[实用新型]高纯度氮气的制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种从空气之类的以氮氧为主的混合气体中，分离出高纯度氮气的制备装置。

背景技术

氮气作为惰性气体广泛被应用于油井保护、三次采油、气体置换、电子制造、金属冶炼或加工、各种易爆物的贮存运输及食品保鲜等领域。空气中的氮气含量约为78％，从空气中分离出氮气，一直是世界上制备氮气的主要方法。

目前最常用的制取氮气方法有深冷法、变压吸附(PSA)技术和气体膜分离技术。

利用深冷装置可以很容易获得纯度高于99.999％的高纯氮气，但是其能耗高，装置投资巨大，只有当氮气流量需求较大时，利用深冷法制氮才有经济性。

目前国内应用变压吸附技术可以制取99.99％以上的氮气，随着电子、冶金等工业部门对氮气的纯度要求越来越高，限于吸附剂的性能，若想得到纯度更高的氮气，必然要增加吸附剂的数量，进而使容器尺寸加大，并且空气耗量也随之大大增加，这些因素均限制了变压吸附技术在制取高纯氮气上的应用。

关于气体膜分离技术，有文献(徐仁贤.气体分离膜应用的现状和未来.膜科学与技术.2003)指出，利用该法可以制备出纯度达99.5％的氮气，但若希望进一步获得纯度更高的氮气，限于目前膜材料的性能，必须增加膜面积，或提高空气压力，进而使建设费用和操作费用增加。

现有技术中，也有将PSA工序与气体膜分离技术相串联，用以进行氮氧分离的专利文献(CN200580026452.6)，但此技术的侧重点在于对氮气和氧气进行并行收集，其制得的氮气和氧气的纯度均不高。在膜分离的步骤中，该专利采用的是负压操作，其原料气是变压吸附的解析气体，压力较低。但该操作在用于脱除微量气体(比如制备高纯度氮气)时，就会变得很不经济。若想通过该专利所述的方法制备纯度高于99.99％的氮气，必须以牺牲设备尺寸和增加投资成本为代价。

发明内容

本实用新型的发明目的在于提供一种以空气之类的以氮氧为主的混合气体为原料，经济地从中分离出高纯度氮气的制备装置。

为达到上述发明目的，本实用新型采取了如下技术方案：

一种高纯度氮气的制备装置，该制备装置包含膜式气体分离器和变压吸附式气体分离器。所述的膜式气体分离器包含：能将包含氮气和氧气且气压为0.7～1.0Mpa的原料气分离为渗透系数相对较小的非透过气体和渗透系数相对较大的透过气体的至少1级气体分离膜，所述的非透过气体中氮气的含量大于95％；开设在所述气体分离膜的一侧的原料气入口和非透过气体出口；开设在所述气体分离膜的另一侧的透过气体出口。所述的变压吸附式气体分离器包含：与所述非透过气体出口相连通的待吸附气体入口；高纯度氮气出口；底部与所述待吸附气体入口相连通、顶部与所述高纯度氮气出口相连通的至少1对吸附塔，在所述吸附塔内装填有能选择性地吸附氧气和水蒸气的吸附剂。

所述的制备装置还包含缓冲罐，该缓冲罐的一端与所述的非透过气体出口相连通、另一端与所述的待吸附气体入口相连通。

所述的制备装置还包含至少一只真空泵，该真空泵的进气端与所述吸附塔相连通、排气端与所述原料气入口相连通。

所述的制备装置还包含：

将每1对所述吸附塔中的2个吸附塔的底部相互连通的第一连接管；

与所述的第一连接管相并联设置的第二连接管；

将每1对所述吸附塔中的2个吸附塔的顶部相互连通的第三连接管；

相串联地设置在所述第一连接管上的第一开关阀和第二开关阀；

相串联地设置在所述第二连接管上的第三开关阀和第四开关阀；

相串联地设置在所述第三连接管上的第五开关阀和第六开关阀；

第七开关阀，该第七开关阀的一端连接至所述非透过气体出口、另一端连接至所述第一开关阀和所述第二开关阀之间的第一连接管上；

第八开关阀，该第八开关阀的一端连接至所述高纯度氮气出口、另一端连接至所述第五开关阀和所述第六开关阀之间的第三连接管上，

所述真空泵的进气端连接至所述第三开关阀和所述第四开关阀之间的第二连接管上、排气端连接至所述膜组件的入口侧。

所述的气体分离膜为能使氧气、水蒸气、二氧化碳优先透过的中空纤维结构的高分子膜。所述的吸附剂为碳分子筛。

根据本实用新型实施的高纯度氮气的制备方法及制备装置具有如下优点：