[发明专利]一种提高变压吸附制氮效率的方法

说明书

本发明涉及制氮方法领域，公开了一种提高变压吸附制氮效率的方法，压缩空气在吸附塔内先经过梯度磁场，再进入碳分子筛进行吸附分离，压缩空气流动方向与梯度磁场强度升高的方向相同。吸附塔内设有碳分子筛的部分内壁上设有换热盘管，吸附塔上对应换热盘管下端的位置设有冷却介质入口，对应换热盘管上端的位置设有冷却介质出口，换热盘管的两端分别与冷却介质出入口相连接。本发明在压缩空气进入碳分子筛进行吸附之前先通过梯度磁场对Osubgt;2/subgt;分子和Nsubgt;2/subgt;分子的运动速度进行改变，使Osubgt;2/subgt;分子比Nsubgt;2/subgt;分子先进入碳分子筛进行扩散和吸附，占据吸附位点，从而减小Nsubgt;2/subgt;分子的吸附量，提高制氮效率。

技术领域

本发明涉及制氮方法领域，尤其是涉及一种提高变压吸附制氮效率的方法。

背景技术

变压选择性吸附(PSA)制氮法，是利用O₂分子和N₂分子在碳分子筛微孔内的缝隙扩散速率不同，分子直径较小的O₂以较快的速度向微孔内扩散，并优先被碳分子筛吸附，从而实现氧氮分离，生产出高纯氮气。由于PSA法制氮工艺流程简单、节能、安全且制得的氮气纯度高，是目前工业制氮的主要方法之一。现有技术中，PSA制氮一般是将高压空气通入设有碳分子筛的吸附塔内进行吸附分离的，例如，在中国专利文献上公开的“一种PSA制氮系统”，其公告号CN207259151U，包括第一吸附塔、第二吸附塔和顺放气罐，通过增加一个顺放气罐，在其中一个吸附塔再生过程中，使用顺放气罐内由另一个吸附塔顺放下来的副产品氮气对再生过程中的吸附塔进行冲洗，在保障再生彻底的情况下避免了氮气缓冲罐内产品氮气的消耗。

但使用PSA法制氮时，由于O₂和N₂都是非极性分子，分子直径和沸点都十分接近，具有微孔结构的碳分子筛对O₂和N₂存在着共吸附现象，且O₂和N₂的吸附等温线也相差不大，因此仅依靠O₂分子和N₂分子在碳分子筛微孔内的扩散速率不同进行氮氧分离时，对碳分子筛上的微孔孔径和比例要求较高，氮氧的分离效果有限，较多的氮气会被同时吸附，制氮效率有待提高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中使用PSA法制氮时，具有微孔结构的碳分子筛对O₂和N₂存在着共吸附现象，仅依靠O₂分子和N₂分子在碳分子筛微孔内的扩散速率不同进行氮氧分离时，对碳分子筛上的微孔孔径和比例要求较高，氮氧的分离效果有限，较多的氮气会被同时吸附，制氮效率有待提高的问题，提供一种提高变压吸附制氮效率的方法，在压缩空气进入碳分子筛进行吸附之前先通过梯度磁场对O₂分子和N₂分子的运动速度进行改变，使O₂分子比N₂分子先进入碳分子筛进行扩散和吸附，占据吸附位点，从而减小N₂分子的吸附量，提高制氮效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高变压吸附制氮效率的方法，压缩空气在吸附塔内先经过梯度磁场，再进入碳分子筛进行吸附分离，压缩空气流动方向与梯度磁场强度升高的方向相同。

因为氧气是顺磁性气体，氮气是抗磁性气体，在梯度磁场中，顺磁性物质受到指向磁场强度升高方向的力，而抗磁性物质受到磁场强度降低方向的力。因此本发明在进入碳分子筛进行吸附之前，先使压缩空气经过梯度磁场，因为压缩空气流动的方向与梯度磁场强度升高的方向相同，因此空气中的氧气在梯度磁场中受到与流动方向相同的力，得到加速；而氮气受到与流动方向相反的力，速度降低。所以经过梯度磁场的作用后，氧气和氮气具有了较大的流速差，可以使氧气比氮气先进入碳分子筛进行吸附，占据碳分子筛中的吸附位点，包括氮氧分子扩散速度差距较小的孔径较大的孔中的吸附位点，使碳分子筛达到吸附平衡，减少碳分子筛对后续进入的氮气的吸附量，从而提高了制氮效率。