一種便捷輕型膜分離制氮系統的製作方法

2024-02-28 18:35:15

專利名稱：一種便捷輕型膜分離制氮系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種便捷輕型膜分離制氮系統。
背景技術：
目前市場上的制氮系統包括深冷空分制氮和分子篩空分制氮，深冷空分制氮是以空氣為原料，經過壓縮、淨化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣，但是深冷空分制氮設備複雜、佔地面積大，基建費用較高，設備一次性投資較多，運行成本較高，產氣慢，安裝要求高、周期較長，相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20% 50%，其適用於大規模工業制氮，而中、小規模製氮顯得不經濟。分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮，但是其裝置體積較大，設備安裝周期較長，無法移動，產氮的純度會隨分子篩飽和而降低，需定期進行維護以保證氮氣的純度而更換移動組件和吸附劑，維護費用較高等缺點。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種便捷輕型膜分離制氮系統，以克服現有技術裝置體積較大，設備安裝周期較長，無法移動等方面的不足。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現一種便捷輕型膜分離制氮系統，包括過濾器組、加熱器和膜分離器組，所述過濾器組分別連接空氣入口和空氣輸入壓力表，過濾器組底端設有排水電磁閥，空氣輸入壓力表連接進氣控制壓力開關和加熱器，加熱器上設有溫度開關，進氣控制壓力開關和加熱器均連接進氣控制電磁閥、測溫儀和出氣控制壓力開關，進氣控制電磁閥連接減壓閥和進氣氣動閥，進氣氣動閥連接溫度開關、測溫儀和膜分離器組；所述膜分離器組分別連接富氧氣體輸出口、純度控制閥和採樣控制閥，採樣控制閥順次連接樣氣減壓閥、採樣流量計以及相互並聯的露點儀和氧分析儀，露點儀、氧分析儀以及純度控制閥均連接廢氣排放電磁閥和氮氣輸出電磁閥，廢氣排放電磁閥連接廢氣輸出口，氮氣輸出電磁閥連接單向閥，單向閥連接出氣控制壓力開關和背壓閥，背壓閥連接低壓氮氣壓力表和制氮輸出口 ；所述膜分離器組包括若干膜分離器，膜分離器由中空纖維構成。本實用新型的有益效果為系統最大工作壓力為l.SMpa，氮氣出口壓力最大為1. OMpa,整體布局合理，結構緊湊，佔地面積小；膜系統為櫃式結構，重量輕，無需地基，方便與其它設備外連管線。所有設備符合工業標準的組合裝置，或櫃式結構，或安裝在底座上，僅需現場簡單連接管路和電源，無需專業安裝和地基，使用電源規格是常用的 220V/3PH/50HZ。啟動時間短，現場輸入壓縮空氣後15分鐘左右即可產生合格氮氣。近100% 連續、穩定供應氮氣利用現有的高壓、乾燥、潔淨的壓縮空氣系統，選用膜分離制氮系統一靜態、連續分離過程，不需定期更換移動部件和膜分離器組，在正常維護狀態下，可以確保用戶連續且可靠性近乎100%地使用合格氮氣，下遊配有氮氣背壓閥，可確保供氣管網壓力平穩。所有的硬體部件包括過濾器、膜分離器組、系統內管線等將按標準製作，內外表面將經過防腐處理，採用世界上最先進的膜分離器，使用壽命超過十年。與PSA不同，由於無閥門切換和吸附劑再生過程，靜態、連續分離過程，不需定期更換移動組件和吸附劑，維修費用低。通過現場增加膜分離器組件可很容易地擴大系統的產氮量，並且制氮系統的設計都留有餘量。系統開、停過程僅僅是壓縮空氣供、止過程。氮氣純度從95%到99. 9%連續可調。 保證膜制氮系統在高壓工作下，氮氣純度與氮氣流量的穩定一致性；氮氣壓力損失小，氮氣壓力與壓縮空氣的壓力差小，可用氮氣儲罐存儲。抗化學能力強，耐水及酸、鹼性氣體，耐溫耐壓，而且具有反吹脫汙功能。具有脫水功能，產品氮氣常壓露點可達-60°C以下。完善的溫控體系、齊全的保護措施等等配置尤其確保在低溫環境、高純度下的快速穩定供氣，而且節能，同時提供完善的直接服務(良好的環境適應能力，在嚴寒地區可使用空間對流加熱，使設備正常工作)。

下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細說明。圖1是本實用新型實施例所述的一種便捷輕型膜分離制氮系統接結構圖。圖中1、過濾器組；2、加熱器；3、膜分離器組；4、空氣入口 ；5、空氣輸入壓力表；6、排水電磁閥；7、進氣控制壓力開關；8、溫度開關；9、進氣控制電磁閥；10、測溫儀；11、出氣控制壓力開關；12、減壓閥；13、進氣氣動閥；14、富氧氣體輸出口 ；15、純度控制閥；16、採樣控制閥；17、樣氣減壓閥；18、採樣流量計；19、露點儀；20、氧分析儀；21、廢氣排放電磁閥；22、 氮氣輸出電磁閥；23、廢氣輸出口 ；24、單向閥；25、背壓閥；26、低壓氮氣壓力表；27、制氮輸出口。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型實施例所述的一種便捷輕型膜分離制氮系統，包括過濾器組1、加熱器2和膜分離器組3，所述過濾器組1分別連接空氣入口 4和空氣輸入壓力表 5，過濾器組1底端設有排水電磁閥6，空氣輸入壓力表5連接進氣控制壓力開關7和加熱器 2，加熱器2上設有溫度開關8，進氣控制壓力開關7和加熱器2均連接進氣控制電磁閥9、 測溫儀10和出氣控制壓力開關11，進氣控制電磁閥9連接減壓閥12和進氣氣動閥13，進氣氣動閥13連接溫度開關8、測溫儀10和膜分離器組3 ；所述膜分離器組3分別連接富氧氣體輸出口 14、純度控制閥15和採樣控制閥16，採樣控制閥16順次連接樣氣減壓閥17、 採樣流量計18以及相互並聯的露點儀19和氧分析儀20，露點儀19、氧分析儀20以及純度控制閥15均連接廢氣排放電磁閥21和氮氣輸出電磁閥22，廢氣排放電磁閥21連接廢氣輸出口 23，氮氣輸出電磁閥22連接單向閥24，單向閥24連接出氣控制壓力開關7和背壓閥25，背壓閥25連接低壓氮氣壓力表26和制氮輸出口 27 ；所述膜分離器組3包括若干膜分離器，膜分離器由中空纖維構成。本實用新型所述的系統的工作原理是將空壓機和穩壓罐穩壓後產生的壓縮空氣 (壓力(Mpa，G)> 1. 3)置入膜制氮機前置的過濾器組1，脫除壓縮空氣中夾帶的水和油和可
4能存在的微粒物質後，再經加熱器3加熱到最佳的操作溫度後，進入膜分離器組2內的膜分離器的纖維管內，由於每個膜分離器由成千上萬根中空纖維組成，使膜分離器組2在一個緊湊的空間裡提供最大的分離面積，氣體各組份在中空纖維內外腔(滲透側)形成分壓差， 當氣流沿中空纖維內腔流動時，各組份在其分壓差的推動下，滲透到絲外，使膜分離器以中空纖維膜的方式分離空氣中的氮氣；其中快氣，如氧氣會迅速滲透，所以絲外(滲透)氣流量為富集氧氣，被排放至大氣中；而氮氣、氬氣等的溶解由於擴散速度較低，通過膜分離器的滲透速度較慢，因此管程(非滲透側)氣流為富集氮氣；氮氣的溶解擴散速度較低，通過膜分離器的滲透速度較慢，因此管程(非滲透側)氣流為富集氮氣，氮氣壓力損失很小，產品氮的壓力只略低於原料氣的壓力。根據用戶使用的要求，由膜分離器分離產出> 99%純度的氮氣，並輸入至氮氣儲存罐存儲(容積0. 5Nm3，壓力(Mpa，G)彡1.3)，經主管路輸出並供用戶使用；當發生停電或設備故障時，氮氣存儲罐開啟並經主管路輸出，供車間使用，若用氮量增大，用戶可增加膜分離器組3。空壓機是制氮系統的氣源，採用噴油螺杆式空壓機，內置冷幹機；膜分離器是整個系統的核心設備，經過氣動閥門控制進入到膜分離器組2，壓縮空氣在膜分離器組2的作用下把氧氣和水分離出來並直接排出到外部，將氮氣保留下來。具體使用時，開啟本系統的空氣開關，打開本系統的開啟按鈕，使制氮機處於開機狀態，制氮機將根據邏輯控制自動運行；另外，用戶需自備露點儀19和氧分析儀20 ；當輸入膜分離器組3的空氣壓力低於膜分離器組3工作壓力時，氣體加熱器2不工作，進氣閥關閉；當輸入膜分離器組3的空氣壓力達到膜分離器組3工作壓力時，氣體加熱器2開始工作，進氣閥打開；正常工作時，當輸入膜分離器組3的空氣壓力再次低於需求壓力時，氣體加熱器2延時30s關閉，進氣閥延時45s關閉；當輸入膜分離器組3的進氣溫度達到膜分離器組3需求溫度時，控制氣體的加熱器2不工作；當空氣溫度低於膜分離器組3需求溫度時，加熱器2再次工作(用戶可以設計成PID控制，通過控制氣體加熱器2電流來控制氣體加熱器2的加熱功率，控制溫度設置、 高溫報警點和低溫報警點)；露點儀19及氮氣分析儀20用來分析膜分離器組2出口的氮氣，當兩項指標不合格時，廢氣排放電磁閥21處於開啟狀態，氮氣輸出電磁閥22處於關閉狀態，廢氮氣自動排出；當兩項指標都合格時，自動關閉廢氣排放電磁閥21，開啟氮氣輸出電磁閥22，合格氮氣自動輸出；當系統正常運行時，輸出的合格氮氣壓力過高時，氣體加熱器2延時IOs關閉， 進氣閥延時25s關閉；輸出的合格氮氣壓力回復到正常值時，氣體加熱器2、進氣閥重新開啟；當系統需要停機時，按下制氮機的停止按鈕，氣體加熱器2關閉，進氣閥延時15s 關閉，而廢氣排放電磁閥21、氮氣輸出電磁閥22將根據氮氣指標自動控制其開關狀態；如果壓縮空氣的水分含量不是很高(露點在;Tl(TC),系統在正常運行情況下，每半小時應開啟排水電磁閥6，開啟十秒後關閉即可(可以設計成邏輯自動控制)；如果壓縮空氣的水分含量較高(露點> 10°C)，系統在正常運行情況下，每十分鐘或是更短的時間內應該按順序開啟排水電磁閥6;當制氮機處於溫度較低的環境下時，制氮機開機前應先加熱制氮機的機箱，待機箱溫度達到要求時，制氮機才可以開始工作；用戶可以根據自己的需要設定環境溫度傳感器需要控制的溫度，來控制機箱加熱器2的啟停，溫度一般設定在5°C ；當制氮機在開機按鈕按下一小時後仍然產不出合格氮氣時，會自動關閉系統，並檢查系統出現的問題；用戶可以根據自己的需要設置制氮機報警顯示及緊急停止按鈕，當制氮機按鈕處於開機狀態時，任何一個使制氮機停機的要素都會反映到制氮機報警顯示中去；用戶可根據自己的實際用氣情況，來設置制氮機緊急停止按鈕的連鎖控制。本實用新型實施的必要條件如下
權利要求1.一種便捷輕型膜分離制氮系統，包括過濾器組(1)、加熱器(2)和膜分離器組(3)，其特徵在於所述過濾器組(1)分別連接空氣入口(4)和空氣輸入壓力表(5)，過濾器組(1)底端設有排水電磁閥(6)，空氣輸入壓力表(5)連接進氣控制壓力開關(7)和加熱器(2)，進氣控制壓力開關(7)和加熱器(2)均連接進氣控制電磁閥(9)、測溫儀(10)和出氣控制壓力開關(11)，進氣控制電磁閥(9)連接減壓閥(12)和進氣氣動閥(13)，進氣氣動閥(13)連接測溫儀(10)和膜分離器組(3);膜分離器組(3)分別連接富氧氣體輸出口(14)、純度控制閥 (15)和採樣控制閥(16)，採樣控制閥(16)順次連接樣氣減壓閥(17)、採樣流量計(18)以及相互並聯的露點儀(19)和氧分析儀(20)，露點儀(19)、氧分析儀(20)以及純度控制閥(15) 均連接廢氣排放電磁閥(21)和氮氣輸出電磁閥(22)，廢氣排放電磁閥(21)連接廢氣輸出口(23)，氮氣輸出電磁閥(22)連接單向閥(24)，單向閥(24)連接出氣控制壓力開關(7)和背壓閥(25 )，背壓閥(25 )連接低壓氮氣壓力表(26 )和制氮輸出口( 27 )。
2.根據權利要求1所述的一種便捷輕型膜分離制氮系統，其特徵在於加熱器(2)上設有溫度開關(8 )，進氣氣動閥(13 )連接溫度開關(8 )。
專利摘要本實用新型涉及一種便捷輕型膜分離制氮系統，包括過濾器組、加熱器和膜分離器，所述過濾器組連接空氣入口和空氣輸入壓力表，空氣輸入壓力表連接進氣控制壓力開關和加熱器，進氣控制壓力開關和加熱器均連接進氣控制電磁閥、測溫儀和出氣控制壓力開關；所述膜分離器組分別連接富氧氣體輸出口、純度控制閥和採樣控制閥，採樣控制閥順次連接樣氣減壓閥、採樣流量計以及相互並聯的露點儀和氧分析儀，露點儀、氧分析儀以及純度控制閥均連接廢氣排放電磁閥和氮氣輸出電磁閥。本實用新型的有益效果為工藝過程簡單；易於安裝和啟動；啟動時間短；使用壽命長；具有脫水功能，產品氮氣常壓露點可達-60℃以下。
文檔編號C01B21/04GK202246066SQ20112028792
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者鞏寧峰 申請人:鞏寧峰