本發(fā)明涉及一種制氮裝置，具體涉及為一種低成本、低空耗產氮及產氮過程中產生的富氮回收提純利用的裝備及其制取方法。

背景技術：

psa產氮技術通常由空壓機提供一定壓力的空氣通過產氮機分子篩吸附，輸出純氮氣體。因生產空氣壓力不可調、相同制取量低壓下產氮機體積大、投資大、耗氣高、成本大缺陷；現(xiàn)有工藝也存在需用純氮置換吸附罐內不合格氣體，直接排空，造成純氮資源消耗；現(xiàn)有工藝也因常壓解析、未能最大釋放解析能力、導致分子篩吸附能力變弱，生產耗氣大；現(xiàn)有工藝也因壓力解析過程中前期富氮排空浪費現(xiàn)象和產生噪音污染；現(xiàn)有工藝也存在不合格氮氣直接排放資源浪費等缺陷。

現(xiàn)有技術中國專利號201020237692.9公開的一種節(jié)能型產氮機，它包括反應塔、空氣管道、氮氣緩沖罐、精密過濾器和氮氣流量計組成，該裝置工作時：兩個反應塔一個工作，一個再生。壓縮空氣通過空氣管道進入正在工作的反應塔，在反應塔內生成氮氣；氮氣從反應塔出來通過空氣管道進入氮氣緩沖罐；一部分氮氣通過空氣管道進入未工作的反應塔，在反應塔內自上而下經過碳分子篩床層，過濾掉不合格的氮氣，合格的氮氣從該反應塔的下部進入空氣管道，再經過空氣管道口的消音器排入大氣當中；上述節(jié)能型產氮機的缺點包括：

1.用合格氮氣過濾掉不合格氮氣、增加合格氮氣的消耗、增加運行成本；

2.用合格氮氣過濾掉不合格氮氣、排入大氣中、富氮氣體未回收利用、造成浪費、增加運行成本；

3.消音器放空、產生環(huán)境噪音污染；

現(xiàn)有技術中國專利號201310592973.4公開的一種具有回收富氧氣體功能的制氮機，它包括通過管道連接的第一吸附塔、第二吸附塔以及消音器，所述制氮機還包括用于回收富氧氣體的回收裝置，該裝置將排空的富氧加壓回收利用；上述回收富氧氣體功能的制氮機的缺點包括：

1.上述排出的富氧通過加壓進入后道壓縮空氣系統(tǒng)中，對氧含量要求的工況不適應；

2.制氮機剛開始帶有一定壓力解析時，排出為富氮氣體；當壓力下降至常壓時分子篩排出吸附的氧氣；上述回收富氧氣體功能的制氮機并未對解析前期富氮氣體回收提純利用、增加運行成本；

3.產氮機解析通過消音器放空、產生環(huán)境噪音污染；

當然，現(xiàn)有技術中還存在，

1.制氮機排出的氮氣經純度分析儀檢測后，不合格的氮氣直接排入大氣中，未回收提純利用、造成資源的浪費；

2.從生產系統(tǒng)壓縮空氣中取出一部分壓縮空氣制氮，其壓力受生產系統(tǒng)決定、無法調節(jié)，造成制氮設備體積大、投資大、產氮低等缺陷；

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一種由空氣增壓系統(tǒng)、負壓解析系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)組成的低空耗富氮回收制氮裝置及制取方法。

該裝置可相同產氮下設備體積減小、投資降低；可取消消音器消除環(huán)境噪音污染；對產氮排出不合格氮氣進行回收、提純利用；克服可原富氮資源浪費、空氣壓力不可調、常壓解析、環(huán)境噪音污染等缺陷。

技術方案：本發(fā)明的一種低空耗富氮回收制氮裝置包括空氣增壓系統(tǒng)、負壓解析系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)、產氮系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)組成；其中，產氮a罐與產氮b罐的上部通過串聯(lián)的第一出氮閥、第二出氮閥連接，中部通過平衡閥連接，下部分別通過串聯(lián)的第一進氣閥、第二進氣閥和串聯(lián)的第一排放閥、第二排放閥連接，串聯(lián)的第一進氣閥、第二進氣閥與串聯(lián)的第一排放閥、第二排放閥相并聯(lián)；

空氣增壓系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)的進氣口分別通過進氣管接第一進氣閥、第二進氣閥的中間，負壓解析系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)的出氣口分別通過放空管接第一排放閥、第二排放閥的中間；

氮氣緩沖罐的上部通過氮氣管接第一出氮閥、第二出氮閥的中間，氮氣緩沖罐的下部通過順序通過純度分析儀、排氣閥、排氣管接富氮回收系統(tǒng)的富氮儲罐上。

所述的空氣增壓系統(tǒng)包括空壓機、空氣管、壓縮空氣罐、出氣管、出氣閥、增壓泵、泵切斷閥、壓力傳感器、增壓傳感器；空壓機通過空氣管連接到壓縮空氣罐提供壓縮空氣；壓縮空氣罐的一個出氣口通過出氣管通過出氣閥連接到進氣管；壓縮空氣罐的另一個出氣口通過順序通過增壓泵和切斷閥連接到進氣管；壓力傳感器固定在壓縮空氣罐上；增壓傳感器固定在空氣管路上。

所述的負壓解析系統(tǒng)包括串聯(lián)連接的解析切斷閥、真空泵、放空管。

所述的富氮回收系統(tǒng)包括順序串聯(lián)連接的富氮進氣閥、富氮儲罐、加壓閥、加壓泵，富氮進氣閥的進口接放空管，壓力傳感器安裝在放空管上；加壓泵的出口接進氣管，富氮罐壓力開關位于富氮儲罐上。

本發(fā)明的低空耗富氮回收制氮裝置的制取方法包括步驟如下：

1).空氣增壓系統(tǒng)中空壓機通過空氣管向壓縮空氣罐提供壓縮空氣；控制柜打開出氣閥、壓縮空氣從出氣管經出氣閥向進氣管供氣，打開第一進氣閥，進氣管向產氮系統(tǒng)吸附產氮a罐提供壓縮空氣；當產氮a罐壓力與壓縮空氣罐平衡時，關閉出氣閥、打開泵切斷閥、啟動增壓泵向吸附產氮a罐供氣加壓；當吸附產氮a罐壓力達到設定壓力時，進氣管上增壓傳感器反饋關閉切斷閥并停止增壓泵、關閉第一進氣閥，此時產氮a罐進入增壓吸附狀態(tài)；

2).產氮a罐吸附上述進入的壓縮空氣中氧氣，達到設定時間后、出氮閥打開、氮氣經氮氣管進入氮氣緩沖罐，經純度分析儀檢測、合格氮氣打開輸出閥進入生產系統(tǒng)，不合格氮氣打開排氣閥通過排氣管進入富氮回收系統(tǒng)富氮儲罐中；

3).產氮a罐完成氮氣排出后、關閉第一出氮閥、產氮a罐進入解析狀態(tài)，平衡閥開啟、平衡產氮a罐與產氮b罐壓力后關閉平衡閥；

4).產氮a罐壓力平衡后打開第一排放閥和富氮進氣閥；產氮a罐通過壓差將富氮氣體經放空管排進常壓狀態(tài)下富氮儲罐中；隨著產氮a罐壓力下降達到壓力傳感器設定值關閉富氮進氣閥；

5).壓力傳感器達設定值，開啟解析切斷閥和真空泵開啟，由真空泵抽產氮a罐至設定負壓，在壓力下降至負壓過程中產氮a罐內解析出的氧氣通過真空泵經放空管排空；

6).產氮a罐解析過程時，產氮b罐進入吸附狀態(tài)，控制柜打開第二進氣閥、加壓閥、開啟加壓泵，將富氮儲罐中上述步驟2)、步驟4)收集的富氮通過加壓泵經進氣管、第二進氣閥進入產氮b罐中；當富氮罐壓力開關達設定值、切斷加壓閥、停止加壓泵；

7).控制柜打開出氣閥、壓縮空氣從出氣管向進氣管補氣，當產氮b罐壓力與壓縮空氣罐平衡時，關閉出氣閥、打開泵切斷閥、啟動增壓泵向吸附產氮b罐供氣加壓；當吸附產氮b罐壓力達到設定壓力時，進氣管上增壓傳感器反饋關閉切斷閥并停止增壓泵、關閉第一進氣閥，此時產氮b罐進入增壓吸附狀態(tài)；

8).產氮b罐吸附上述進入的壓縮空氣中氧氣，達到設定時間后、第二出氮閥打開、氮氣經氮氣管進入氮氣緩沖罐，經純度分析儀檢測、合格氮氣打開輸出閥進入生產系統(tǒng)，不合格氮氣打開排氣閥通過排氣管進入富氮回收系統(tǒng)富氮儲罐中；

9).產氮b罐完成氮氣排出后、關閉第二出氮閥、產氮b罐進入解析狀態(tài)，平衡閥開啟、平衡產氮a罐與產氮b罐壓力后關閉平衡閥；

10).產氮b罐負壓解析過程重復上述步驟4)、步驟5)完成產氮a罐、產氮b罐一個周期循環(huán)。

有益效果：本發(fā)明優(yōu)點在于結構新穎，采用一種由空氣增壓系統(tǒng)、負壓解析系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)組成的低空耗富氮回收制氮裝置及制取方法。

該裝置采用空氣增壓系統(tǒng)：利用分子篩隨壓力增加、吸附能力提升的特性，采用空氣進入產氮罐平衡后再次增壓提高系統(tǒng)壓力，提升產氮，可相同產氮下設備體積減小、投資降低；

該裝置采用負壓解析系統(tǒng)，對解析過程細化、真空泵使分子篩由常壓解析轉為負壓解析、進一步釋放分子篩吸附的氧含量：提高后續(xù)氧吸附能力；同時負壓解析系統(tǒng)可省卻原系統(tǒng)純氮置換殘留不合格氮氣裝置，可取消消音器消除環(huán)境噪音污染；

該裝置采用富氮回收系統(tǒng)：對解析過程細化、回收壓力降至常壓過程中排出的富氮氣體進一步提純利用；

該裝置采用富氧回收系統(tǒng)：對產氮排出不合格氮氣進行回收、提純利用；

通過空氣增壓系統(tǒng)、負壓解析系統(tǒng)、可使制氮裝置體積小、效率高、投資低；富氮回收系統(tǒng)可將回收富氮再次輸送制氮裝置提純，降低源頭壓縮空氣的消耗，實現(xiàn)節(jié)能、低空耗、富氮回收利用的目的?？朔稍坏Y源浪費、空氣壓力不可調、常壓解析、環(huán)境噪音污染等缺陷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種低空耗回收產氮裝備的示意圖；

圖2為圖1空氣增壓系統(tǒng)的示意圖；

圖3為圖1負壓解析系統(tǒng)的示意圖；

圖4為圖1富氮回收系統(tǒng)的示意圖；

其中包括：空氣增壓系統(tǒng)1、負壓解析系統(tǒng)2、富氮回收系統(tǒng)3、進氣管4、產氮a罐5、第一進氣閥6、第二進氣閥7、第一排放閥8、第二排放閥9、第一出氮閥10、第二出氮閥11、平衡閥12、產氮b罐13、氮氣管14、氮氣緩沖罐15、純度分析儀16、輸出閥17、排氣閥18、排氣管19、放空管20、控制柜21。

空氣增壓系統(tǒng)1包括：空壓機1.1、空氣管1.2、壓縮空氣罐1.3、出氣管1.4、出氣閥1.5、增壓泵1.6、泵切斷閥1.7、壓力傳感器1.8、增壓傳感器1.9。

負壓解析系統(tǒng)2包括：解析切斷閥2.1、真空泵2.2、放空管2.3。

富氮回收系統(tǒng)3包括：富氮進氣閥3.1、富氮儲罐3.2、加壓閥3.3、加壓泵3.4、壓力傳感器3.5、富氮罐壓力開關3.6。

具體實施方式

本發(fā)明采用一種由空氣增壓系統(tǒng)、負壓解析系統(tǒng)、富氮回收系統(tǒng)組成的低空耗富氮回收制氮裝置及制取方法。

該裝置采用空氣增壓系統(tǒng)：利用分子篩隨壓力增加、吸附能力提升的特性，采用空氣進入產氮罐平衡后再次增壓提高系統(tǒng)壓力，提升產氮，可相同產氮下設備體積減小、投資降低；

該裝置采用負壓解析系統(tǒng)，對解析過程細化、真空泵使分子篩由常壓解析轉為負壓解析、進一步釋放分子篩吸附的氧含量：提高后續(xù)氧吸附能力；同時負壓解析系統(tǒng)可省卻原系統(tǒng)純氮置換殘留不合格氮氣裝置，可取消消音器消除環(huán)境噪音污染；

該裝置采用富氮回收系統(tǒng)：對解析過程細化、回收壓力降至常壓過程中排出的富氮氣體進一步提純利用；回收排放的不合格氮氣；通過加壓泵再次輸送制氮裝置提純，降低源頭壓縮空氣的消耗，實現(xiàn)節(jié)能、低空耗、富氮回收利用的目的。

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述。

本發(fā)明的一種低空耗回收產氮裝置包括空氣增壓系統(tǒng)1、負壓解析系統(tǒng)2、富氮回收系統(tǒng)3、產氮系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)組成；

所述的空氣增壓系統(tǒng)1包括空壓機1.1、空氣管1.2、壓縮空氣罐1.3、出氣管1.4、出氣閥1.5、增壓泵1.6、泵切斷閥1.7、壓力傳感器1.8、增壓傳感器1.9。空壓機1.1與空氣管1.2連接向壓縮空氣罐1.3提供壓縮空氣；出氣管1.4和出氣閥1.5連接在壓縮空氣罐1.3上；增壓泵1.6和切斷閥1.7與壓縮空氣罐1.3連接；壓力傳感器1.8固定在壓縮空氣罐1.3上；增壓傳感器1.9固定在空氣管路4上；

所述的負壓解析系統(tǒng)2包括解析切斷閥2.1、真空泵2.2、放空管2.3。解析切斷閥2.1、真空泵2.2、放空管2.3與產氮系統(tǒng)放空管20連接；

所述的富氮回收系統(tǒng)包括富氮進氣閥3.1、富氮儲罐3.2、加壓閥3.3、加壓泵3.4、壓力傳感器3.5、富氮罐壓力開關3.6。富氮進氣閥3.1連接著富氮儲罐3.2與放空管20；壓力傳感器3.5安裝在放空管20上；加壓閥3.3固定在富氮儲罐3.2出口；加壓泵3.4連接著加壓閥3.3和進氣管4；

所述的產氮系統(tǒng)包括進氣管4、產氮a罐5、第一進氣閥6、第二進氣閥7、第一排放閥8、第二排放閥9、第一出氮閥10、第二出氮閥11、平衡閥12、產氮b罐13、氮氣管14、放空管20。進氣管4與第一進氣閥6、第二進氣閥7連接固定在產氮罐底部；氮氣管14與第一出氮閥10、第二出氮閥11連接固定在產氮罐頂部；放空管20與第一排放閥8、第二排放閥9連接安裝在產氮罐底部；平衡閥12連接產氮a罐5、產氮b罐13中部；

所述的氮氣檢測系統(tǒng)包括氮氣緩沖罐15、純度分析儀16、輸出閥17、排氣閥18、排氣管19。氮氣管14與氮氣緩沖罐15連接；純氮分析儀固定在氮氣緩沖罐15上；與純氮分析儀出口連接的輸出閥17與生產系統(tǒng)連接；與純氮分析儀出口連接的排放閥18通過排氣管19與富氮回收系統(tǒng)3連接；

本發(fā)明還提供了一種低空耗富氮回收制氮的方法，具體步驟如下：

1.空氣增壓系統(tǒng)1中空壓機1.1通過空氣管1.2向壓縮空氣罐1.3提供壓縮空氣；控制柜21打開出氣閥1.5、壓縮空氣從出氣管1.4經出氣閥1.5向進氣管4供氣，打開第一進氣閥6進氣管4向產氮系統(tǒng)吸附產氮a罐5提供壓縮空氣；當產氮a罐5壓力與壓縮空氣罐1.3平衡時，關閉出氣閥1.5、打開泵切斷閥1.7、啟動增壓泵1.6向吸附產氮a罐5供氣加壓；當吸附產氮a罐5壓力達到設定壓力時，進氣管4上增壓傳感器1.9反饋關閉切斷閥1.6并停止增壓泵1.6、關閉第一進氣閥6，此時產氮a罐5進入增壓吸附狀態(tài)；

2.產氮a罐5吸附上述進入的壓縮空氣中氧氣，達到設定時間后、第一出氮閥10打開、氮氣經氮氣管14進入氮氣緩沖罐15，經純度分析儀16檢測、合格氮氣打開輸出閥17進入生產系統(tǒng)，不合格氮氣打開排氣閥18通過排氣管19進入富氮回收系統(tǒng)富氮儲罐中；

3.產氮a罐5完成氮氣排出后、關閉第一出氮閥10、產氮a罐5進入解壓吸附狀態(tài)。平衡閥12開啟、平衡產氮a罐5與產氮b罐13壓力后關閉平衡閥12；

4.產氮a罐5壓力平衡后打開排放閥8和富氮進氣閥3.1。產氮a罐5通過壓差將富氮氣體經放空管20排進常壓狀態(tài)下富氮儲罐3.2中；隨著產氮a罐5壓力下降達到壓力傳感器3.5設定值關閉富氮進氣閥3.1；

5.壓力傳感器3.5達設定值，開啟解析切斷閥2.1和真空泵2.2開啟，由真空泵2.2抽產氮a罐5至設定負壓，在壓力下降過程中產氮a罐5內解析出的氧氣通過真空泵2.2經放空管2.3排空；

6.產氮a罐5解析過程時，產氮b罐13進入吸附狀態(tài)?？刂乒?1打開第二進氣閥7、加壓閥3.3、開啟加壓泵3.4，將富氮儲罐3.2中上述步驟2、步驟4收集的富氮通過加壓泵3.4經進氣管4、第二進氣閥7進入產氮b罐13中；當富氮罐壓力開關3.6達設定值、切斷加壓閥3.3、停止加壓泵3.4；

7.控制柜21打開出氣閥1.5、壓縮空氣從出氣管1.4經出氣閥1.5向進氣管4補氣，當產氮b罐13壓力與壓縮空氣罐1.3平衡時，關閉出氣閥1.5、打開泵切斷閥1.7、啟動增壓泵1.6向吸附產氮b罐13供氣加壓；當吸附產氮b罐13壓力達到設定壓力時，進氣管4上增壓傳感器1.9反饋關閉切斷閥1.6并停止增壓泵1.6、關閉進氣閥6，此時產氮b罐13進入增壓吸附狀態(tài)；

8.產氮b罐13吸附上述進入的壓縮空氣中氧氣，達到設定時間后、第二出氮閥11打開、氮氣經氮氣管14進入氮氣緩沖罐15，經純度分析儀16檢測、合格氮氣打開輸出閥17進入生產系統(tǒng)，不合格氮氣打開排氣閥18通過排氣管19進入富氮回收系統(tǒng)富氮儲罐中；

9.產氮b罐13完成氮氣排出后、關閉第二出氮閥11、產氮b罐13進入解析狀態(tài)。平衡閥12開啟、平衡產氮a罐5與產氮b罐13壓力后關閉平衡閥12；

10.產氮b罐13負壓解析過程重復上述4、5步驟完成產氮a罐5、產氮b罐13一個周期循環(huán)。