[實用新型]一種車載式碳分子篩制氮設備

無效

• 申請號: 200720103601.0
• 申請日: 2007-02-14
• 公開（公告）號: CN201031143Y
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 劉立群
• 申請（專利權）人: 劉立群
• 主分類號: C01B21/04
• 分類號: C01B21/04;B01D53/047
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 謝小延

技術領域

本實用新型涉及一種車載式大流量，能高壓輸出氮氣的碳分子篩制氮設備。

背景技術：

運用氮氣鉆井技術是近幾年發展起來的油田科學開采鉆井技術，本技術有利于加快鉆進速度，縮短鉆井周期，降低對產油層的底層損害，對于解放、發現保護油氣層十分有利；大流量、高壓氮氣可用于向井下注氮，壓出油、氣、水；一定純度下的氮氣還能用于輸送管道油、氣，吹掃，滅火及短時間需要用大量氮氣的地方。

由于油田的油井比較分散，用氣量和需要的氣體壓力較大的特點，有人設計了車載式膜制高壓氮氣設備。但是膜制氮氣的膜組件必須依賴進口。膜組件由于是用有機材料制成的，使用壽命短，價格高，進貸時間長；進入膜分離組件的壓縮空氣需經預熱，在達到特定溫度后才能得到膜分離的氮氣，這對于在野外作業的鉆井和采油是十分不方便的，空氣分離膜產出的氮氣純度一般最高只能達到99％的純度。

變壓吸附碳分子篩制氮技術是近十幾年發展起來的一項用于氣體凈化、分離與提純的新技術。該技術設備簡單、操作方便、自動化程度高、投資少、產氣快等優點，現普遍應用于各個領域的制氮需要。

變壓吸附碳分子篩制氮原理：

O₂和N₂都是非極性分子，兩者的動力學直徑和沸點十分接近。由于分子篩的位阻效應，具有微孔結構的碳分子篩對O₂和N₂存在共吸附現象。因此實現氧、氮分離是比較困難的。然而碳分子篩屬于速度分離型的吸附劑，O₂和N₂在碳分子篩表面的擴散速度不同，由于N₂的動力學直徑大于O₂的動力學直徑，所以O₂在碳分子篩表面的擴散速度大于N₂在碳分子篩表面的擴散速度。O₂優先被碳分子篩所吸附，而N₂從不吸附相中富集。PSA制氮運用了這一原理。組成加壓吸附和減壓解吸的快速過程。從而獲得產品氮氣。

變壓吸附分子篩制氮工藝流程：

經壓縮凈化后的空氣進入裝填有碳分子篩(CMS)的吸附塔。壓縮空氣流經吸附塔，其間氧氣分子被碳分子篩所吸附，氮氣則富集在不吸附相中，由吸附塔一端流出，進入N₂儲罐。經一段時間后，吸附塔中碳分子篩吸附的氧飽和，必需再生。再生是通過停止吸附，降低吸塔的壓力，使被吸附的氧氣從碳分子篩孔穴中釋放出來。兩個吸附塔交替進行吸附和再生，從而確保氮氣的連續輸出。因吸附與解吸過程是通過壓力變化實現的，故該工藝稱做變壓吸附(PSA)

實用新型內容：

本實用新型的目的是在交通道路許可的范圍內，設計一種車載式碳分子篩制氮設備，解決膜制氮氣的膜組件必須依靠進口，膜組件使用壽命短，價格高，壓縮空氣必須經預熱才能膜分離的缺陷，適用各種行業氮氣的需求。

本實用新型所述的車載式碳分子篩制氮設備是由空氣壓縮機、緩沖罐、空氣冷卻器、氣水分離器、高效除油器、冷干機、過濾器、立式結構的碳分子篩制氮塔、工藝管道、控制箱、消音器、氮氣緩沖罐、氮氣罐出氣組件、氮氣高壓機和兩輛箱式平板載重汽車組成；所有設備固定在兩輛箱式平板汽車的平板底盤上，第一輛箱式平板汽車為空氣壓縮機和壓縮空氣預處理車，車上固定裝有柴油發動機式螺桿空氣壓縮機或電動式螺桿空氣壓縮機；空氣壓縮機后連接一臺緩沖罐，緩沖罐與一臺空氣冷卻器連接，空氣冷卻器與一臺氣水分離器連接，氣水分離器與一套高效除油器連接，高效除油器與一臺冷干機連接，冷干機與三臺串連的過濾器連接；第二輛車為碳分子篩制氮設備車，車上固定裝有兩臺或四臺立式結構的碳分子篩制氮塔，兩塔為一運行組單元，由下閥進氣組件和上閥出氣組件構成的工藝管道分別安裝在每運行組單元上，由快接壓力軟管將下閥進氣組件與過濾器連接，上閥出氣組件與氮氣緩沖罐連接，帶有過濾器、出口調壓閥、氮氣純度檢測儀、流量計和排空裝置的氮氣罐出氣組件將氮氣緩沖罐和氮氣高壓機連接，控制箱和消音器安裝在碳分子篩制氮塔旁。

空氣經空氣壓縮機壓縮產出的氣體，進入空氣緩沖罐、水冷卻器、氣水分離器初步降溫除水，進入高效除油器除去大量油霧，相繼再進入冷干機和三級過濾器，除去壓縮空氣中的微量水份、顆粒雜質和油霧，使之達到進入吸附塔內碳分子篩的品質要求，然后送往填有碳分子篩的制氮主機，在設定的時間程序控制下，經過加壓吸附、減壓解吸的循環工作過程，不斷的分離壓縮空氣產出氮氣，氮氣經過氮氣緩沖罐，在設定的壓力下經氮氣高壓機壓縮，產出所需要的高壓氮氣送往用氣點。