输送制氮装置提纯，降低源头压缩空气的消耗，实现节能、低空耗、富氮回收利用的目的。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。

本实用新型的一种低空耗回收产氮装置包括空气增压系统1、负压解析系统2、富氮回收系统3、产氮系统、检测系统组成；

所述的空气增压系统1包括空压机1.1、空气管1.2、压缩空气罐1.3、出气管1.4、出气阀1.5、增压泵1.6、泵切断阀1.7、第一压力传感器1.8、增压传感器1.9。空压机1.1与空气管1.2连接向压缩空气罐1.3提供压缩空气；出气管 1.4和出气阀1.5连接在压缩空气罐1.3上；增压泵1.6和切断阀1.7与压缩空气罐1.3连接；第一压力传感器1.8固定在压缩空气罐1.3上；增压传感器1.9固定在出气管路4上；

所述的负压解析系统2包括解析切断阀2.1、真空泵2.2、放空管2.3。解析切断阀2.1、真空泵2.2、放空管2.3与产氮系统管路20连接；

所述的富氮回收系统包括富氮进气阀3.1、富氮储罐3.2、加压阀3.3、加压泵3.4、第二压力传感器3.5、富氮罐压力开关3.6。富氮进气阀3.1连接着富氮储罐3.2与、管路20；第二压力传感器3.5安装在管路20上；加压阀3.3固定在富氮储罐3.2出口；加压泵3.4连接着加压阀3.3和出气管路4；

所述的产氮系统包括出气管路4、产氮A罐5、第一进气阀6、第二进气阀7、第一排放阀8、第二排放阀9、第一出氮阀10、第二出氮阀11、平衡阀12、产氮 B罐13、氮气管14、管路20。出气管路4与第一进气阀6、第二进气阀7连接固定在产氮罐底部；氮气管14与第一出氮阀10、第二出氮阀11连接固定在产氮罐顶部；管路20与第一排放阀8、第二排放阀9连接安装在产氮罐底部；平衡阀12 连接产氮A罐5、产氮B罐13中部；

所述的氮气检测系统包括氮气缓冲罐15、纯度分析仪16、输出阀17、排气阀 18、排气管19。氮气管14与氮气缓冲罐15连接；纯氮分析仪固定在氮气缓冲罐 15上；与纯氮分析仪出口连接的输出阀17与生产系统连接；与纯氮分析仪出口连接的排放阀18通过排气管19与富氮回收系统3连接；

本实用新型的低空耗富氮回收制氮的方法，具体步骤如下：

1.空气增压系统1中空压机1.1通过空气管1.2向压缩空气罐1.3提供压缩空气；控制柜21打开出气阀1.5、压缩空气从出气管1.4经出气阀1.5向出气管路4供气，打开第一进气阀6出气管路4向产氮系统吸附产氮A罐5提供压缩空气；当产氮A罐5压力与压缩空气罐1.3平衡时，关闭出气阀1.5、打开泵切断阀 1.7、启动增压泵1.6向吸附产氮A罐5供气加压；当吸附产氮A罐5压力达到设定压力时，出气管路4上增压传感器1.9反馈关闭切断阀1.6并停止增压泵1.6、关闭第一进气阀6，此时产氮A罐5进入增压吸附状态；

2.产氮A罐5吸附上述进入的压缩空气中氧气，达到设定时间后、第一出氮阀10打开、氮气经氮气管14进入氮气缓冲罐15，经纯度分析仪16检测、合格氮气打开输出阀17进入生产系统，不合格氮气打开排气阀18通过排气管19进入富氮回收系统富氮储罐中；

3.产氮A罐5完成氮气排出后、关闭第一出氮阀10、产氮A罐5进入解压吸附状态。平衡阀12开启、平衡产氮A罐5与产氮B罐13压力后关闭平衡阀12；

4.产氮A罐5压力平衡后打开排放阀8和富氮进气阀3.1。产氮A罐5通过压差将富氮气体经管路20排进常压状态下富氮储罐3.2中；随着产氮A罐5压力下降达到第二压力传感器3.5设定值关闭富氮进气阀3.1；

5.第二压力传感器3.5达设定值，开启解析切断阀2.1和真空泵2.2开启，由真空泵2.2抽产氮A罐5至设定负压，在压力下降过程中产氮A罐5内解析出的氧气通过真空泵2.2经放空管2.3排空；

6.产氮A罐5解析过程时，产氮B罐13进入吸附状态。控制柜21打开第二进气阀7、加压阀3.3、开启加压泵3.4，将富氮储罐3.2中上述步骤2、步骤4 收集的富氮通过加压泵3.4经出气管路4、第二进气阀7进入产氮B罐13中；当富氮罐压力开关3.6达设定值、切断加压阀3.3、停止加压泵3.4；

7.控制柜21打开出气阀1.5、压缩空气从出气管1.4经出气阀1.5向出气管路4补气，当产氮B罐13压力与压缩空气罐1.3平衡时，关闭出气阀1.5、打开泵切断阀1.7、启动增压泵1.6向吸附产氮B罐13供气加压；当吸附产氮B罐13 压力达到设定压力时，出气管路4上增压传感器1.9反馈关闭切断阀1.6并停止增压泵1.6、关闭进气阀6，此时产氮B罐13进入增压吸附状态；

8.产氮B罐13吸附上述进入的压缩空气中氧气，达到设定时间后、第二出氮阀11打开、氮气经氮气管14进入氮气缓冲罐15，经纯度分析仪16检测、合格氮气打开输出阀17进入生产系统，不合格氮气打开排气阀18通过排气管19进入富氮回收系统富氮储罐中；

9.产氮B罐13完成氮气排出后、关闭第二出氮阀11、产氮B罐13进入解析状态。平衡阀12开启、平衡产氮A罐5与产氮B罐13压力后关闭平衡阀12；

10.产氮B罐13负压解析过程重复上述4、5步骤完成产氮A罐5、产氮B罐 13一个周期循环。