一种制氮系统及制氮方法

技术领域

本发明涉及制氮技术领域，特别涉及一种制氮系统及制氮方法。

背景技术

制氮机，是指以空气为原料，利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气制取设备，制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。

目前，制氮机广泛应用于各个行业，例如：1.在加工行业中，用于激光机线切割和用于某些特殊零件和器材防止氧化；2.在制药行业中，用于某些药品的包装、储存、封装等；3.在食品行业中，用于粮食绿色储存、食品充氮包装、蔬菜类保鲜等；4.在电子行业中，用于半导体生产封装、电子元件的生产、LED液晶显示器、LCD液晶显示器、锂电池生产等。

然而制氮机工作时需要有稳定且洁净的空气来源，因此现有技术中，制氮机通常有配套有用于产生压缩空气的空压机，以及用于对压缩空气进行处理的空气处理设备。但是，现有技术中，制氮机以及为其服务的空压机等设备通常是分离部署的，这就导致整个系统难以转移，无法伴随使用地点的变化进行灵活部署，并且占地面积大；同时，由于空压机输出的空气具有一定的压力，直接输入到空气处理设备以及制氮机时，其冲击力会对设备造成损伤，从而影响设备的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的制氮机及其配套设备部署占地面积大、难以转移以及压力空气容易对设备造成损伤的问题，本发明的目的在于提供一种制氮系统及制氮方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供一种制氮系统，包括底座以及固定安装在所述底座上且按照气流方向通过管道依次连接的空压机、空气缓冲罐、空气处理装置、制氮机、氮气缓冲罐、增压输送装置和高压氮气储罐。

优选的，所述空气处理装置包括按照气流方向通过管道依次连接的除油罐、冷干机、净化器和缓冲罐，其中，所述除油罐与所述空气缓冲罐连接，所述缓冲罐与所述制氮机连接。

优选的，所述制氮机为变压吸附制氮机，所述制氮机包括空气罐、氮气罐和两个吸附塔，所述空气罐与所述空气处理装置连接，两个所述吸附塔的进气端通过管阀组件与所述空气罐并联连接、产气端通过管阀组件与所述氮气罐并联连接以使两个所述吸附塔交替进行加压吸附和解压再生，所述氮气罐与所述氮气缓冲罐连接。

优选的，所述管阀组件包括主管道、两个连接在所述主管道上的支管以及安装在每个所述支管上的控制阀。

优选的，所述控制阀为气动阀或者电动阀。

优选的，所述增压输送装置包括电机和与所述电机驱动连接的增压泵，所述增压泵的吸入端连接所述氮气缓冲罐、吐出端连接所述高压氮气储罐。

进一步的，还包括控制器，所述控制器安装在所述底座上，所述控制器与所述空压机、所述空气处理装置、所述制氮机、所述增压输送装置电性连接。

优选的，所述增压输送装置与所述高压氮气储罐之间的管道上安装有单向阀。

另一方面，本发明还提供一种制氮方法，包括以下步骤：

通过空压机对空气进行压缩，并将压缩空气送入空气缓冲罐中；

将空气缓冲罐中的压缩空气送到空气处理装置，通过空气处理装置对送入的压缩空气进行除油、干燥、冷却、净化中的一种或者多种处理；

将经过处理的压缩空气送入制氮机，通过制氮机将空气分离成氧气和氮气；

将制氮机分离出的氮气送入氮气缓冲罐中；

通过增压输送装置将氮气缓冲罐中的氮气加压输送到高压氮气储罐中进行存储。

优选的，所述空气处理装置包括按照气流方向通过管道依次连接的除油罐、冷干机、净化器和缓冲罐，以便于对送入的压缩空气进行除油、干燥、冷却、净化处理后，再对空气进行缓存。

采用上述技术方案，由于底座的设置，使得制氮机以及配套的空压机和空气处理装置能够集中安装，从而便于整体转移，实现灵活部署，并且整体占地面积小；又由于空气缓冲罐的设置，使得空压机输出的压缩空气对下游的空气处理装置以及制氮机造成的冲击得到有效降低，从而提高设备使用使用寿命；另外由于氮气缓冲罐的设置，使得制氮机输出的氮气能够先行缓存于其中，再由增压输送装置加压输送到高压氮气储罐中进行存储，以便使用。

附图说明

图1为本发明一种制氮系统的主视图；

图2为本发明一种制氮系统的俯视图；

图3为本发明一种制氮方法的流程图。

图中:1-底座、2-空压机、3-空气缓冲罐、4-空气处理装置、41-除油罐、42-冷干机、43-净化器、44-缓冲罐、5-制氮机、51-空气罐、52-氮气罐、53-吸附塔、6-氮气缓冲罐、7-增压输送装置、71-电机、72-增压泵、8-高压氮气储罐、9-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

一种制氮系统，如图1及图2所示，包括底座1以及固定安装在底座1上且按照气流方向通过管道依次连接的空压机2、空气缓冲罐3、空气处理装置4、制氮机5、氮气缓冲罐6、增压输送装置7和高压氮气储罐8。

其中，底座1为由金属型材（例如槽钢或者H型钢）通过焊接或者螺栓拼接而成的矩形框架结构。空压机2为活塞式或者螺杆式压缩机，并且优选为无油空压机，空压机2通常具有独立的机箱，机箱通过螺栓固定安装在底座1上即可。

空气缓冲罐3通过管道与空压机2的出气端连接，以便于缓冲和临时存储空压机2产出的压缩空气。空气缓冲罐3包括一个罐体，罐体的底部通过由金属型材制作的支架固定安装在底座1上。

空气处理装置4则用于对空气缓冲罐3中的压缩空气进行处理，例如除油、冷却、干燥、净化等。本实施例中，空气处理装置4包括按照气流方向通过管道依次连接的除油罐41、冷干机42、净化器43和缓冲罐44。其中，除油罐41通过管道与上述的空气缓冲罐3连接，以便于承接压缩空气，而缓冲罐44则通过管道与制氮机5连接，以便于将经过处理的压缩空气进行缓冲后，将压力更加平稳的压力空气送向制氮机5进行制氮。并且本实施例中，空气处理装置4也包括一独立底座，该独立底座通过螺栓安装在底座1上，而上述的除油罐41、冷干机42、净化器43和缓冲罐44则均安装在该独立底座上。

制氮机5为变压吸附制氮机，并优选为具有两个吸附塔以实现交替工作的变压吸附制氮机，具体而言，制氮机包括空气罐51、氮气罐52和两个吸附塔53，以及用于承载上述空气罐51、氮气罐52和两个吸附塔53的基座，该基座通过螺栓固定安装在底座1上。其中，空气罐51通过管道与上述的空气处理装置4（具体是缓冲罐44）连接，而两个吸附塔53的进气端通过一个管阀组件与空气罐51并联连接，两个吸附塔53的产气端（氮气出口）也通过一个管阀组件与氮气罐52并联连接，从而使两个吸附塔53交替进行加压吸附和解压再生，而氮气罐52则通过管道与氮气缓冲罐6连接。其中，管阀组件包括主管道、两个连接在主管道上的支管以及安装在每个支管上的控制阀，控制阀为气动阀或者电动阀，以便于方便进行PLC控制，使用时，两个支管的自由端分别连接两个吸附塔53，而主管道则用于连接上游的空气罐51或者是下游的氮气罐52。其中，空气罐51用于缓存压力空气，进一步降低输入到吸附塔53中的空气的压力波动，而氮气罐52则用于缓存产生的氮气。另外主管道上也安装有上述的控制阀，以便于停止工作时将吸附塔53隔离开来。

氮气缓冲罐6具有较大的容积，以便于将制氮机5不断产生的氮气收集起来，并前降低氮气的压力波动。氮气缓冲罐6也包括罐体和连接在罐体底部的支架，该支架也通过螺栓固定安装在底座1上。

增压输送装置7包括电机71和与该电机71驱动连接（例如皮带或者联轴器）的增压泵72，同时增压输送装置7也包括一个用于承载上述电机71和增压泵72的独立底座，该独立底座也通过螺栓固定安装在底座1上。而增压泵72的吸入端通过管道连接上述的氮气缓冲罐6、吐出端则通过管道连接下游的高压氮气储罐8，该高压氮气储罐8为压力容器，具有较大的存储量，高压氮气储罐8也包括罐体和连接在罐体底部的支架，该支架也通过螺栓固定安装在底座1上，另外，增压泵72与高压氮气储罐8之间的管道上安装有单向阀，以便于氮气只能够单向流向高压氮气储罐8。

同时，还包括控制器9，控制器9与上述的空压机2、空气处理装置4、制氮机5、增压输送装置7电性连接，以便于控制各个用电设备的工作状态。本实施例中，该控制器9配置为工控台，工控台9固定安装在底座1上。

实施例二

一种制氮方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S1、通过空压机对空气进行压缩，并将压缩空气送入空气缓冲罐中；

步骤S2、将空气缓冲罐中的压缩空气送到空气处理装置，通过空气处理装置对送入的压缩空气进行除油、干燥、冷却、净化中的一种或者多种处理；

本步骤中，空气缓冲罐中的压缩空气通过自身的压力流向空气处理装置，并且本实施例中，优选空气处理装置包括按照气流方向通过管道依次连接的除油罐、冷干机、净化器和缓冲罐，以便于对送入的压缩空气进行除油、干燥、冷却、净化处理后，再对空气进行缓存。

步骤S3、将经过处理的压缩空气送入制氮机，通过制氮机将空气分离成氧气和氮气；

本步骤中，经过处理的压缩空气也是通过自身的压力流向制氮机，该制氮机配置为PSA制氮机，其以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气，通常使用两个吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。

步骤S4、将制氮机分离出的氮气送入氮气缓冲罐中；

本步骤中，制氮机分离出的氮气通过压力自流的方式流向氮气缓冲罐。

步骤S5、通过增压输送装置将氮气缓冲罐中的氮气加压输送到高压氮气储罐中进行存储。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。