一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)，由空氣緩沖罐、空氣處理系統(tǒng)、膜分離制氮機(jī)、自動(dòng)排空系統(tǒng)、變壓吸附制氮機(jī)以及成品氮?dú)鈨?chǔ)罐依次連接而成，所述空氣處理系統(tǒng)包括冷凝器以及電加熱器，所述變壓吸附制氮機(jī)底部設(shè)有進(jìn)氣閥，所述變壓吸附制氮機(jī)體內(nèi)進(jìn)氣閥上端安裝有氣流分布板，氣流分布板上端安裝有向下凹的篩板，所述篩板上端安裝有分子篩，所述自動(dòng)排空系統(tǒng)由氧分析儀以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)分別控制兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)制氮機(jī)成本高昂、維修困難、能源消耗高的技術(shù)難題，通過采用將膜分離制氮機(jī)及變壓吸附制氮機(jī)兩項(xiàng)工藝進(jìn)行結(jié)合，去掉了原來的冷干機(jī)部分，省電的同時(shí)，降低了故障率。
【專利說明】一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及制氮系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣調(diào)貯藏（可簡(jiǎn)稱"CA"）是在冷藏基礎(chǔ)上增加氣體成分調(diào)節(jié)，通過對(duì)貯藏環(huán)境中 溫度、濕度、二氧化碳、氧濃度和乙烯濃度等條件的控制、抑制果蔬的呼吸作用延緩新陳代 謝過程，能更好的保持果蔬的鮮度和商品性，延長(zhǎng)貯藏期和銷售貨架期。氣調(diào)庫(kù)的主要設(shè)備 有制氮機(jī)，以空氣為原料，利用空氣物理特性，將空氣中的氧和氮分離主要有深冷空分法、 碳分篩變壓吸附法（PSA)和膜分離法等三種制氮方法，有膜分離制氮機(jī)和變壓吸附制氮機(jī) 兩種制氮機(jī)。
[0003] 目前市場(chǎng)上的膜分離制氮機(jī)需要的空氮比高，并且由于膜組等部件是進(jìn)口產(chǎn)品， 因此整套設(shè)備單價(jià)很高，簡(jiǎn)單的一根膜組就需要20000元左右，通常50立方米/小時(shí)的制 氮機(jī)組需要3-4根膜組，加上其他配套設(shè)備，造價(jià)在20多萬(wàn)，成本居高不下，使客戶接受起 來較為困難。
[0004] 高純度的變壓吸附制氮機(jī)需要采用進(jìn)口碳碳分子篩，制造工藝比較復(fù)雜，以99% 純度的制氮機(jī)為例，50立方米/小時(shí)流量的制氮機(jī)，單獨(dú)碳分子篩成本大約是3萬(wàn)多（國(guó)產(chǎn) 碳分子篩適用于低純制氮機(jī)使用），雖然總造價(jià)比膜分離制氮機(jī)低，但是成本還是較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種膜分離與變壓吸附組 合式制氮系統(tǒng)，目的在于結(jié)合以上兩種制氮方式的優(yōu)點(diǎn)，摒棄高成本，同時(shí)又能達(dá)到氮?dú)庵?作的效果。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)，由空氣緩沖罐、空氣處理系統(tǒng)、膜分離制 氮機(jī)、自動(dòng)排空系統(tǒng)、兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)以及成品氮?dú)鈨?chǔ)罐依次連接而成，所述空氣處理 系統(tǒng)包括冷凝器以及電加熱器，所述變壓吸附制氮機(jī)底部設(shè)有進(jìn)氣閥，所述變壓吸附制氮 機(jī)體內(nèi)進(jìn)氣閥上端安裝有氣流分布板，氣流分布板上端安裝有向下凹的篩板，所述篩板上 均勻鉆有3毫米直徑小孔，且該小孔呈等腰三角形分布，所述篩板上端安裝有分子篩，所述 自動(dòng)排空系統(tǒng)由氧分析儀以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)分別控制兩 臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)。
[0008] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效果是：
[0009] 1、本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)制氮機(jī)成本高昂、維修困難、能源消耗高的技術(shù)難題，通 過采用將膜分離制氮機(jī)及變壓吸附制氮機(jī)兩項(xiàng)工藝進(jìn)行結(jié)合，去掉了原來的冷干機(jī)部分， 省電的同時(shí)，降低了故障率。
[0010] 2、本實(shí)用新型通過采用進(jìn)氣閥處安裝的氣流分布板，從根本上解決了吸附塔下進(jìn) 氣流均勻分布，提高碳分子篩效率，有效降低吸附塔高度，
[0011] 3、本實(shí)用新型通過采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)，使兩塔交替 循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型的連接關(guān)系示意圖；
[0013] 圖2為本實(shí)用新型變壓吸附制氮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（局部剖視）；
[0014] 圖3為本實(shí)用新型變壓吸附制氮機(jī)的進(jìn)氣流向示意圖；
[0015] 圖4為本實(shí)用新型篩板的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下。需要說明的是，本實(shí)施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍。
[0017] 根據(jù)圖1所示，一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)，由空氣緩沖罐、空氣處理 系統(tǒng)、膜分離制氮機(jī)、自動(dòng)排空系統(tǒng)、兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)以及成品氮?dú)鈨?chǔ)罐依次連接而 成。而且，所述空氣處理系統(tǒng)包括冷凝器以及電加熱器。所述自動(dòng)排空系統(tǒng)由氧分析儀以 及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)分別控制兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)。
[0018] 壓縮空氣進(jìn)入緩沖儲(chǔ)罐，再經(jīng)過空氣處理系統(tǒng)處理后，進(jìn)入膜組，采用膜分離技術(shù) 分離氮?dú)?，由于各種氣體在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對(duì)滲透速 率不同。根據(jù)這一特性，當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差的作用下，滲透速率相對(duì)快的氣體，如 水、氫氣、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)較慢的氣體，如氮 氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的?？諝?經(jīng)膜分離技術(shù)分離出90-95%純度的氮?dú)?，同時(shí)也去掉了壓縮空氣中的水份，然后進(jìn)入吸附 塔，采用變壓吸附技術(shù)對(duì)其進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附。通過膜分離制氮機(jī)把氮?dú)饧兌纫淮巫?到90%左右，然后進(jìn)入變壓吸附制氮機(jī)，二次把純度提升到99%以上，由于是從90-95%純 度的氮?dú)饧兓?9%，因此需要的原料氣、模組和碳分子篩用量相對(duì)減少很多，通過試驗(yàn)結(jié) 果證明，從成本和耗氣量上都節(jié)約1/3左右。
[0019] 其中，當(dāng)一臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)完成加壓吸附過程轉(zhuǎn)換成另一臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)加 壓吸附時(shí)，兩變壓吸附制氮機(jī)之間壓力比稱之為不平衡均壓比，本實(shí)用新型通過PLC自動(dòng) 控制系統(tǒng)采用等勢(shì)不平衡均壓方式控制兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，在同一裝置 同等外界條件下，當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌葹?9. 5%時(shí)等勢(shì)不平衡均壓方式較等勢(shì)平衡均壓方式，可提 高產(chǎn)氮能力11%左右，降低氣耗比6%左右。在99. 9%時(shí)其產(chǎn)氮能力可提高20%左右，氣 耗比降低12 %左右。在99. 99 %其產(chǎn)氮能力可提高23 %左右，氣耗比降低13 %左右。
[0020] 根據(jù)圖2、3、4所示，所述變壓吸附制氮機(jī)底部設(shè)有進(jìn)氣閥4,所述變壓吸附制氮機(jī) 體內(nèi)進(jìn)氣閥上端安裝有氣流分布板3,氣流分布板上端安裝有向下凹的篩板2,所述篩板上 均勻鉆有3毫米直徑小孔5,且該小孔呈等腰三角形分布，所述篩板上端安裝有碳分子篩1。 通過采用氣流分布板，從根本上解決了吸附塔下進(jìn)氣流均勻分布，提高碳分子篩效率，有效 降低吸附塔高度。有效延長(zhǎng)制氮機(jī)篩板和碳分子篩的壽命，提高空氣利用效率，同時(shí)減少了 機(jī)體下部無(wú)用空間，空間利用率較原來增加了 3/5,因此有效降低了直邊筒體的高度，降低 了壓力容器成本和運(yùn)輸高度問題。具有高效節(jié)能、成本低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0021] 從進(jìn)氣閥進(jìn)入的壓縮空氣在碰到氣流分布板后，反射到機(jī)體底部，在從機(jī)體底部 形成弧形均勻反射流向下凹的篩板，篩板上均勻鉆有3毫米直徑小孔，呈等腰三角形分布， 二次反射后的壓縮空氣透過均勻布置的篩板，沿著一定角度進(jìn)入碳分子篩，碰到吸附機(jī)體 內(nèi)壁后再反射回機(jī)體內(nèi)，同時(shí)有另一部分壓縮空氣直接上升，如此，使碳分子篩三維吸附， 提高了碳分子篩的使用效率，盡量消除機(jī)體內(nèi)死角空間。同時(shí)由于壓縮空氣是通過二次反 射后進(jìn)入的碳分子篩，有效地降低了對(duì)篩板和篩網(wǎng)的沖擊，有效延長(zhǎng)制氮機(jī)篩板和碳分子 篩的壽命。
【權(quán)利要求】
1. 一種膜分離與變壓吸附組合式制氮系統(tǒng)，其特征在于：由空氣緩沖罐、空氣處理系 統(tǒng)、膜分離制氮機(jī)、自動(dòng)排空系統(tǒng)、兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)以及成品氮?dú)鈨?chǔ)罐依次連接而成， 所述空氣處理系統(tǒng)包括冷凝器以及電加熱器，所述變壓吸附制氮機(jī)底部設(shè)有進(jìn)氣閥，所述 變壓吸附制氮機(jī)體內(nèi)進(jìn)氣閥上端安裝有氣流分布板，氣流分布板上端安裝有向下凹的篩 板，所述篩板上均勻鉆有3毫米直徑小孔，且該小孔呈等腰三角形分布，所述篩板上端安裝 有分子篩，所述自動(dòng)排空系統(tǒng)由氧分析儀以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中PLC自動(dòng)控制系 統(tǒng)分別控制兩臺(tái)變壓吸附制氮機(jī)。
【文檔編號(hào)】C01B21/04GK203998957SQ201320787921
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】任天祥 申請(qǐng)人:天津市利源捷能氣調(diào)保鮮設(shè)備有限公司