本實(shí)用新型涉及了一種制氮裝置，特別是一種以沸石分子篩為吸附介質(zhì)的、適用于以空氣為原料氣的制氮裝置。

采用沸石分子篩的制氮裝置已有十多年的歷史了，目前國(guó)內(nèi)外一般采用的是加壓吸附和真空泵解吸工藝。采用這種工藝時(shí)，通常需要兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)和一臺(tái)真空泵，由于空氣壓縮機(jī)和真空泵之間的匹配比較困難，因此它們之間還需要有緩沖容器等，這樣就導(dǎo)致了制氮裝置的復(fù)雜化。另外，若采用真空泵解吸，對(duì)設(shè)備的密封要求也很高，同時(shí)也增加了維修的困難，另一方面由于所需的動(dòng)力設(shè)備較多，因而能量消耗也比較大。然而，最突出的問(wèn)題是，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的、采用沸石分子篩的制氮裝置其制氮效率都比較低，這是因?yàn)楝F(xiàn)有這些裝置在氧氮分離時(shí)所使用的沖洗氣體全部是產(chǎn)品氮?dú)?，產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣也未得到充分的利用。因?yàn)檫@些原因，沸石分子篩的制氮工藝在國(guó)內(nèi)外未得到進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)有的這些沸石分子篩的制氮裝置也只能說(shuō)是處于試用階段。

本實(shí)用新型的目的在于提供一種改進(jìn)的采用沸石分子篩的制氮裝置，該裝置不但能省去真空泵而得到簡(jiǎn)化，降低能耗，更重要的是能使制氮效率獲得大幅度的提高。

本實(shí)用新型是這樣構(gòu)成的，它是一種由三個(gè)吸附塔、兩個(gè)干燥塔和四通閥、空氣壓縮機(jī)、空氣貯氣筒、氮?dú)鈮嚎s機(jī)、氮?dú)赓A氣筒等組成的制氮裝置，各吸附塔和干燥塔內(nèi)均填有沸石分子篩，其特征在于：每一吸附塔下部各引出三路管道，其中的一路管道與壓縮空氣源相通，另一路管道與氮?dú)鈮嚎s機(jī)相通，還有一路管道與氮?dú)赓A氣筒和氮?dú)廨斔凸艿老嗤?。每一吸附塔的上部也各引出兩路管道，其中的一路管道與干燥塔相通，而另一路管道依次與其后一步程序的吸附塔相通。

本實(shí)用新型的制氮裝置由于采用了上述排列，因而就能使空氣也被用作氧氮分離時(shí)的沖洗氣體，更重要的是產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣得到了進(jìn)一步的利用，于是降低了產(chǎn)品氮?dú)獾幕亓飨?，使制氮效率與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了50％，另外，由于能省去真空泵（現(xiàn)有技術(shù)中的制氮裝置若省去了真空泵，則會(huì)使制氮效率和氮?dú)饧兌雀停亩?jiǎn)化了裝置，降低了能耗，而氮?dú)夂吭?9.5％以上。

本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)可由以下的實(shí)施例及其附圖給出。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型提出的制氮裝置的示意圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的制氮裝置中氧氮篩分程序的示意圖。

圖3是四個(gè)吸附塔的制氮裝置的示意圖。

如圖1所示，這種制氮裝置包括吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、干燥塔E、干燥塔F和四通閥G，還包括空氣壓縮機(jī)1、空氣貯氣筒2、氮?dú)鈮嚎s機(jī)3和氮?dú)赓A氣筒4，各吸附塔和干燥塔內(nèi)均填有沸石分子篩。吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的下部各引出三路管道，其中，經(jīng)過(guò)截止閥A1、B1或C1的這一路管道均與干燥塔上單向閥E1和F1的連接處相通，經(jīng)過(guò)截止閥A4、B4或C4的這一路管道均與氮?dú)鈮嚎s機(jī)3相通，經(jīng)過(guò)截止閥A3、B3或C3的這一路管道均與氮?dú)赓A氣筒4和氮?dú)廨敵龉艿?相通。每一吸附塔的上部也各引出二路管道，其中，經(jīng)過(guò)截止閥A2、B2或C2的這一路管道與干燥塔上單向閥E2和F2的連接處相通，從吸附塔C上部經(jīng)過(guò)截止閥C5的管道與吸附塔B和它下面三個(gè)截止閥的連接處相通，從吸附塔B上部經(jīng)過(guò)截止閥B5的管道與吸附塔A和它下面三個(gè)截止閥的連接處相通，從吸附塔A上部經(jīng)過(guò)截止閥A5的管道與吸附塔C和它下面三個(gè)截止閥的連接處相通。還可以如圖3所示，在吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C之后再加一個(gè)吸附塔D，從吸附塔D的下部也引出三路管道，其中，經(jīng)過(guò)截止閥D1的管道與干燥塔上單向閥E1和F1的連接處相通，經(jīng)過(guò)截止閥D4的管道與氮?dú)鈮嚎s機(jī)3相通，經(jīng)過(guò)截止閥D3的管道與氮?dú)赓A氣筒4和氮?dú)廨敵龉艿?相通，該塔的上部也引出二路管道，其中，經(jīng)過(guò)截止閥D2的管道與干燥塔上單向閥E2和F2的連接處相通，經(jīng)過(guò)截止閥D5的管道與吸附塔C和它下面三個(gè)截止閥的連接處相通。這里，所說(shuō)的截止閥均為四封式真空截止閥，這種截止閥由兩組密封件構(gòu)成，每一組密封件包括聚氟乙烯類的主密封圈和丁腈類的副密封圈。

具體操作過(guò)程可分為兩部分，第一部分為壓縮空氣的預(yù)處理部分，第二部分為氧氮篩分部分。

在第一部分的壓縮空氣預(yù)處理時(shí)，作為原料氣的空氣先在空氣壓縮機(jī)1中增壓，達(dá)到7公斤／厘米2時(shí)進(jìn)入空氣貯氣筒2中被暫時(shí)貯存，同時(shí)在該空氣貯氣筒中經(jīng)過(guò)玻璃纖維等過(guò)濾介質(zhì)除去部分水份和壓縮機(jī)帶來(lái)的油份，接著再經(jīng)四通閥G進(jìn)入干燥塔E或F，經(jīng)過(guò)干燥塔中的沸石分子篩可進(jìn)一步除水份和二氧化碳，從而獲得十分干燥的壓縮空氣。從干燥塔E或F出來(lái)的干燥空氣經(jīng)單向閥E1或F1再經(jīng)過(guò)一減壓閥H被輸送到第二部分的氧氮篩分部分中去。這里，干燥塔E和F是交替使用的，當(dāng)干燥塔E吸附壓縮空氣中的水份時(shí)，干燥塔F因四通閥的切換，塔內(nèi)的壓力迅速?gòu)?kg／cm2降為1kg／cm2，由于壓力降低而將沸石分子篩中的水份釋放，而來(lái)自篩分部份的干燥廢氣經(jīng)單向閥F2進(jìn)入干燥塔F，從而可使塔內(nèi)分子篩中的水份和二氧化碳等得到進(jìn)一步解吸，這樣也就實(shí)現(xiàn)了分子篩的再生，從該干燥塔排出的廢氣最后經(jīng)四通閥G而放空。當(dāng)干燥塔F吸附壓縮空氣中的水份時(shí)，從篩分部分過(guò)來(lái)的制氮廢氣就經(jīng)單向閥E2進(jìn)入干燥塔E，經(jīng)過(guò)了同樣的作用之后也經(jīng)四通閥G而放空。

第二部分的氧氮篩分包括：用沸石分子篩對(duì)壓縮空氣中的氮進(jìn)行吸附，然后通過(guò)氣體沖洗使吸附相中的氮與不吸附相中的氧分離開(kāi)來(lái)。最后再對(duì)沸石分子篩中被吸附的氮進(jìn)行解吸，下面將以三個(gè)吸附塔的制氮裝置為例，來(lái)對(duì)上述三個(gè)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖2所示，氧氮篩分的每個(gè)周期可分為三個(gè)階段，每個(gè)階段大約為100秒鐘。圖中帶交叉線的方框?yàn)槲阶饔?；帶斜線的方框?yàn)榇址蛛x作用，即壓縮空氣對(duì)不吸附相中的富氧進(jìn)行沖洗；帶短橫線的方框?yàn)榧?xì)分離作用，即產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣對(duì)不吸附相中約21％的氧進(jìn)行沖洗；帶點(diǎn)的方框?yàn)榫蛛x作用，即產(chǎn)品氮?dú)鈱?duì)不吸附相中微量的氧氣進(jìn)行沖洗；其內(nèi)部空白的方框?yàn)榻馕饔谩８鞣娇蛑械淖帜溉鏏1、A2、B1……等均指被打開(kāi)的截止閥。

在第一階段中，截止閥A1被打開(kāi)，吸附塔A中進(jìn)行的是吸附，吸附塔B中暫時(shí)不進(jìn)行任何作用，截止閥C4也被打開(kāi)，吸附塔C中進(jìn)行的是解吸；當(dāng)截止閥A1、A2均被打開(kāi)時(shí)，吸附塔A中進(jìn)行的是粗分離，即壓縮空氣對(duì)不吸附相中的富氧進(jìn)行沖洗，而吸附塔B仍不進(jìn)行任何作用，吸附塔C中仍繼續(xù)進(jìn)行著解吸；此后，截止閥A1被關(guān)閉而截止閥A2繼續(xù)打開(kāi)，同時(shí)截止閥B3、B5也被打開(kāi)，這時(shí)，吸附塔B中進(jìn)行的是精分離，即產(chǎn)品氮?dú)鈱?duì)不吸附相中的微量氧氣進(jìn)行沖洗，然后，這種產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣進(jìn)入吸附塔A，從而對(duì)吸附塔A不吸附相中的21％的氧氣進(jìn)行沖洗，即進(jìn)行細(xì)分離。沖洗后的廢氣再經(jīng)截止閥A2排放到預(yù)處理部分中去，而吸附塔C則繼續(xù)進(jìn)行著解吸。在第二階段，開(kāi)始時(shí)，吸附塔A中暫時(shí)不進(jìn)行任何作用，而截止閥B4打開(kāi)，吸附塔B中進(jìn)行的是解吸，而這時(shí)截止閥C1被打開(kāi)，吸附塔C中進(jìn)行的是吸附，然后再打開(kāi)截止閥C2，壓縮空氣對(duì)不吸附相中的富氧進(jìn)行沖洗，此后再打開(kāi)截止閥A3、A5，產(chǎn)品氮?dú)鈱?duì)吸附塔A不吸附相中的微量氧氣進(jìn)行沖洗，然后，這種產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣進(jìn)入吸附塔C，對(duì)吸附塔C中約21％的氧氣進(jìn)行沖洗，沖洗后的廢氣再經(jīng)截止閥C2排放到預(yù)處理部分中去，這時(shí)吸附塔B仍進(jìn)行著解吸。在第三階段中，截止閥A4始終打開(kāi)，吸附塔A中進(jìn)行的是解吸，而吸附塔C中暫時(shí)不進(jìn)行任何作用，吸附塔B中先是吸附，這時(shí)截止閥B1打開(kāi)，然后再打開(kāi)截止閥B2，壓縮空氣對(duì)不吸附相中的富氧進(jìn)行沖洗，此后打開(kāi)截閥C3、C5，產(chǎn)品氮?dú)鈱?duì)吸附塔C中的微量氧氣進(jìn)行沖洗，接著，這種產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗后的排放氣進(jìn)入吸附塔B，對(duì)吸附塔B中21％的氧氣進(jìn)行沖洗，沖洗后的廢氣再經(jīng)截止閥B2排放到預(yù)處理部分中去。

現(xiàn)在以吸附塔A為例，來(lái)對(duì)氧氮篩分操作的具體步驟進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。

從預(yù)處理部分過(guò)來(lái)的、經(jīng)過(guò)減壓閥H的壓縮空氣經(jīng)截止閥A1進(jìn)入吸附塔A3塔內(nèi)的沸石分子篩對(duì)壓縮空氣中的氮進(jìn)行吸附，氧則富集在不吸附相中，吸附時(shí)塔內(nèi)的壓力一般在3～6kg／cm2，但最佳工作壓力為3～5kg／cm2。吸附過(guò)程進(jìn)行到30～40秒時(shí)，打開(kāi)截止閥A2，這時(shí)用壓縮空氣對(duì)不吸附相中的富氧進(jìn)行分離沖洗，而沸石分子篩對(duì)壓縮空氣中的氧繼續(xù)有吸附作用，該沖洗過(guò)程一直要進(jìn)行到不吸相中氧的含量下降到接近21％為止。經(jīng)截止閥A2排出的廢氣再全部排放到預(yù)處理部分中去，經(jīng)單向閥E2或F2進(jìn)入干燥塔E或F，壓縮空氣的沖洗時(shí)間也為30～40秒。然后，打開(kāi)截止閥B3、B5，產(chǎn)品氮?dú)鈴腂3經(jīng)吸附塔B中出來(lái)，回流沖洗后的排放氣就通過(guò)該截止閥B5進(jìn)入吸附塔A，用這種含氮量為90～99％的排放氣沖洗不吸附相中21％的氧氣可使不吸附相中氧的含量進(jìn)一步下降。經(jīng)沖洗后的廢氣也經(jīng)截止閥A2排放到預(yù)處理部分中去，經(jīng)單向閥E1或F1進(jìn)入干燥塔E或F。經(jīng)過(guò)30～40秒的沖洗使A塔含氧量下降到百分之幾。在第二階段時(shí)，打開(kāi)截止閥A3A5，這時(shí)是用來(lái)自氮?dú)赓A氣筒4的含氮量在99.5％以上的氮?dú)鈱?duì)不吸附相中殘存的百分之幾的氧進(jìn)行沖洗，從而在吸附塔A中實(shí)現(xiàn)了氧氮較為徹底的分離，這次沖洗后的排放氣體則是經(jīng)截止閥A5回流到吸附塔C中，用作吸附塔C的第二次沖洗（細(xì)分離）的氣體，產(chǎn)品氮?dú)饣亓鳑_洗的時(shí)間仍然是30～40秒。在這之后，不吸附相中的氧已幾乎全部被排除在塔外，此時(shí)關(guān)閉截止閥A3A5、打開(kāi)截止閥A4，用氮?dú)鈮嚎s機(jī)3對(duì)吸附塔A沸石分子篩中被吸附的氮進(jìn)行解吸，因?yàn)槲剿械膲毫κ冀K被保持在約4kg／cm2左右，而氮?dú)鈮嚎s機(jī)的進(jìn)氣口又是負(fù)壓，所以這時(shí)的解吸是通過(guò)這種壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，解吸的時(shí)間一般為60～120秒，而最佳解吸時(shí)間為80～100秒。經(jīng)增壓后的含氮量在99.5％以上的產(chǎn)品氮?dú)庾詈筮M(jìn)入氮?dú)赓A氣筒4，筒內(nèi)的壓力一般被保持在約5kg／cm2左右。氮?dú)赓A氣筒4中的氮?dú)獬徊糠钟米骰亓鳑_洗以外，基本上被作為氮源而輸送到其它地方去。