一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法技术

本发明专利技术属于农产品仓储害虫及密闭舱室有害生物机械充氮气调防治技术领域。一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，其特征在于：在密闭循环脱氧制氮系统中接入机械充氮允压联动装置，机械充氮允压联动装置中的脱氧制氮设备的原料气进口从密闭循环脱氧制氮系统的外部环境中取气，在密闭循环脱氧制氮系统进行脱氧制氮运行过程中，通过机械充氮允压联动装置同步往系统中注入氮气或者是氮气与二氧化碳的混合气体，以补偿和缓解密闭循环脱氧制氮系统连续运行时在密闭仓间及密闭循环脱氧制氮系统的管道中形成的负压状态。该方法能够提升脱氧制氮设备运行能效比，具备能够使制氮机、脱氧机在密闭循环模式下脱除氧气、制取氮气的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法
本专利技术属于农产品仓储害虫及密闭舱室有害生物机械充氮气调防治
，具体涉及一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮的方法。
技术介绍
机械充氮气调防虫是贮存粮食、中药材、烟草环保化防虫的重要手段，其基本原理是利用制氮机以空气为原料，将从空气中分离出来的高纯度氮气通过输气管道充入密闭仓间，氮气置换出贮存农产品的密闭仓间及船舱、飞机的密闭舱室(均简称为“密闭仓间”，以下同)中的氧气形成密闭仓间中的低氧气调环境，以达到抑制害虫活动的目的。目前市场上应用的制氮设备及存在的问题包括有：1)变压吸附制氮机。变压吸附(PSA)制氮工艺是以以空气为原材料,使用碳分子筛为吸附剂，利用碳分子筛对氮和氧的选择性吸附性能把空气中的氮和氧分离出来，使用压缩机及压缩空气，利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附、减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔(也可以单塔完成)来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。制氮机运行一段时间后,分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性,降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。PSA制氮机基本工艺流程包括：空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐。2)膜分离制氮机。利用不同气体组分在膜中的渗透、扩散速率不同，压缩空气经过过滤器进入膜分离器后，空气中的水蒸气、二氧化碳及氧气快速透过膜壁进入膜的另一侧被富集排空；氮气透过膜壁的相对速率慢而留在膜中，富集后的氮气被作为产品气输送至密闭仓间等应用使用场所。它由压缩机、贮罐、冷干机、过滤器、加热器、中空纤维膜及管、阀组成。上述变压吸附制氮、膜分离制氮设备以空气为原料制取氮气，单位时间内制取氮气效率高、氮气纯度大，但单一使用氮气气调杀虫的作用周期长，特别是在往密闭仓间注入氮气杀虫的过程，因为受制于仓间的气密性、环境温湿度条件等，机械充氮防虫的过程耗时长、过程监管难度大、能耗高。粮食、烟叶等仓贮养护物资的密实度高，一般需要一个月或者更长的时间才能将封闭气调环境中的氧气浓度调控降至2％以下并起到理想的防虫效果，这么长的密闭气调过程中会延缓仓贮粮食、烟叶的自然呼吸与醇化的进程；3)脱氧机。为了解决上述变压吸附制氮机和膜分离制氮机在使用中存在的问题，同时也是为了克服中、大型制氮机需要空压机和压力容器安全使用方面的压力，可以使用脱氧机对密闭仓间进行机械循环脱氧富集氮气防虫。脱氧机是采用低压风机进行循环脱氧，再使用真空泵解析活化，脱氧机与VSA制氮机原理相似，二者都采用真空解析，但由于脱氧机的动力源采用了压力更低、耗电量更小的风机，采用效率更高的半封闭式取气模式，所以脱氧机与VSA制氮机也存在一定的差别。真空低压吸附脱氧机采用活性碳或碳分子筛吸附再生的原理来吸附大气中的氧气并向库内注入高纯度氮气。脱氧机的使用大大提升了体量、规模大的密闭仓间脱氧富集氮气的速率，也不必再使用压缩机和大功率的风机，设备运行的能效比大大提高，设备的安全管控压力也大为缓解。脱氧机的应用也存在一些问题，需要两条管道与密闭仓间相连(进气和回气)，是依靠在循环脱氧的模式中不断提高设备的输出氮气纯度，上述密闭循环脱氧制氮系统在将氮、氧分离并释放出氧气以后会在系统内部形成混合气体密度的降低及气压损失，为维持系统的正常运行，目前的脱氧机设备是依靠半开放式取气的模式，在脱氧机设备上增加一个空气进口以及时弥补系统内气体密度的降低及压力损失，但随着上述新补充的空气进入密闭循环系统中，也会同步稀释密闭循环系统中的氮气浓度。以武汉黄陂区前川烟叶仓库烟叶机械充氮气调为例，该批次烟叶堆垛使用厚度0.11毫米的PA/PE五层共挤尼龙复合膜进行六面密闭，机械充氮气调设计有6个主要的调控时间节点，先将所有密闭垛位的氧气浓度调控降至5％以下，然后再分组进行低氧浓度条件下的进一步调控；机械充氮设备使用天津捷盛科技有限公司的脱氧机，设备的氮气产量选择100m3/h、设备产成氮气纯度≥95％，烟叶堆垛的相关基本信息如表1、表2.表1、烟叶堆垛基本信息汇总垛位号年份产地等级数量(箱)D4012017江西710160D4022017江西710160D4032017广东522228D4062017广东521160D4072017广东521160D4222017江西710204D4292018云南FB3F208D4302018云南FB3F208D4332017广东522192图1是其中的D430烟叶堆垛内部氧气浓度变化曲线图，图1中的纵坐标方向代表氧气的体积百分比浓度、横坐标方向是调控日期与时间。图1显示，在密闭仓间内氧气浓度低于5％(或者脱氧机的原料气进口的氮气浓度越来越高、脱氧机的原料气进口的氮气浓度高于95％时)，脱氧机上的空气进口补充进来的空气会明显地影响到脱氧机的制氮效率，脱氧机在低浓度氧气条件下的制氮效率会变得越来越低、流量越来越小，因此在纯度和流量都需兼顾的情况下，脱氧机的脱氧、制氮效果会表现出一定的局限性，低氧环境条件下的脱氧机运行能效比快速下降、氮气浓度达标的运行工作时间拖得太长。表2、烟叶堆垛机械调控开、关机时间开机时间关机时间调控时长同步调控垛位数2020-06-1512:302020-06-1517:30692020-06-1608:002020-06-1617:00992020-06-2212:002020-06-2217:00532020-06-2408:002020-06-2415:00732020-06-2608:002020-06-2615:00732020-07-0611:122020-07-0617:0233另外，船体的密闭舱室、飞机机舱内部也会有各种有害生物滋扰危害环境卫生状况，受制于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，其特征在于：在密闭仓间(A)的任一对称的两侧面或其上顶、下底面的位点，分别引入气体输出管道(1)、气体输入管道(7)，将脱氧机(3)的原料气进口(2)与密闭仓间(A)相连的气体输出管道(1)接通，将脱氧机(3)中的以氮气为主要组分的气体排出口(6)与密闭仓间(A)相连的气体输入管道(7)接通，脱氧机(3)中的补气阀口(5)与环境大气接通用于往脱氧机内部补充气体以满足设备内外的压力平衡，上述密闭仓间(A)由气体输入管道(7)、气体输出管道(1)与脱氧机(3)之间相互连通构建成一个密闭循环脱氧制氮系统(B)，脱氧机(3)通过原料气进口(2)、气体输出管道(1)从密闭仓间(A)的内部抽提空气至脱氧机(3)中进行分离处理，脱氧机将空气中的氮气、氧气组分进行分离，脱氧机(3)产生的氮气组分通过脱氧机(3)的气体排出口(6)、气体输入管道(7)输入进密闭仓间(A)的内部，脱氧机(3)产生的以氧气为主要组分的尾气通过排气管(4)排放至环境大气中；/n在上述密闭循环脱氧制氮系统(B)中接入机械充氮允压联动装置(C)，机械充氮允压联动装置(C)由包含一个管道阀门(8)与一台脱氧制氮设备(9)组合而成，其中的管道阀门(8)的进气端口(8a)与脱氧制氮设备(9)的氮气排出口对接，管道阀门(8)的排气端口(8b)用于接通到密闭循环脱氧制氮系统(B)中的脱氧机(3)与密闭仓间(A)之间相互连通的正压管道通路中，或者是将管道阀门(8)的排气端口(8b)直接与密闭仓间(A)对接；机械充氮允压联动装置(C)中的脱氧制氮设备(9)通过原料气进口(10)从密闭循环脱氧制氮系统(B)的外部大气环境中取气并对其中的氮气和氧气进行分离处理，分离出来的氮气或者是氮气与二氧化碳的混合气体通过管道阀门(8)的排气端口(8b)输入进密闭循环脱氧制氮系统(B)中，以补偿和缓解密闭循环脱氧制氮系统(B)连续运行时在密闭仓间(A)及密闭循环脱氧制氮系统(B)内部的气体流通管路中形成的负压状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，其特征在于：在密闭仓间(A)的任一对称的两侧面或其上顶、下底面的位点，分别引入气体输出管道(1)、气体输入管道(7)，将脱氧机(3)的原料气进口(2)与密闭仓间(A)相连的气体输出管道(1)接通，将脱氧机(3)中的以氮气为主要组分的气体排出口(6)与密闭仓间(A)相连的气体输入管道(7)接通，脱氧机(3)中的补气阀口(5)与环境大气接通用于往脱氧机内部补充气体以满足设备内外的压力平衡，上述密闭仓间(A)由气体输入管道(7)、气体输出管道(1)与脱氧机(3)之间相互连通构建成一个密闭循环脱氧制氮系统(B)，脱氧机(3)通过原料气进口(2)、气体输出管道(1)从密闭仓间(A)的内部抽提空气至脱氧机(3)中进行分离处理，脱氧机将空气中的氮气、氧气组分进行分离，脱氧机(3)产生的氮气组分通过脱氧机(3)的气体排出口(6)、气体输入管道(7)输入进密闭仓间(A)的内部，脱氧机(3)产生的以氧气为主要组分的尾气通过排气管(4)排放至环境大气中；
在上述密闭循环脱氧制氮系统(B)中接入机械充氮允压联动装置(C)，机械充氮允压联动装置(C)由包含一个管道阀门(8)与一台脱氧制氮设备(9)组合而成，其中的管道阀门(8)的进气端口(8a)与脱氧制氮设备(9)的氮气排出口对接，管道阀门(8)的排气端口(8b)用于接通到密闭循环脱氧制氮系统(B)中的脱氧机(3)与密闭仓间(A)之间相互连通的正压管道通路中，或者是将管道阀门(8)的排气端口(8b)直接与密闭仓间(A)对接；机械充氮允压联动装置(C)中的脱氧制氮设备(9)通过原料气进口(10)从密闭循环脱氧制氮系统(B)的外部大气环境中取气并对其中的氮气和氧气进行分离处理，分离出来的氮气或者是氮气与二氧化碳的混合气体通过管道阀门(8)的排气端口(8b)输入进密闭循环脱氧制氮系统(B)中，以补偿和缓解密闭循环脱氧制氮系统(B)连续运行时在密闭仓间(A)及密闭循环脱氧制氮系统(B)内部的气体流通管路中形成的负压状态。


2.根据权利要求1所述的一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，其特征在于：机械充氮允压联动装置(C)往密闭循环脱氧制氮系统(B)中注入氮气或者是氮气与二氧化碳的混合气体，使得密闭循环脱氧制氮系统(B)内外的压力差得以平衡的情况下，完全关闭脱氧机(3)上面的补气阀(5)以减少补充进入系统中的空气对密闭循环脱氧制氮系统(B)内部高浓度氮气的稀释作用，提高密闭循环脱氧制氮系统(B)的脱氧制氮效率。


3.根据权利要求1或2所述的一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，其特征在于：机械充氮允压联动装置(C)中的脱氧制氮设备(9)使用制氮机，按照制氮机的工艺原理完成机械充氮允压联动装置(C)提供氮气源的功能，将机械充氮允压联动装置(C)中的管道阀门(8)的进气端口(8a)与制氮机的氮气排气出口对接，使用PSA制氮机或膜分离制氮机通过原料气进口(10)抽提环境中的空气进入制氮机中进行氮气与氧气的分离处理，其中由制氮机分离出来的氮气经管道阀门(8)的排气端口(8b)接入到密闭循环脱氧制氮系统(B)中、分离出来的氧气作为设备的尾气通过排气管(11)排放到大气环境中，通过上述往密闭循环脱氧制氮系统(B)中不断注入氮气的过程来缓解密闭循环脱氧制氮系统连续运行过程中形成的负压状态。


4.根据权利要求1或2所述的一种密闭循环模式下快速机械脱氧、充氮方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翊玮，
申请(专利权)人：武汉颐达生物工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42