[發明專利]一種制取氧氣與氮氣的設備和方法

在審

• 申請號: 201610125850.3
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105621363A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 趙瑞堃;孟冬;何迎
• 申請（專利權）人: 趙瑞堃
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;C01B21/04
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 王治東;宋志強

技術領域

本發明涉及氣體分離技術領域，尤其涉及一種制取氧氣與氮氣的設備和方法。

背景技術

自上世紀60年代末70年代初，以壓縮空氣為原料，通過碳分子篩單獨制取氮氣或氧氣在國外已經得到迅速的發展，其原理是利用分子篩對不同氣體分子的吸附性能的差異而將氣體混合物分開。

現有技術中，以常用的炭分子篩雙罐法制取氮氣為例。炭分子篩對氧氣和氮氣的分離作用主要是基于這兩種氣體在炭分子篩表面的擴散速率不同，炭分子篩是一種兼具活性炭和分子篩某些特性的炭質吸附劑。炭分子篩由很小微孔組成，孔徑分布在0.3nm～1nm之間。較小直徑的氣體(氧氣)擴散較快，較多進入分子篩固相，這樣氣相中就可以得到氮氣的富集成分，此過程即為吸附；一段時間后，炭分子篩對氧的吸附達到平衡，根據炭分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特性，降低壓力使炭分子篩解除對氧的吸附，這一過程稱為再生。炭分子篩雙罐法通常使用兩個炭分子篩罐并聯，交替進行加壓吸附和解壓再生，從而獲得連續的氮氣流。

現有技術的炭分子篩雙罐，其結構復雜、成本較高，不利于普及家庭使用。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種制取氧氣與氮氣的設備，以解決現有技術中存在的問題。

為達到上述目的，本發明實施例的技術方案是這樣實現的：

本發明實施例提供一種制取氧氣與氮氣的設備，包括：

一空氣壓縮凈化器，所述空氣壓縮凈化器與進氣口連接；

一壓縮空氣存儲罐，所述壓縮空氣存儲罐與所述空氣壓縮凈化器通過管路連接；

內部布置有炭分子篩的一炭分子篩罐，所述炭分子篩罐通過管路與壓縮空氣存儲罐連接，且所述炭分子篩罐與所述壓縮空氣存儲罐之間的管路設有一第一電磁閥；

一氮氣存儲罐和一氧氣存儲罐，所述氮氣存儲罐和所述氧氣存儲罐分別通過管路與所述炭分子篩罐連接，且所述氮氣存儲罐與氮氣出口通過管路連接、所述氧氣存儲罐與氧氣出口通過管路連接，所述炭分子篩罐與所述氮氣存儲罐之間的管路設有一第二電磁閥，所述炭分子篩罐與所述氧氣存儲罐之間的管路設有一第三電磁閥。

可選地，本實施例的制取氧氣與氮氣的設備還包括：

一控制器，所述控制器分別與所述第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥電連接，以通過電信號控制所述第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥的啟閉。

可選地，炭分子篩罐內設有炭分子篩支撐孔板以及筒形中空內膽；

所述筒形中空內膽的一端與所述炭分子篩支撐孔板固定連接；

所述筒形中空內膽的膽壁呈鋸齒形排布，且所述膽壁與所述炭分子篩罐的內表面密封連接。

可選地，所述炭分子篩罐還連接有用于采集壓力信號的壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制器電連接。

可選地，所述壓縮空氣存儲罐與所述炭分子篩罐之間還進一步連接有活性炭凈化罐；第一電磁閥連接于所述活性炭凈化罐與所述炭分子篩罐之間。

可選地，所述活性炭凈化罐與所述炭分子篩罐之間連接有第一過濾器；

所述炭分子篩罐與所述氮氣存儲罐之間連接有第二過濾器；

所述炭分子篩罐與所述氧氣存儲罐之間連接有第三過濾器。

本發明實施例還提供一種制取氧氣與氮氣的方法，使用如上所述的設備，包括：

101、將空氣吸入空氣壓縮凈化器，然后將凈化后的空氣傳至壓縮空氣存儲罐；

102、開啟第一電磁閥，關閉第二電磁閥和第三電磁閥，將壓縮空氣存儲罐中的空氣傳輸至炭分子篩罐；其中，空氣中的氧氣隨著壓力的升高率先轉化為液相被所述炭分子篩吸附，氮氣保持為氣相；

103、當所述炭分子篩罐內的壓力達到第一壓力時，關閉第一電磁閥、開啟第二電磁閥、保持第三電磁閥關閉，將氮氣傳輸至氮氣存儲罐；

104、當所述炭分子篩罐內的壓力下降至第二壓力時，保持第一電磁閥關閉，關閉第二電磁閥，開啟第三電磁閥，被吸附的氧氣由液相溢出轉化為氣相，并傳輸至所述氧氣存儲罐；

105、當所述炭分子篩罐內的壓力下降至第三壓力時，關閉第三電磁閥，并返回至步驟102。

本發明的有益效果為，通過采用一個炭分子篩罐便可以實現氮氣和氧氣的分離，從而與現有技術相比，節省成本，簡化結構，有利于家庭的普及使用。

另外，通過控制器自動控制第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥的啟閉，從而可以自動控制對應管路的通斷，以實現氮氣和氧氣的制取流程。

附圖說明