一种变压吸附制氮与干燥一体式节能装置和方法与流程

本发明涉及制氮技术领域，尤其涉及一种变压吸附制氮与干燥一体式节能装置和方法。

背景技术：

变压吸附制氮的原理是通过吸附剂（碳分子筛）在不同压力下对空气中的氧、氮的吸附量不同而制取氮气的，在压力升高时，吸附大量氧气，产品氮气通过床层，在压力降低时，对氧气的吸附量变小，被吸附的氧气被脱附放空。吸附剂是制氮设备的核心部分，压缩空气中的水、油过多都会导致吸附剂的吸附效果衰退。压缩空气的脱水处理一般使用冷冻式干燥机和吸附式干燥机（微热再生干燥机），冷冻式干燥机处理后的气体压力露点为2~10℃，吸附剂在使用二三后效果衰退明显；微热再生干燥机处理后的气体压力露点为-20~-30℃，可保证吸附剂八年以上的使用寿命，但吸附式干燥机需要再生气耗（6~12%），增加变压吸附制氮的能耗。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：微热再生干燥机处理后的气体压力露点为-20~-30℃，可保证吸附剂八年以上的使用寿命，但吸附式干燥机需要再生气耗（6~12%），增加变压吸附制氮的能耗，而提出的一种变压吸附制氮与干燥一体式节能装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种变压吸附制氮与干燥一体式节能装置，包括进气管，所述进气管的左右两侧固定连通有第一控制阀门和第二控制阀门，所述第一控制阀门的左侧通过三通管道固定连通有第三控制阀门和第一干燥塔，所述第二控制阀门的右侧通过三通管道固定连通有第四控制阀门和第二干燥塔，所述第三控制阀门的右侧和第四控制阀门的左侧均通过三通管道固定连通有第一消音器，所述第一干燥塔的顶部通过三通管道固定连通有第一止回阀和第三止回阀，所述第二干燥塔的顶部通过三通管道固定连通有第二止回阀和第四止回阀，所述第一止回阀的右侧和第二止回阀的左侧均通过三通管道固定连通有再生加热器，所述第三止回阀的右侧和第四止回阀的左侧均通过三通管道固定连通有空气缓冲罐。

所述再生加热器的右侧通过双通管道固定连通有第一手阀，所述第一手阀的右侧通过四通管道固定连通有第十控制阀门、第二手阀、第八控制阀门和第九控制阀门，所述第八控制阀门的右侧和第九控制阀门的左侧通过管道固定连通，所述第十控制阀门的底部和第二手阀的底部均通过三通管道固定连通有第二消音器。

所述空气缓冲罐的右侧通过双通管道固定连通有第五控制阀门，所述第五控制阀门的右侧通过三通管道固定连通有第六控制阀门和第七控制阀门，所述第六控制阀门的左侧和第八控制阀门的左侧均通过三通管道固定连通有第一吸附塔，所述第七控制阀门的右侧和第九控制阀门的右侧均通过三通管道固定连通有第二吸附塔，所述第一吸附塔的底部通过双通管道固定连通有第十一控制阀门，所述第二吸附塔的底部通过双通管道固定连通有第十二控制阀门，所述第十一控制阀门的右侧和第十二控制阀门的左侧均通过三通管道固定连通有第十三控制阀门，所述第十三控制阀门的右侧通过双通管道固定连通有的氮气缓冲罐。

优选的，所述进气管为三通管。

优选的，所述氮气缓冲罐顶部为出气端，且氮气缓冲罐的底部为进气端。

优选的，所述第一干燥塔的底部和第二干燥塔的底部均为进气端，且第一干燥塔的顶部和第二干燥塔的顶部均为出气端。

优选的，所述第一吸附塔的底部和第二吸附塔的底部均为进气端，且第一吸附塔的顶部和第二吸附塔的顶部均为出气端。

优选的，所述空气缓冲罐的左侧为进气端，且空气缓冲罐的右侧为出气端。

优选的，所述氮气缓冲罐的顶部固定连通有主管道，所述主管道的右侧固定连通有次管道，所述次管道的内壁固定连接有支撑架，所述支撑架的内壁固定连接有密封柱，所述密封柱的表面滑动连接有密封环，所述密封环的表面与次管道的内壁滑动连接，所述密封环的右侧固定连接有弹簧，所述弹簧的右侧固定连接有挡环，所述挡环的表面与次管道的内壁固定连接。

优选的，所述次管道的右侧固定连通有质量流量计。

优选的，一种变压吸附制氮与干燥一体式节能方法：

步骤一：原料压缩空气经第一控制阀门进入第一干燥塔，第一干燥塔出来的洁净压缩空气经第三止回阀进入空气缓冲罐，同时从变压吸附制氮引起来的放空废气作为再生气经再生加热器后，经第二止回阀进入第二干燥塔吹扫再生。再生工作前部分时间再生加热器加热工作，对再生气进行升温，以利于第二干燥塔床层的解吸脱水，后部分时间再生加热器停止工作，再生气对第二干燥塔床层进行吹冷。吹扫出来的气体经第四控制阀门进入第一消音器放空；

第一干燥塔工作周期结束后，切换第二干燥塔工作。原料压缩空气经第二控制阀门进入第二干燥塔，第二干燥塔出来的洁净压缩空气经第四止回阀进入空气缓冲罐，同时从变压吸附制氮引起来的放空废气作为再生气经再生加热器后，经第一止回阀进入第一干燥塔吹扫再生。再生工作前部分时间再生加热器加热工作，对再生气进行升温，以利于第一干燥塔床层的解吸脱水，后部分时间再生加热器停止工作，再生气对第一干燥塔床层进行吹冷。吹扫出来的气体经第三控制阀门进入第一消音器放空；第一干燥塔和第二干燥塔交替进行上述的循环过程。

步骤二：空气缓冲罐中的洁净压缩空气经第五控制阀门和第六控制阀门进入第一吸附塔进行吸氧产氮，单吸附周期为40-60s，第一吸附塔出来的氮气第十一控制阀门和第十三控制阀门进入氮气缓冲罐供输出使用。同时第二吸附塔放空废气经第九控制阀门卸压放空，一部分气体经第一手阀进入第一干燥塔的再生管路；另一部分气体在吸附周期的前30-40s经第二手阀进入第二消音器放空，后10-20s第十控制阀门打开，加大第二吸附塔的放空速率，保证第二吸附塔的再生效果。

第一吸附塔吸附周期完成后，第一吸附塔中的气体由第六控制阀门、第七控制阀门、第十一控制阀门和第十二控制阀门，分二路进入第二吸附塔，对第二吸附塔进行均压。

均压完成后，空气缓冲罐中的洁净压缩空气经第五控制阀门和第七控制阀门进入第二吸附塔进行吸氧产氮，单吸附周期为40-60s，第二吸附塔出来的氮气第十二控制阀门和第十三控制阀门进入氮气缓冲罐供输出使用。同时第一吸附塔放空废气经第八控制阀门卸压放空，一部分气体经第一手阀进入第一干燥塔的再生管路；另一部分气体在吸附周期的前30-40s经第二手阀进入第二消音器放空，后10-20s第十控制阀门打开，加大第一吸附塔的放空速率，保证第一吸附塔的再生效果。

第二吸附塔吸附周期完成后，第二吸附塔中的气体由第六控制阀门、第七控制阀门、第十一控制阀门、第十二控制阀门，分二路进入第一吸附塔，对第一吸附塔进行均压。第一吸附塔和第二吸附塔交替进行上述的循环过程。

步骤三：变压吸附制氮设备出来的氮气经氮气缓冲罐后输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明将吸附塔与干燥塔联合使用，利用变压吸附制氮的再生废气作为干燥塔的再生气使用，节省微热干燥机的再生气耗，降低整个变压吸附制氮系统的能耗。

（2）本发明在第一消音器管道上有第十控制阀门及第二手阀，吸附塔放空的废气占整个压缩空气量的50-80%，干燥塔再生只需压缩空气量的6-12%，多余的放空废气需排空至大气中，以免影响吸附塔的再生效果。再生时前30-40s时间部分排空废气由第二手阀管道经第二消音器放空，后10-20s放第十控制阀门打开，提高放空速度，不影响吸附塔的再生效果。

（3）本发明通过设置主管道、次管道、支撑架、密封柱、密封环、弹簧和挡环，当主管道通畅时，弹簧推动密封环，使密封柱插入密封环内，将密封环密封住，进而将次管道关闭，当主管道堵塞时，通过氮气缓冲罐排出的氮气进入次管道内，并推动密封环，使密封环与密封柱分离开，进而将次管道打开，使氮气能通过次管道排出，防止主管道堵塞后，氮气缓冲罐内的氮气无法排出，导致氮气缓冲罐内压强持续增大，进而容易导致氮气缓冲罐爆裂。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明氮气缓冲罐的结构示意图；

图3为本发明图2中a处放大图；

图4为本发明支撑架的侧视图；

图5为本发明密封环的侧视图。

图中：1、第一干燥塔；2、第二干燥塔；3、再生加热器；4、空气缓冲罐；5、第一吸附塔；6、第二吸附塔；7、氮气缓冲罐；8、第一消音器；9、第二消音器；10、主管道；11、次管道；12、支撑架；13、密封柱；14、密封环；15、弹簧；16、挡环；17、质量流量计；18、进气管；19、第一控制阀门；20、第二控制阀门；21、第三控制阀门；22、第四控制阀门；23、第五控制阀门；24、第六控制阀门；25、第七控制阀门；26、第八控制阀门；27、第九控制阀门；28、第十控制阀门；29、第十一控制阀门；30、第十二控制阀门；31、第十三控制阀门；32、第一止回阀；33、第二止回阀；34、第三止回阀；35、第四止回阀；36、第一手阀；37、第二手阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-5，一种变压吸附制氮与干燥一体式节能装置，包括进气管18，进气管18为三通管，进气管18的左右两侧固定连通有第一控制阀门19和第二控制阀门20，第一控制阀门19的左侧通过三通管道固定连通有第三控制阀门21和第一干燥塔1，第二控制阀门20的右侧通过三通管道固定连通有第四控制阀门22和第二干燥塔2，第一干燥塔1的底部和第二干燥塔2的底部均为进气端，且第一干燥塔1的顶部和第二干燥塔2的顶部均为出气端，第三控制阀门21的右侧和第四控制阀门22的左侧均通过三通管道固定连通有第一消音器8，第一干燥塔1的顶部通过三通管道固定连通有第一止回阀32和第三止回阀34，第二干燥塔2的顶部通过三通管道固定连通有第二止回阀33和第四止回阀35，第一止回阀32的右侧和第二止回阀33的左侧均通过三通管道固定连通有再生加热器3，第三止回阀34的右侧和第四止回阀35的左侧均通过三通管道固定连通有空气缓冲罐4，空气缓冲罐4的左侧为进气端，且空气缓冲罐4的右侧为出气端。

再生加热器3的右侧通过双通管道固定连通有第一手阀36，第一手阀36的右侧通过四通管道固定连通有第十控制阀门28、第二手阀37、第八控制阀门26和第九控制阀门27，第八控制阀门26的右侧和第九控制阀门27的左侧通过管道固定连通，第十控制阀门28的底部和第二手阀37的底部均通过三通管道固定连通有第二消音器9。

空气缓冲罐4的右侧通过双通管道固定连通有第五控制阀门23，第五控制阀门23的右侧通过三通管道固定连通有第六控制阀门24和第七控制阀门25，第六控制阀门24的左侧和第八控制阀门26的左侧均通过三通管道固定连通有第一吸附塔5，第七控制阀门25的右侧和第九控制阀门27的右侧均通过三通管道固定连通有第二吸附塔6，第一吸附塔5的底部和第二吸附塔6的底部均为进气端，且第一吸附塔5的顶部和第二吸附塔6的顶部均为出气端，将吸附塔与干燥塔联合使用，利用变压吸附制氮的再生废气作为干燥塔的再生气使用，节省微热干燥机的再生气耗，降低整个变压吸附制氮系统的能耗，第一吸附塔5的底部通过双通管道固定连通有第十一控制阀门29，第二吸附塔6的底部通过双通管道固定连通有第十二控制阀门30，第十一控制阀门29的右侧和第十二控制阀门30的左侧均通过三通管道固定连通有第十三控制阀门31，第十三控制阀门31的右侧通过双通管道固定连通有的氮气缓冲罐7，氮气缓冲罐7顶部为出气端，且氮气缓冲罐7的底部为进气端。

氮气缓冲罐7的顶部固定连通有主管道10，氮气缓冲罐7内的氮气通过主管道10排出，主管道10的右侧固定连通有次管道11，次管道11的内壁固定连接有支撑架12，支撑架12的内壁固定连接有密封柱13，通过支撑架12将密封柱13固定在次管道11内，密封柱13的表面滑动连接有密封环14，密封柱13插入密封环14内后，将密封环14密封住，进而将次管道11密封住，密封环14的表面与次管道11的内壁滑动连接，密封环14的右侧固定连接有弹簧15，弹簧15对密封环14起到推动作用，使密封环14与支撑架12之间紧密接触，弹簧15的右侧固定连接有挡环16，挡环16的表面与次管道11的内壁固定连接，次管道11的右侧固定连通有质量流量计17，通过质量流量计17测量通过次管道11流出氮气的量，进而判断主管道10的堵塞情况。

本发明的使用方法：

步骤一：原料压缩空气经第一控制阀门19进入第一干燥塔1，第一干燥塔1出来的洁净压缩空气经第三止回阀34进入空气缓冲罐4，同时从变压吸附制氮引起来的放空废气作为再生气经再生加热器3后，经第二止回阀33进入第二干燥塔2吹扫再生。再生工作前部分时间再生加热器3加热工作，对再生气进行升温，以利于第二干燥塔2床层的解吸脱水，后部分时间再生加热器3停止工作，再生气对第二干燥塔2床层进行吹冷。吹扫出来的气体经第四控制阀门22进入第一消音器8放空；

第一干燥塔1工作周期结束后，切换第二干燥塔2工作。原料压缩空气经第二控制阀门20进入第二干燥塔2，第二干燥塔2出来的洁净压缩空气经第四止回阀35进入空气缓冲罐4，同时从变压吸附制氮引起来的放空废气作为再生气经再生加热器3后，经第一止回阀32进入第一干燥塔1吹扫再生。再生工作前部分时间再生加热器3加热工作，对再生气进行升温，以利于第一干燥塔1床层的解吸脱水，后部分时间再生加热器3停止工作，再生气对第一干燥塔1床层进行吹冷。吹扫出来的气体经第三控制阀门21进入第一消音器8放空；第一干燥塔1和第二干燥塔2交替进行上述的循环过程。

步骤二：空气缓冲罐4中的洁净压缩空气经第五控制阀门23和第六控制阀门24进入第一吸附塔5进行吸氧产氮，单吸附周期为40-60s，第一吸附塔5出来的氮气第十一控制阀门29和第十三控制阀门31进入氮气缓冲罐7供输出使用。同时第二吸附塔6放空废气经第九控制阀门27卸压放空，一部分气体经第一手阀36进入第一干燥塔1的再生管路；另一部分气体在吸附周期的前30-40s经第二手阀37进入第二消音器9放空，后10-20s第十控制阀门28打开，加大第二吸附塔6的放空速率，保证第二吸附塔6的再生效果。

第一吸附塔5吸附周期完成后，第一吸附塔5中的气体由第六控制阀门24、第七控制阀门25、第十一控制阀门29和第十二控制阀门30，分二路进入第二吸附塔6，对第二吸附塔6进行均压。

均压完成后，空气缓冲罐4中的洁净压缩空气经第五控制阀门23和第七控制阀门25进入第二吸附塔6进行吸氧产氮，单吸附周期为40-60s，第二吸附塔6出来的氮气第十二控制阀门30和第十三控制阀门31进入氮气缓冲罐7供输出使用。同时第一吸附塔5放空废气经第八控制阀门26卸压放空，一部分气体经第一手阀36进入第一干燥塔1的再生管路；另一部分气体在吸附周期的前30-40s经第二手阀37进入第二消音器9放空，后10-20s第十控制阀门28打开，加大第一吸附塔5的放空速率，保证第一吸附塔5的再生效果。

第二吸附塔6吸附周期完成后，第二吸附塔6中的气体由第六控制阀门24、第七控制阀门25、第十一控制阀门29、第十二控制阀门30，分二路进入第一吸附塔5，对第一吸附塔5进行均压。第一吸附塔5和第二吸附塔6交替进行上述的循环过程。

步骤三：变压吸附制氮设备出来的氮气经氮气缓冲罐7后输出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。