本發明涉及空分制氮領域，具體涉及一種可替代膜制氮的變壓吸附制氮裝置(簡稱PSA制氮裝置)。
背景技術：
膜分離制氮技術是利用高分子中空纖維膜對空氣中氮和氧等氣體分子在膜中溶解度和擴散系數不同，從而具有不同的滲透速率，將氮、氧等氣體進行分離而制取氮氣或氧氣的技術。其優點：產氣速度快，占地空間小，維護方便。缺點：1.膜分離制氮的膜桶的更換成本高，相對變壓吸附，膜桶對空氣的前期處理的要求更高，同樣產氣量下，膜分離制氮比PSA制氮裝置的成本要高出許多；2.膜分離制氮的純度只適用于氮氣純度較低的場合(≤99.5％)，相較于PSA制氮裝置，膜分離制氮前級的空壓機的排氣壓力要高；3.膜桶使用壽命短，一般膜分離制氮裝置使用壽命約為2年，而PSA分子篩制氮裝置使用壽命約為5-10年。
變壓吸附制氮技術是利用碳分子篩對兩種或兩種以上的氣體在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差異，以及碳分子篩的吸附容量隨壓力的變化而變化的特性，在加壓條件下分離出氮氣，降壓時脫附出尾氣，從而實現氣體分離以及碳分子篩的循環使用。PSA制氮優點：工藝比較成熟，可以制出穩定99.99％-99.999％左右的氮氣，產氣時間30分鐘左右，使用壽命長，維護成本低。缺點：占地面積大，產氣速度慢，裝填工藝的方法直接影響到分子篩的粉化情況，容易造成噴篩現象。
技術實現要素：
本發明結合兩種制氮技術特點，在PSA制氮基礎上發明了一種可替代膜分離制氮的變壓吸附制氮裝置，該變壓吸附制氮裝置一方面具有PSA的優點，又解決了其占地面積大的缺點，同時兼具膜分離制氮的優點，維護方便。將常規吸附塔做成易更換的細筒狀、輕型吸附塔，采用高壓碳分子篩，螺紋及軟管連接，參照膜桶組合方式進行組裝，一人即可完成更換任務。本發明中的PSA制氮裝置，由吸附塔組、進出氣管路及閥門、電控氣動系統組成，吸附塔組可由兩塔、三塔、四塔甚至多塔組成。裝置可根據用戶要求，在吸附塔內填充不同承壓能力的分子篩、調整吸附塔組的數量及每個吸附塔組內吸附塔的數量，一個裝置可由若干個吸附塔組組成，每個吸附塔都有獨立進氣、出氣、排氣閥門和管道與總進氣、出氣、排氣管道相連，每個吸附塔均可實現單個吸附塔的更換維修，每個吸附塔的排氣管道可分別連接消音器，亦可連接總管消音器，實現模塊化組裝，方便用戶維修更換。
本發明的一個特點是，吸附塔采用輕型金屬、高強度塑料或玻璃纖維等強度高的材料，既能減輕塔體重量，又能滿足高達1.6MPa壓力下的變壓吸附工藝，吸附塔體積小于0.03m3或內直徑小于0.15m，根據《壓力容器安全技術監察規程》和《2015最新國家特種設備目錄》規定，最高工作壓力大于或者等于0.1MPa(表壓)的氣體，容積小于0.03m3且內直徑(非圓形截面指截面內邊界最大幾何尺寸)小于0.15m的容器為非壓力容器。本發明的吸附塔可以實現標準化、規模化制作，降低設計制造成本，縮短生產周期，進一步實現本發明中的制氮裝置的標準化、批量化生產。該吸附塔體積小，死空間小，所以吸附劑的利用率高，另一方面，該吸附塔體積小，重量輕，內部的吸附劑更容易填充的致密緊實，因此吸附塔可以豎放，橫放及疊放，減小制氮裝置的整體體積。
本發明的另一特點在于，以吸附塔組合而成的吸附塔組，可由兩塔、三塔、四塔甚至多塔組成，提高原料氣利用率，節能降耗。
本發明的再一特點在于，該吸附塔內可根據用戶要求填充承壓能力不同的分子篩，最高承壓能力達1.6MPa，從而實現最終出氣高達1.5MPa的氮氣，完全具有膜分離制氮裝置出氣壓力高的優點。
附圖說明
圖1是本發明的兩塔結構圖之一。圖中，1.吸附塔組I II III；2.手動出氣閥；3.出氣管路；4.產品氣供氣管路；5.電控部分；6.總進氣手動閥；7.左右塔進氣閥門；8.排氣管路；9.手動進氣閥；10.消音器
具體實施方式
三組吸附塔組(圖中1)縱向排列，每個吸附塔組均配有獨立的手動出氣閥(圖中2)和獨立的手動進氣閥(圖中9)，打開裝置電源(圖中5)和總進氣手動閥(圖中6)，壓縮空氣從左右塔進氣閥門(圖中7)進入吸附塔組左塔吸附，合格氮氣從出氣管路(圖中3)出氣，最終經產品氣供氣管路(圖中4)供給下游用戶，同時吸附塔組右塔解吸再生，解吸氣通過排氣管路(圖中8)經消音器(圖中10)排放，一個循環后，左右塔切換，左塔解吸再生，右塔吸附出氣，如此循環。