变压吸附(PSA)碳分子筛制氮机在 煤矿防灭火利用已有多年,最早主要利用深冷制氮技术固定厂房内安置机组制取氮气,为就近矿井服务,但因其体积庞大、能耗高、操作维修复杂而被淘汰。随着空分技术的发展,碳分子筛、高分子聚合物膜这些吸附材料的应用,制造出碳分子筛制氮机和膜分离制氮装置。这为煤矿选择氮气灭火设备提供了便利。这两种氮气发生装置与深冷制氮机相比,优点突出,基本满足煤矿安全生产注氮防火的条件要求。
惠临空分设备有限公司生产的变压吸附(PSA)碳分子筛制氮机,其工艺流程简单可靠。该设备具有一次性投资小,使用寿命长,对环境要求较宽松,设备运行自动化程度高等特点,符合普通用户的要求。
1 工作原理
PSA制氮机主要是应用变压吸附原理进行O2、N2分离。CMS是属于速度分离型的吸附剂,当吸附质的性质相差不大时,直径较小的气体分子扩散速度较快,较多地进入分子筛的固相,而直径较大的气体分子扩散速度较慢,较少地进入分子筛的固相。根据CMS的微孔结构特点,当空气进入CMS时,分子直径比N2(310∼)稍小的O2(218∼)以较快的速度扩散进入CMS的孔道,并优先选择吸附。在吸附初始的短时间内,O2迅速富集于CMS颗粒内部,而N2则因未来得及被吸附,在气相中富集,将其收集于储罐即可制得所需的N2。CMS具有加压对氧的吸附量增加,减压时对氧的吸附量减少的特性,因此,PSA采用加压制氮,减压再生的制氮方式,为了连续不断地产气,采用A、B两个吸附塔轮流循环工作,流程由PLC进行程序自动控制。
2 工艺流程
压缩空气经油水分离器后,进入热交换器进一步除水干燥,然后进入T级主管路过滤器,滤除空气中剩余的杂质及水分。干燥、无油、无尘的压缩空气(018MPa)进入空气储罐,进行稳压后,进入A吸附塔,吸附塔内的CMS吸附掉空气中的O2,未被吸附的N2大部分经气动阀、单向阀进入氮气储罐,小部分N2经回吹阀进入B吸附塔,吹扫塔内CMS解吸出的O2再经气动阀、消音器排空,约3min后,A塔吸附接近饱和时,各气动阀关闭,均压气动阀打开,A塔中的气体进入B塔,约1～3s后,两塔压力相当,此时,A塔排气气动阀打开,塔内气体经消音器排空,B塔进气,产气阀打开,压缩空气进入B塔,O2被CMS吸附,产出的N2大部分进入储罐,小部分N2回吹清扫A塔,使塔
中的CMS解吸吸附的O2,约1min后,两塔均压,切换,重复上述步骤,如此循环不断产出干燥、洁净的氮气。
工艺流程图：
