[发明专利]一种变压吸附制氮法及设备

说明书

本发明属于气体分离技术领域。

本发明之前，已有几种变压吸附制氮法及其设备，如瑞安仪表三厂生产的焦碳分子筛富氮装置，该装置采用加压吸附、真空解吸的制氮流程，用真空泵抽吸的方法消除焦碳分子筛层中的残留废气，再生吸附剂，其控制系统由较多数量的控制阀组成，结构复杂，装置可靠性较低。再如美国专利US4439213制氮系统，该装置采用加压吸附、常压解吸的制氮流程，流程中使用部分产品氮气来冲洗碳分子筛层中的残留废气，再生吸附剂。其控制系统由若干个流量控制阀组成，结构较简单，但是要消耗部分产品氮气。上述装置中或采用两个吸附塔、或采用三个吸附塔。为克服上述工艺方法及设备结构的不足而发明了一种新的变压吸附制氮法及其工艺设备。

本发明的目的是在变压吸附制氮工艺中提供一种新的冲洗碳分子筛层中残留废气的方法，同时提供一种新的阀控系统，用一种阀代替众多阀，解决将空气、氮气和氧气三种介质分导并控制流量大小。为国内金属氮基气氛热处理、食品充氮包装及保鲜储藏等提供一种廉价而实用的变压吸附制氮法及设备。

本发明的要点在于：研究试验四塔加压吸附、常压解吸制氮流程，解决了回收低于99%浓度的氮气来冲洗碳分子筛层中的残留废气，设计了多通旋转分配阀和时序控制系统，将空气、氮气和氧气三种介质分导并控制流量大小。既可节省用于冲洗的产品氮气，设备结构又简单，使用可靠。

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细的说明：

图1是工艺流程简图。

图2是设备结构示意图。

图3是四塔变压吸附工作顺序及时间分配图解。

图4是多通旋转分配阀局部剖视图。

图5是定盘剖视图。

图6是时序控制系统线路图。

原料空气由无油空压机[1]压缩到0.4MPa，经过冷却器[2]冷却到常温，脱去冷凝水，输入空气罐[3]稳定压力，再经分水滤气器[4]靠离心力进一步分离除水，经多通旋转分配阀[11]，由管道[5]按顺序分别导入四只装填碳分子筛的吸附塔[7][8][9][10]。基于碳分子筛对氧、氮气体分子的扩散速率和吸附量两方面的差别，氧被吸收富集，氮在气相中逐渐浓缩，由塔顶流出产品氮气进入氮贮罐[6]，被吸附富集的氧气及杂质，在逆放时从塔底放空。

四塔变压吸附制氮操作步骤，一个周期分12步程序，每步程序多通旋转分配阀孔与四塔接管连通情况如表1所示。下面以塔[7]为例，参照图1及表1，对12步程序顺次说明。

第一步吸附阀孔A1开启，压缩空气由塔[7]底端输入，空气中的氧被碳分子筛层吸附，氮在气相中逐渐浓缩。此时，阀孔B₂、B₄和C₄开启，塔[9]顺放减压，富氮流向塔[8]冲洗碳分子筛层中的残留废气。

第二步吸附阀孔A₁和A₃开启，压缩空气继续由塔[7]底端输入，加压吸附，气相中浓缩的产品氮流向氮贮罐。此时，阀孔BD和C₄开启，塔[10]均压，将富氮流向已经完成再生的塔[8]充压，塔[9]逆放到常压。

第三步吸附，阀孔A₁、A₃和B₃开启，压缩空气继续由塔[7]底端输入，加压吸附，气相中浓缩的产品氮，部分流向氮贮罐，部分流向塔[8]充压。此时，阀孔C₁、C₄和D₄开启，塔[10]顺放减压，富氮流向塔[9]冲洗碳分子筛层中残留废气。

第四步停留，此时，阀孔B₁、C₂、C₄和D₄开启，压缩空气由塔[8]底端输入，加压吸附，空气中的氧被碳分子筛吸附，氮在气相中逐渐浓缩，塔[10]继续顺放减压，富氮流向塔[9]冲洗碳分子筛层中的残留废气。

第五步均压，阀孔AC开启，富氮流向塔[9]充压，此时，阀孔B₁、B₃和D₂开启，压缩空气继续由塔[8]底端输入，加压吸附，气相中浓缩的产品氮流向氮贮罐，塔[10]逆放至常压。