[实用新型]高纯度氮气制取装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体分离技术领域，涉及一种能有效控制产物端污染的以变压吸附(Pressure Swing Adsorption，PSA)技术制取高纯度氮气的装置。

背景技术

基于动力学分离方法的PSA制氮过程能够以相对低廉的费用方便地生产氮气，但是，迄今为止，本专业的技术人员进行过多方面的尝试，试图以低廉的装置成本以提高吸附装置的效率，以达成尽量高的产能、最低的原料气体消耗量、较低的制造成本、长期稳定的运行、减少维护费用、尽可能小的体积……等等前提下直接自空气中提取高纯度氮气，但是均未获得满意的结果。尤其是采用在大气压下进行再生的简易装置时，所能达到的产品氮气纯度均被限制在99.9995％之内的纯度，而且，往往效率不高。

已有的研究表明，生产高纯度氮气的最大挑战在于如何以最小的消耗获得高纯度氮气，已知均压是提高回收率卓有成效的方法，尤其是以带中床均压的方法，对制取高纯度氮气更有益，在各种带中床均压的方法中，以中国专利公开号CN1185577A为典型，全面揭示了包括中床均压在内的各种气体转移可以有效提高回收率的方法，以较小的代价获得高纯度氮气，但是，本专业的技术人员会了解，即使很小心的气体转移也会带来产物端的污染，只是程度不同而已，如何控制产物端污染的方法该专利未曾提，而控制产物端污染的程度，是制取高纯度氮气最重要的一环。

中国专利公开号CN1235861A披露了一种变压吸附制取高纯氮气的方法和装置，可以直接自空气中获得高纯度氮气，也即专利所说的ppm级气体，其中的ppm指产品气中含有的微量氧气，在其描述的方法中解释了传统装置中为提高产品回收率采用的均压过程中通过吸附塔进料端与进料端、产物端与产物端之间的气体转移会导致塔一端混合气进气口区域的低纯度气体直接进入另一塔吸附剂的下部吸附层段，使下部吸附层段吸附剂的瞬间吸附量极大，从而造成吸附效果不佳，无法制备高纯度产品气，同时由于均压效果不彻底而降低了产品气回收率，同时降低吸附剂利用率，加大了制取单位产品气的能耗；该专利在传统装置基础上增加了阶梯均压管路，均压或者说气体转移分2步：也即首先使一只填料塔的中部纯度相对原料气较高的气体导入再生即将完毕的另一只填料塔下部，再经上、下均压，这样气体转移的结果，使该塔内不会加大吸附剂的瞬间吸附量，从而可以制得高纯度产品气，而且经两次均压后均压彻底，提高产品率回收率与吸附剂利用率，同时相对单位产品气降低了能耗；但显然，该专利描述的装置和方法与中国公开号为CN1185577A的美国申请的中床气体转移方法基本一致，也未曾提及控制气体转移带来的产物端污染解决问题。

此外，中国专利公告号CN 201263957Y披露了一种按浓度梯度中/顶均压高纯氮PSA系列制氮系统，揭示了吸附塔内浓度梯度的控制在制取高纯氮方面的作用，而显然，与上述方式一样，该专利仅以此中床均压方式来实现气体转移难以达成有效的抑制产物端污染程度。

以上描述部分揭露了现有技术的不足，这些不足导致现有技术的变压吸附制氮方法和设备所制取的氮气纯度仍然限制在99.995％以内。

虽然控制气体转移技术使得系统回收率得以提高，使PSA制取高纯氮更为经济。但是，即使很小心的、很有效的控制转移步骤也将不同程度的污染产物端，这直接制约系统制取的产品氮气纯度以及系统启动速度(自开启到产出合格产品气的时间)，现有技术的产品气纯度均限制在99.9995％以内，系统启动时间大于1.5小时，产气效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术不足而提供一种采用变压吸附方法、通过控制目标气体转移、抑制和防止氧迁移、有效控制产物端污染的高纯度氮气制取装置。

进一步的，本实用新型所要解决的另外一个技术问题是提供一种启动速度快、快速产气的高纯度氮气制取装置。

本方法和装置所要制取的高纯度氮气是以空气为原料，采用变压吸附方法(Pressure Swing Adsorption，PSA)来生产至少具有99.995％纯度以上的氮气，优选的，是纯度超过99.9995％以上直到99.99995％的高纯度氮气，但本装置可以从空气中分离95～99.995％的氮气；

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

高纯度氮气制取装置，主要包括以下部分：

两个或两个以上并列设置的、内部装填有碳分子筛的吸附塔；

至少一个产品气缓冲罐；