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    變壓吸附氮氣設備

    變壓吸附氮氣設備

    1.變壓吸附的原理
    利用空氣中的氧和氮在碳分子篩中擴散率的差異原理,氧分子被碳分子篩大量吸附,氮分子在氣相中富集而達到氧氮分離的一種物理原理。
    碳分子篩對氧的吸附容量隨壓力變化會有明顯差異,降低壓力,即可解吸碳分子篩中吸附的氧分子。使碳分子篩再生,從而達到碳分子篩重復循環使用。
    在吸附平衡情況下,任何一種吸附劑在吸附同一氣體時,氣體壓力越高,則吸附劑的吸量越大。反之,壓力越低,則吸附量越小。如圖所示:
    在空氣壓力升高時,碳分子篩將大量吸附氧氣、二氧化碳和水分。當壓力降到常壓時,碳分子篩對氧氣、二氧化碳和水分的吸附量非常小。
    變壓吸附設備主要由A、B二只裝有碳分子篩的吸附塔和控制系統組成。當壓縮空氣(壓力一般為0.85Mpa)從下至上通過A塔時,氧氣、二氧化碳和水分被碳分子篩所吸附,而氮氣則被通過并從塔頂流出。當A塔內分子篩吸附飽和時便切換到B塔進行上述吸附過程并同時對A塔分子篩進行再生。所謂再生,即將吸附塔內氣體排至大氣從而使壓力迅速降低至常壓,使分子篩吸附的氧氣、二氧化碳和水分從分子篩內釋放出來的過程。
    2. 制氮系統工藝流程
    壓縮空氣經凈化處理除去大量的油、水份之后進入空氣緩沖罐,再經過濾器和活性炭過濾器進一步除去水分,微油霧等有害雜質,經空氣緩沖罐緩沖后進入二個填裝吸附劑的變壓吸附分離系統制氮機組。
    潔凈的壓縮空氣由吸附塔底端進入,氣流經空氣擴散裝置(萬向螺旋或瓷球)擴散以后,均勻進入吸附塔,進行氧氮吸附分離,然后從出口端流出氮氣,進入氮氣緩沖罐,這一產氮過程約1分鐘,之后經均壓和減壓(至常壓),脫除所吸附的雜質組分(主要為氧氣),完成吸附劑的再生。二個吸附塔交替循環操作,連續送入原料空氣,連續生產純度≥99.999%氮氣,產量為30Nm3/h,氮氣輸出壓力為0.6MPa,氮氣常壓露點為-40℃。
    3. 制氮配置說明
    A.吸附塔的結構特點
    吸附塔是整個制氮系統的核心部分,空氣中的氧氮分離過程是在吸附塔中完成的。
    如上圖所示,吸附塔由圖示中的各部分組成,其先進的內結構設計(萬向螺旋或填充瓷球改變氣流方向),使氣流均勻、平穩的進入分子篩床層,最大限度減輕氣體分子對碳分子篩的撞擊,更有利于保證氮氣純度、保證碳分子篩的長期有效使用。充分考慮并避免了吸附過程中氣體對分子篩的高速沖擊,避免了氣流高速沖擊帶來的分子篩粉化現象,同時避免了粉化的粉末進入管道、閥門,引起的閥門泄漏、卡死等現象。
    獨創的分子篩復合床結構,保證了進入碳分子篩的空氣含水量低于-40℃的水準,使得碳分子篩不至于吸附過量的水分而影響機械強度的下降,有利于碳分子篩的長期使用壽命。
    吸附塔采用了先進的氣缸壓緊技術,從制氮機開始工作時就進入工作狀態,在工作狀態下,活塞始終保證分子篩壓緊,同時不會壓破碳分子篩,避免了氣流高速沖擊帶來的分子篩粉化現象。壓緊裝置中設置了延位沉降報警系統,當壓緊氣缸行程超過設定的行程時,自動限位報警系統將會光電報警,該壓緊裝置同彈簧壓緊、椰墊式壓緊、氣囊式壓緊裝置相比較,可靠性更強維修更方便。當氣缸下降至中間位置時,控制系統會報警提示,此時需添加分子篩并且控制面板上可實現聲光報警。
    特殊不等式均壓流程
    設備采用了不等勢均壓流程,不等勢均壓流程是對傳統等式均壓流程的下均壓位置作了改進。不等式均壓時氣體從吸附結束的吸附塔中部引出進入脫附結束的吸附塔底部,根據制氮機氮氣純度在吸附塔內是從下到上逐步遞增的,這樣將氮氣純度較高的氣體從吸附塔均壓到解吸塔,提高了解吸塔的氮氣濃度,同時降低了解吸塔內碳分子篩對氧氣的吸附,提高了碳分子篩的利用率。不等勢均壓流程比等勢均壓流程更加合理、科學、成熟,其直接效果是氮氣回收率提高,產氣量上升,間接效果是節約能耗。同時也提高了氮氣回收率和碳分子篩利用率。
    B.分子篩填充
    專利的微波震蕩式填裝技術,使分子篩填裝得更為均勻密實,保證分子篩在吸附過程中不產生流化狀態,不需定期補充昂貴的碳分子篩。
    C.壓緊裝置
    1、組成
    壓緊裝置氣缸由氣缸體、活塞、活塞桿、傳動桿、限位塊及限位開關等組成,如圖所示:
    2、性能
    壓緊裝置氣缸是吸附塔的壓緊機構,是保證分子篩穩定使用和吸附塔安全工作的重要部件。它的作用主要有兩大部分:一是利用吸附塔內的壓縮空氣,對碳分子篩進行動態壓緊。即分子篩一旦下沉,氣缸就會有相應的補償位移,以確保吸附塔內的分子篩始終處于壓緊狀態,從而防止因分子篩下沉而造成分子篩劇烈運動,確保制氮機產氮量和純度的穩定性。二是利用限位開關對活塞桿的位置控制來控制分子篩的工作行程。即當分子篩下沉,氣缸活塞帶動活塞桿到達預警限位開關時,系統開始報警,在用戶可能的情況下,這時候應停機添加分子篩。如繼續使用,氣缸活塞帶動活塞桿運動到達停機限位開關時,系統自動停機,這時必須添加分子篩。
    D.吸附劑
    吸附材料根據客戶需發選用國際名牌廠家德國卡波公司(目前該公司已暫定停產,不對國內供應碳分子篩。),日本武田,日本巖谷或國內知名品牌產品,正常使用壽命長達10年之久。保證了氮氣的質量、純度和壽命。
    E.閥門
    閥門根據客戶需發采用德國原裝進口的BURKERT閥門或國內知名品牌產品,反應速度為0.02秒,使用壽命長達300萬次以上,具有結構簡單、密封可靠、關閉速度快等特點,是氮氣純度與設備運行可靠的根本保障。
    F.智能控制儀
    選用西門子品牌的智能控制儀——西門子PLC可編程序控制儀及德國BURKERT、臺灣亞德客等各大品牌電磁閥,使制氮機連續可靠的運行得到保證。
    閥門切換由德國西門子公司的PLC輸出信號控制亞德克公司電磁閥實行自動化控制,安全可靠。
    制氮裝置產品普氮采用不合格自動放空系統,氮氣分析儀可控制氮氣純度保證在工藝要求以上。
    PLC控制儀安全可靠,堅固耐用。面板可以顯示各種工作運行狀態,可實行聯控與遠控系統帶RS-485接口。
    LCD液晶顯示輸入輸出狀態、日期、時鐘等參數。帶ASI總線接口,以獲得對現場設備和過程的集中控制。
    G.消音器
    浙江拓航工業設備有限公司對制氮裝置噪聲的控制:在消聲器的第一工作位置,我方采用了發散性萬向螺旋結構,首先降低氣流的速度并改變其運行方向,接著采用超大面積的多重折回式減壓器及其所配備的吸音材料(為玻璃纖維和植物纖維的合成材料),對已經減速的氣流進一步減速、減壓并吸收,控制制氮裝置產生的噪音≤80dB(A)。
    H.不合格氮氣自動放空裝置
    在設備啟動后,電磁閥接收到氮氣分析儀的控制信號后,自動開啟氮氣放空閥,關閉氮氣出口閥(時間只需要0.02秒),不合格氮氣自動放空。當氮氣純度達到指標后,自動關閉排空閥,打開氮氣出口閥 ,輸出合格氮氣。在整個使用過程中,無需人工操作。輸出氮氣純度如果超標,根據客戶需要,除有自動排空功能外,還可將其信號報警、并將報警信號和流量信號上傳主控室DCS系統。
    只要啟動設備就可以自動運行,氮氣儲罐充滿以后可以自動停機,當壓力低于下線(可根據用戶要求設定)可以自動重新啟動。開機后,純度不到自動放空,達到后自行輸送氮氣。
    技術特點:
    1.設備運行能耗低,成本少,適應性強,產氣快速,純度易調節;
    2.完善的工藝流程設計,最優使用效果;
    3.模塊化結構設計,節省占地面積;
    4.操作簡便,性能穩定,自動化程度高,可實現無人運行;
    5.合理的內部構件,氣流分布均勻,減輕氣流高速沖擊;
    6.特有的碳分子篩保護措施,延長分子篩的使用壽命;
    7.關鍵部件采用著名品牌是設備品質的有效保證;
    8.具有多種故障診斷、報警及自動處理功能;
    9.可選配觸摸式屏幕顯示、露點檢測、節能控制、DCS通訊等。
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