[實用新型]高純度氮氣的制備裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820038243.4
• 申請日: 2008-06-16
• 公開（公告）號: CN201254458Y
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郗春滿;李輝;郭正軍
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州蘇凈保護氣氛有限公司
• 主分類號: C01B21/04
• 分類號: C01B21/04;B01D53/047;B01D53/22
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司
• 代理人: 孫仿衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種從空氣之類的以氮氧為主的混合氣體中，分離出高純度氮氣的制備裝置。

背景技術(shù)

氮氣作為惰性氣體廣泛被應(yīng)用于油井保護、三次采油、氣體置換、電子制造、金屬冶煉或加工、各種易爆物的貯存運輸及食品保鮮等領(lǐng)域。空氣中的氮氣含量約為78％，從空氣中分離出氮氣，一直是世界上制備氮氣的主要方法。

目前最常用的制取氮氣方法有深冷法、變壓吸附(PSA)技術(shù)和氣體膜分離技術(shù)。

利用深冷裝置可以很容易獲得純度高于99.999％的高純氮氣，但是其能耗高，裝置投資巨大，只有當?shù)獨饬髁啃枨筝^大時，利用深冷法制氮才有經(jīng)濟性。

目前國內(nèi)應(yīng)用變壓吸附技術(shù)可以制取99.99％以上的氮氣，隨著電子、冶金等工業(yè)部門對氮氣的純度要求越來越高，限于吸附劑的性能，若想得到純度更高的氮氣，必然要增加吸附劑的數(shù)量，進而使容器尺寸加大，并且空氣耗量也隨之大大增加，這些因素均限制了變壓吸附技術(shù)在制取高純氮氣上的應(yīng)用。

關(guān)于氣體膜分離技術(shù)，有文獻(徐仁賢.氣體分離膜應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來.膜科學(xué)與技術(shù).2003)指出，利用該法可以制備出純度達99.5％的氮氣，但若希望進一步獲得純度更高的氮氣，限于目前膜材料的性能，必須增加膜面積，或提高空氣壓力，進而使建設(shè)費用和操作費用增加。

現(xiàn)有技術(shù)中，也有將PSA工序與氣體膜分離技術(shù)相串聯(lián)，用以進行氮氧分離的專利文獻(CN200580026452.6)，但此技術(shù)的側(cè)重點在于對氮氣和氧氣進行并行收集，其制得的氮氣和氧氣的純度均不高。在膜分離的步驟中，該專利采用的是負壓操作，其原料氣是變壓吸附的解析氣體，壓力較低。但該操作在用于脫除微量氣體(比如制備高純度氮氣)時，就會變得很不經(jīng)濟。若想通過該專利所述的方法制備純度高于99.99％的氮氣，必須以犧牲設(shè)備尺寸和增加投資成本為代價。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種以空氣之類的以氮氧為主的混合氣體為原料，經(jīng)濟地從中分離出高純度氮氣的制備裝置。

為達到上述發(fā)明目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案：

一種高純度氮氣的制備裝置，該制備裝置包含膜式氣體分離器和變壓吸附式氣體分離器。所述的膜式氣體分離器包含：能將包含氮氣和氧氣且氣壓為0.7～1.0Mpa的原料氣分離為滲透系數(shù)相對較小的非透過氣體和滲透系數(shù)相對較大的透過氣體的至少1級氣體分離膜，所述的非透過氣體中氮氣的含量大于95％；開設(shè)在所述氣體分離膜的一側(cè)的原料氣入口和非透過氣體出口；開設(shè)在所述氣體分離膜的另一側(cè)的透過氣體出口。所述的變壓吸附式氣體分離器包含：與所述非透過氣體出口相連通的待吸附氣體入口；高純度氮氣出口；底部與所述待吸附氣體入口相連通、頂部與所述高純度氮氣出口相連通的至少1對吸附塔，在所述吸附塔內(nèi)裝填有能選擇性地吸附氧氣和水蒸氣的吸附劑。

所述的制備裝置還包含緩沖罐，該緩沖罐的一端與所述的非透過氣體出口相連通、另一端與所述的待吸附氣體入口相連通。

所述的制備裝置還包含至少一只真空泵，該真空泵的進氣端與所述吸附塔相連通、排氣端與所述原料氣入口相連通。

所述的制備裝置還包含：

將每1對所述吸附塔中的2個吸附塔的底部相互連通的第一連接管；

與所述的第一連接管相并聯(lián)設(shè)置的第二連接管；

將每1對所述吸附塔中的2個吸附塔的頂部相互連通的第三連接管；

相串聯(lián)地設(shè)置在所述第一連接管上的第一開關(guān)閥和第二開關(guān)閥；

相串聯(lián)地設(shè)置在所述第二連接管上的第三開關(guān)閥和第四開關(guān)閥；

相串聯(lián)地設(shè)置在所述第三連接管上的第五開關(guān)閥和第六開關(guān)閥；

第七開關(guān)閥，該第七開關(guān)閥的一端連接至所述非透過氣體出口、另一端連接至所述第一開關(guān)閥和所述第二開關(guān)閥之間的第一連接管上；

第八開關(guān)閥，該第八開關(guān)閥的一端連接至所述高純度氮氣出口、另一端連接至所述第五開關(guān)閥和所述第六開關(guān)閥之間的第三連接管上，

所述真空泵的進氣端連接至所述第三開關(guān)閥和所述第四開關(guān)閥之間的第二連接管上、排氣端連接至所述膜組件的入口側(cè)。

所述的氣體分離膜為能使氧氣、水蒸氣、二氧化碳優(yōu)先透過的中空纖維結(jié)構(gòu)的高分子膜。所述的吸附劑為碳分子篩。

根據(jù)本實用新型實施的高純度氮氣的制備方法及制備裝置具有如下優(yōu)點：