一种气体氮气分离器及其方法与流程

本发明涉及氮气分离，具体涉及一种气体氮气分离器及其方法。

背景技术：

1、空气分离设备就是将空气液化、精馏、最终分离成为氧、氮和其他有用气体的气体分离设备，工业上需要氮气，需要使用空气分离设备制造出氮气。然而现有的空气分离设备大多是将空气液化、精馏、最终分离成为氧、氮，此类空气分离设备能耗太高，工作成本太大，且现有的氮气分离设备在使用过程中，未设置过滤机构，压缩空气在进入氮气分离设备前未对其进行过滤，压缩空气的纯度不高，导致压缩空气中的其他气体和粉尘颗粒进入氮气分离设备内部，导致氮气产量不高，不便于使用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种气体氮气分离器及其方法，解决了以上所述的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的方案如下：

3、一种气体氮气分离器，包括活性炭过滤器、高效过滤器、压缩泵、换热器、制冷机、分子筛、吸附器、膜分离器和连接管，所述活性炭过滤器通过连接管连接有高效过滤器，所述高效过滤器通过压缩泵和连接管与换热器连通，所述换热器通过连接管与制冷机连通，所述制冷机通过连接管和分子筛与膜分离器连通，所述膜分离器的出气端通过连接管与吸附器连通。

4、本发明的有益效果是：

5、1.高效净化：通过活性炭过滤器和高效过滤器，能够有效地去除空气中的有机物质、异味、烟雾、微小颗粒、细菌和病毒等，净化效果更好。

6、2.高效分离：通过分子筛和膜分离器对氮气进行多次分离和提纯，能够提高氮气分离的效率和纯度。

7、3.废气处理：通过排放的废气能够与活性炭过滤器或换热器等设备相连通，能够更好地进行废气处理和回收利用。

8、4.节能环保：通过换热器的冷热交换，能够有效地节约能源和降低环境污染。

9、5.稳定可靠：采用多重过滤和分离的方法，能够保证氮气的稳定性和可靠性，适合对氮气纯度和稳定性要求较高的应用场合。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

11、进一步，所述吸附器通过连接管与气体收集设备连通。

12、采用上述进一步方案的有益效果是：便于气体经过吸附器进一步提纯之后通过气体收集设备进行收集。

13、进一步，所述换热器通过连接管与活性炭过滤器的进气端连通或与废气处理设备连通。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：增加气体的利用率和处理效率。

15、进一步，所述分子筛和膜分离器的废气排放端通过连接管与换热器的换热介质人口连通。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：通过对气体进行预冷，从而增加气体的冷冻效率。

17、一种气体氮气分离方法，包括以下步骤：

18、s1、外部空气通过压缩泵带动抽入装置内；

19、s2、空气通过活性炭过滤器去除空气中的有机物质、异味和烟雾等，有效地净化空气；

20、s3、之后空气通过高效过滤器去除直径在0.3微米以上的颗粒、细菌、病毒等微小颗粒；

21、s4、过滤之后的空气通过压缩泵进行压缩，将空气压缩到以便后续的制氮操作；

22、s5、通过压缩泵泵入的气体通过换热器进行初步冷却降温，且换热器的排气端与废气处理设备或与活性炭过滤器的进气端连通；

23、s6、初步冷却降温之后的气体通过制冷机进行冷却，一方面可以降低废气中的水分含量，另一方面可以提高氮气分离的效率；

24、s7、冷却之后的气体通过分子筛对氮气进行初步分离，并将废气通过导管连通至换热器；

25、s8、经过分子筛初步分离的气体通过膜分离器再次对氮气进行提纯分离，且膜分离器的排气端将废气通过导管连通至换热器；

26、s9、之后通过吸附器再次对氮气进行提纯，并将氮气送入存储设备内进行存储。

27、进一步，通过换热器对经过压缩的气体进行换热，降低气体的温度，从而减少后续制冷机对气体冷冻所需时间，增加氮气分离效率。

28、进一步，通过制冷机对气体进行冷却，防止较高的气体温度还可能导致吸附剂的热膨胀，使其体积变大，从而影响气体分离效果，且通过对气体进行冷却降温，可以降低气体温度，从而提高分子运动的难度，增加气体分离的效率。

29、进一步，分子筛利用其空心结构和化学性质，通过对不同分子的吸附、扩散和释放等过程来实现分离氮气和氧气，分子筛中的孔道和内部结构加强对氧气气分子的吸附，使其在筛表面慢慢减速并被吸附下来，而氮气气分子则可以通过孔道直接穿过分子筛而逸出。

30、进一步，膜分离器在使用时，混合气体在分离膜表面施加压力，由于膜分离器中的膜具有非常小的孔径，只有小分子量的氮气得以穿过膜，而其余分子被阻挡在膜表面上，随着反应时间的增加，被阻挡的分子会逐渐在膜表面堆积，形成浓度梯度，以达到较高的氮气分离效率。

31、进一步，混合气体进入吸附器的吸附剂床层，由于吸附剂对不同成分的选择性吸附能力不同，因此混合气体的其它成分会被吸附，而氮气则可以通过吸附剂层逸出，通过使用具有选择性吸附作用的吸附剂，可以移除这些气体中的杂质，达到提纯氮气的目的。

32、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征：

1.一种气体氮气分离器，其特征在于：包括活性炭过滤器(1)、高效过滤器(2)、压缩泵(3)、换热器(4)、制冷机(5)、分子筛(6)、吸附器(7)、膜分离器(8)和连接管(9)，所述活性炭过滤器(1)通过连接管(9)连接有高效过滤器(2)，所述高效过滤器(2)通过压缩泵(3)和连接管(9)与换热器(4)连通，所述换热器(4)通过连接管(9)与制冷机(5)连通，所述制冷机(5)通过连接管(9)和分子筛(6)与膜分离器(8)连通，所述膜分离器(8)的出气端通过连接管(9)与吸附器(7)连通。

2.根据权利要求1所述一种气体氮气分离器，其特征在于：所述吸附器(7)通过连接管(9)与气体收集设备连通。

3.根据权利要求1所述一种气体氮气分离器，其特征在于：所述换热器(4)通过连接管(9)与活性炭过滤器(1)的进气端连通或与废气处理设备连通。

4.根据权利要求1所述一种气体氮气分离器，其特征在于：所述分子筛(6)和膜分离器(8)的废气排放端通过连接管(9)与换热器(4)的换热介质人口连通。

5.一种气体氮气分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述一种气体氮气分离器及其方法，其特征在于：通过换热器对经过压缩的气体进行换热，降低气体的温度，从而减少后续制冷机对气体冷冻所需时间，增加氮气分离效率。

7.根据权利要求5所述一种气体氮气分离器及其方法，其特征在于：通过制冷机对气体进行冷却，防止较高的气体温度还可能导致吸附剂的热膨胀，使其体积变大，从而影响气体分离效果，且通过对气体进行冷却降温，可以降低气体温度，从而提高分子运动的难度，增加气体分离的效率。

8.根据权利要求5所述一种气体氮气分离器及其方法，其特征在于：分子筛利用其空心结构和化学性质，通过对不同分子的吸附、扩散和释放等过程来实现分离氮气和氧气，分子筛中的孔道和内部结构加强对氧气气分子的吸附，使其在筛表面慢慢减速并被吸附下来，而氮气气分子则可以通过孔道直接穿过分子筛而逸出。

9.根据权利要求5所述一种气体氮气分离器及其方法，其特征在于：膜分离器在使用时，混合气体在分离膜表面施加压力，由于膜分离器中的膜具有非常小的孔径，只有小分子量的氮气得以穿过膜，而其余分子被阻挡在膜表面上，随着反应时间的增加，被阻挡的分子会逐渐在膜表面堆积，形成浓度梯度，以达到较高的氮气分离效率。

10.根据权利要求5所述一种气体氮气分离器及其方法，其特征在于：混合气体进入吸附器的吸附剂床层，由于吸附剂对不同成分的选择性吸附能力不同，因此混合气体的其它成分会被吸附，而氮气则可以通过吸附剂层逸出，通过使用具有选择性吸附作用的吸附剂，可以移除这些气体中的杂质，达到提纯氮气的目的。

技术总结
本发明涉及氮气分离技术领域，尤其涉及一种气体氮气分离器及其方法。其技术方案包括：一种气体氮气分离器，包括活性炭过滤器、高效过滤器、压缩泵、换热器、制冷机、分子筛、吸附器、膜分离器和连接管，所述活性炭过滤器通过连接管连接有高效过滤器，所述高效过滤器通过压缩泵和连接管与换热器连通，所述换热器通过连接管与制冷机连通，所述制冷机通过连接管和分子筛与膜分离器连通，所述膜分离器的出气端通过连接管与吸附器连通。本发明通过设置的活性炭过滤器、高效过滤器，提高了压缩空气的纯度，提高了同一时间内氮气的产量，便于使用，加快了氮气的制备效率。

技术研发人员：李光,张笑寒,李保军,生瑞东,赵志东,马西伟
受保护的技术使用者：山东亨泉能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15