分离高浓度氮气的方法和装置制造方法及图纸

一种用于以ＰＳＡ分离高浓度气体的装置，包括：多个填有碳分子筛的吸附槽；一个能与每个吸附槽的出口断续相连的具有预定容量的产品接收槽；一个能在吸附槽出口之间断续连接的压力平衡管线；用于选择地向上述每个吸附槽入口提供原始气体的原始气体提供装置，以及用于选择地从上述每个吸附槽入口向大气压外部排放废气的排气装置，其特征在于： 在上述每个吸附槽出口与产品接收槽之间提供一个具有预定容量的平衡槽； 该平衡槽与产品接收槽经一个止回阀相连； 该平衡槽与上述每个吸附槽的出口经设有一个止回阀和节流装置的清洗管线相连。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
分离高浓度氮气的方法和装置本专利技术涉及一种通过变压吸附(PSA)来分离高浓度氮气的方法和装置。更准确地，本专利技术涉及一种改进的PSA方法和装置来分离高浓度氮气，它能将产品氮气的纯度提高到99.999％。在本说明书中，所称氮纯度是指氮气和氩气之和的含量相对于整个产品气体之比。众所周知作为一种从混合气体，如主要包含氧气和氮气的空气中连续提取高浓度氮气的方法，需要利用一种装置来重复进行吸附和再生(解吸附)，该装置包括多个填满作为吸附剂的碳分子筛(CMS)的吸附槽。这种方法利用CMS的氧气吸附能力根据压力而变化的原理。一般地，CMS的氧气吸附能力随压力增加而增加。如果空气在高压下通过填有CMS的吸附槽，空气中的氧气被CMS吸附从而产生高浓度氮气。相反，如果吸附槽在大气压或真空下排气以在吸附槽中产生一个压降，则氧气从CMS中被释放，从而再生CMS。在一种用于分离高浓度氮气的多塔式PSA方法中，一个吸附槽进行吸附以产生高浓度氮气体而另一个吸附槽进行再生。因此，通过交替重复这些步骤，就可能实现连续生产高浓度氮气，因为在所有时间内，总有其中一个吸附槽在产生高浓度氮气体。基于PSA的氮气分离方法由于能够以相对低廉的费用方便地生产氮气，因而是有益处的。但是，这种方法同通过蒸发液化氮而获得-->工业用氮的方法相比，其缺点在于难以提高氮气的纯度。迄今人们已作出各种努力试图增加氮气纯度，但是均未获得满意的结果。特别是当使用在大气压下进行再生的简易装置时，所能达到的产品氮气纯度被限制在99.9％之内。例如，日本专利公开第5-32087号提出一种氮气分离方法，它通过PSA方法，其中在大气压下进行再生，可以将产品气体的氮气纯度提高到99.9％。这种方法的第一个特征在于高纯度产品氮气在吸附槽在大气压下进行再生时经其出口通过该吸附槽。第二个特征在于，在所谓的压力平衡步骤之后，来自产品接收槽的高纯度氮气在吸附开始之前反向流入吸附槽以便预先加压。上述第一个特征，其中高纯度氮气通过正在进行再生的吸附槽，是传统公知的一种用于提高CMS再生效率的办法。上述第二个特征是在无法进行漂洗而施加真空进行再生时，传统公知的一种提高产品气体纯度的办法。上述日本专利公报提议的方法依赖于这些已知特征的结合以便在PSA氮气分离中额外增加氮气的纯度。但是，如前所述，即使采用了上述日本专利公报所公开的方法，产品氮的纯度仍然被限制在99.9％之内。因此，本专利技术的一个目的就是提供一种分离氮气的方法和装置，该方法和装置能够通过相对简易的PSA，其中再生是在大气压下进行的，将氮气纯度提高到99.999％。根据本专利技术的第一个方面，通过PSA提供一种分离高浓度氮气的装置，它包括：多个填有碳分子筛的吸附槽；一个与每个吸附槽的出口可断续相连的具有预定容量的产品接收槽；一个在这些吸附槽的出口之间可断续相连的压力平衡管线；用于选择地向上述每个吸-->附槽入口提供原始气体的原始气体提供装置；以及用于选择地从上述每个吸附槽的入口向大气压部排泄废气的排气装置；其特征在于；在上述每个吸附槽的出口和产品接收槽之间有一个具有预定容量的平衡槽；该平衡槽经止回阀与产品接收槽相连；并且该平衡槽通过一个设有一个止回阀和节流装置的清洗管线(rinse line)与上述每个吸附槽的出口相连。上述高浓度氮气分离装置与典型的先有技术中的多塔式气体分离PSA装置的区别在于：高纯度产品气体单独储存在通过一个止回阀而相互连接的平衡槽和产品接收槽中；以及提供清洗管线使来自平衡槽的高纯度产品气体通向上述每个吸附槽的出口。由于清洗管线仅有一个止回阀和节流装置，只要上述每个吸附槽的压力低于平衡槽的压力，总会有气体流动，从而不但在再生步骤而且在压力平衡步骤时显著增加氮气纯度。提供平衡槽的另一个目的在于稳定压力。传统上由于大量的来自产品接收槽的产品氮气可以反向直接流入一个吸附槽以便清洗，在产品接收槽内的压力波动很大，其结果是除了使之难以维持稳定的供给压力外，也对PSA操作本身产生不利影响。虽然这个问题可以通过增加产品接收槽的容量而得到克服，但是这个解决办法的缺点是在驱动装置之后启动期的延长。本专利技术人通过提供一个平衡槽解决了这一难题，同时也发现如果平衡槽的容量设定在0.25-2.5倍于每个吸附器的容量时即能获得最佳结果。根据本专利技术的第一个实施例，在上述每个吸附槽的出口与平衡槽之间的产品管线以及压力平衡管线分别提供有一个单独的开关阀。原始气体提供装置包括一个用于选择地向上述每个吸附槽的入-->口提供原始气体的开关阀。排气装置也包括一个用于有选择地从上述每个吸附槽的入口排放废气的开关阀。根据本专利技术的第二个实施例，原始气体提供装置及排气装置包括一个公共滑阀，滑阀的切换导致有选择地向上述每个吸附槽的入口提供原始气体以及有选择地从上述每个吸附槽的入口排放废气。类似地，在上述每个吸附槽的出口与平衡槽之间的产品管线以及压力平衡管线设有一个公共滑阀，并且产品气体管线和压力平衡管线根据滑阀的切换而被打开和关闭。根据这样地安排，仅须控制二个滑阀的操作，从而可以简化管路系统和控制系统以便在便于维修的同时降低装置的尺寸和费用。根据本专利技术的第二个方面，提供一种从主要包括氮气和氧气的原始气体生产纯度为95-99.999％的高浓度氮气的方法，该方法利用包括多个填有碳分子筛的吸附槽，一个平衡槽以及一个经止回阀与平衡槽相连的产品接收槽的高浓度氮气分离装置，通过交替重复加压吸附和大气压下再生而完成。该方法包括如下步骤：(a)使平衡槽内的高纯度氮气以预定的流速流向正在进行再生的第一个吸附槽的出口；(b)在已完成再生的第一个吸附槽出口与已完成吸附的第二个吸附槽出口之间建立连通之时，同时打开二个吸附槽入口从而使第二个吸附槽内一部分相对较高浓度的氮气流动到第一个吸附槽的出口，同时也使得上述部分氮气将第一吸附槽内的气体从其入口排出去；以及(c)在进行上述步骤(b)预定时间之后，将平衡槽内预定量的高纯度氮气反向通入第一吸附槽的出口，而同时经第一吸附槽的入口-->提供原始气体以便加压，从而第一吸附槽通过连续提供原始气体而转向吸附过程。更确切地，在步骤(a)(大气压下再生过程)，进行大气压下再生的吸附器被来自平衡槽的高纯度氮气清洗。这意味着该相关的吸附槽在转向吸附步骤时，其吸附效率得到提高。在步骤(b)(压力平衡-释放pressure equalization-release)，不仅各个吸附槽的出口互相连接，而且二个吸附槽都经其入口排气。结果是由于二个吸附槽之间的压力差，相对高浓度的氮气从已完成吸附的一个吸附槽流向已完成再生的另一个吸附槽，从而经相关的入口在完成再生之后立即将停留在上述另一个吸附槽内的高浓度氧气彻底排出。此外，由于上述另一个吸附槽的压力低于平衡槽的压力，来自平衡槽的高纯度氮气能流入并充满上述另一个吸附槽的出口区域。最后，在步骤(c)(加压＝＞吸附)，上述另一个已完成再生以转向吸附过程的吸附槽立即从相对较低的压力加压至足以有效完成吸附的压力。由于上述加压是通过来自平衡槽的高纯度氮气的反向流动以及经入口提供原始气体而完成的，并且由于上述另一个吸附槽的出口区域早已在步骤(b)时充满高纯度氮气，因此可以基本上消除混杂气体在随后的吸附步骤中混入产品气体之中。通过这种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于以PSA分离高浓度气体的装置，包括：多个填有碳分子筛的吸附槽；一个能与每个吸附槽的出口断续相连的具有预定容量的产品接收槽；一个能在吸附槽出口之间断续连接的压力平衡管线；用于选择地向上述每个吸附槽入口提供原始气体的原始气体提供装置，以及用于选择地从上述每个吸附槽入口向大气压外部排放废气的排气装置，其特征在于：在上述每个吸附槽出口与产品接收槽之间提供一个具有预定容量的平衡槽；该平衡槽与产品接收槽经一个止回阀相连；该平衡槽与上述每个吸附槽的出口经设有一个止回阀和节流装置的清洗管线相连。2.根据权利要求1的装置，其特征在于在上述每个吸附槽出口与平衡槽之间的产品管线以及压力平衡管线分别设有一个单独的开关阀，原始气体提供装置包括一个用于选择地向上述每个吸附槽入口提供原始气体的开关阀，排气装置也包括一个用于选择地从上述每个吸附槽入口排放废气的开关阀。3.根据权利要求1的装置，其特征在于原始气体提供装置包括一个公共滑阀，该滑阀的切换能选择地向上述每个吸附槽入口提供原始气体以及选择地自上述每个吸附槽入口排放废气。4.根据权利要求1的装置，其特征在于上述每个吸附槽的出口与平衡槽之间的产品管线，以及压力平衡管线设有一个公共滑阀，通过该滑阀的切换来打开和关闭产品气体管线和压力平衡管线。5.根据权利要求1的装置，其特征在于清洗管线具有支路部分，用于连接相应的吸附槽，以及一个非支路部分，用于连接平衡槽，节流装置包括分别设立在各支路部分的分别的小孔。6.根据权利要求1的装置，其特征在于清洗管线具有支路部分，用于连接相应的吸附槽，以及一个非支路部分，用于连接平衡槽，节流装置包括分别设立在非支路部分的单一小孔。7.根据权利要求1的装置，其特征在于平衡槽的容量为上述每个吸附槽容量的0.25-2.5倍。8.一种从主要包含氮气和氧气的原始气体中分离高浓度氮气的方法，它利用权利要求1所限定的装置，通过交替地重复加压吸附和大气压下再生而实现，该方法包括以下步骤：(a)使原始气体提供装置向一个吸附槽入口提供原始气体进行吸附，另一个吸附槽的入口排气而进行再生，同时经清洗管线将来自平衡槽的高纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：银治真一，春名一生，
申请(专利权)人：住友精化株式会社，
类型：发明
国别省市：