碳分子篩變壓吸附

1、碳分子篩變壓吸附制氮裝置碳分子篩變壓吸附制氮裝置煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院2013.8 1. 概述概述1.1 產(chǎn)品特點：產(chǎn)品特點：產(chǎn)品具有工藝成熟、運行穩(wěn)定、制氮快、效率高、成本產(chǎn)品具有工藝成熟、運行穩(wěn)定、制氮快、效率高、成本低，壽命長，組裝方便等特點。低，壽命長，組裝方便等特點。1.2 主要用途及使用范圍主要用途及使用范圍隨著高產(chǎn)、高效采煤技術(shù)的發(fā)展，綜采、綜放工作面采隨著高產(chǎn)、高效采煤技術(shù)的發(fā)展，綜采、綜放工作面采空區(qū)防滅火問題已成為煤礦生產(chǎn)迫切需要解決的問題?？諈^(qū)防滅火問題已成為煤礦生產(chǎn)迫切需要解決的問題。注氮防滅火作為惰化防滅火的主要形式，已被世界各主注氮防滅

2、火作為惰化防滅火的主要形式，已被世界各主要產(chǎn)煤國家公認是行之有效的措施。要產(chǎn)煤國家公認是行之有效的措施。煤礦安全規(guī)程煤礦安全規(guī)程規(guī)定：綜放開采有自燃傾向的厚及特厚煤層時，必須采規(guī)定：綜放開采有自燃傾向的厚及特厚煤層時，必須采用以注入惰性氣體為主的綜合防滅火措施。用以注入惰性氣體為主的綜合防滅火措施。本裝置適用于煤礦井下注氮防、滅火工藝，保障安全生本裝置適用于煤礦井下注氮防、滅火工藝，保障安全生產(chǎn)。產(chǎn)。1.3 品種、規(guī)格品種、規(guī)格制氮裝置一般有膜分離制氮裝置和碳分子篩制氮裝置兩制氮裝置一般有膜分離制氮裝置和碳分子篩制氮裝置兩個品種，本產(chǎn)品是采用碳分子篩制氮原理的制氮裝置。個品種，本產(chǎn)品是采用碳分

3、子篩制氮原理的制氮裝置。按產(chǎn)品的制氮能力（按產(chǎn)品的制氮能力（m3/h）分共有）分共有200、300、400、500、600、800、1000、1200、1500、2000、3000等等十一種規(guī)格。十一種規(guī)格。1.4 型號的組成及其代表意義型號的組成及其代表意義制氮裝置的型號含義：制氮裝置的型號含義：DT / 出口壓力（出口壓力（MPa值的值的10倍）倍） 氮氣流量氮氣流量m3/ h D表示煤礦用制氮裝置，表示煤礦用制氮裝置，T表示碳分子篩表示碳分子篩標記示例：標記示例： DT600/8 表示出口壓力表示出口壓力0.8MPa，產(chǎn)氣量，產(chǎn)氣量600m3 / h煤礦用碳分子篩煤礦用碳分子篩制氮裝置。

4、制氮裝置。1.5 使用環(huán)境條件使用環(huán)境條件環(huán)境溫度：環(huán)境溫度：8C40C；大氣壓力：大氣壓力：80 kPa106 kPa；相對濕度：相對濕度：70（25時）。時）。1.6 工作條件工作條件供電條件：供電條件：220V/380V/6000V (10000V ) 50Hz ；供水條件：流量不小于供水條件：流量不小于20m3/h（單臺空壓機的水量），（單臺空壓機的水量），水質(zhì)為無腐蝕性、無雜質(zhì)的工業(yè)用水。水質(zhì)為無腐蝕性、無雜質(zhì)的工業(yè)用水。通風(fēng)良好，室內(nèi)。通風(fēng)良好，室內(nèi)。 2. 結(jié)構(gòu)特征與工作原理結(jié)構(gòu)特征與工作原理 2.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)空氣壓縮系統(tǒng)空氣壓縮系統(tǒng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)

5、空氣預(yù)處理系統(tǒng)氣體分離及氮氣供給系統(tǒng)氣體分離及氮氣供給系統(tǒng) 2.2 工作原理工作原理 碳分子篩（碳分子篩（CMS）吸附原理：）吸附原理： CMS是以樹脂、煤、椰殼等為原料，經(jīng)過固化、磨細、是以樹脂、煤、椰殼等為原料，經(jīng)過固化、磨細、粘結(jié)成型、氧化、炭化、活化、堵孔、熱處理工制成的一粘結(jié)成型、氧化、炭化、活化、堵孔、熱處理工制成的一種非極性多孔物質(zhì)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為海綿狀互相聯(lián)通的發(fā)達種非極性多孔物質(zhì)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為海綿狀互相聯(lián)通的發(fā)達空組織，在吸附過程中空組織，在吸附過程中CMS可使氣相空氣中的氧、氮分可使氣相空氣中的氧、氮分子通過擴散方式穿過大孔，過渡孔進入超微孔被吸附在孔子通過擴散方式穿過大孔，

6、過渡孔進入超微孔被吸附在孔表面上。從傳質(zhì)學(xué)觀點看，表面上。從傳質(zhì)學(xué)觀點看，CMS分離氧、氮的激勵就是分離氧、氮的激勵就是氧、氮分子在超微孔中擴散速度不同。氧、氮分子在超微孔中擴散速度不同。O2動力學(xué)直徑為動力學(xué)直徑為3.6A、N2為為3.8A，臨界直徑，臨界直徑O2為為2.8A、N2為為3.0A，O2的直徑較小，它在的直徑較小，它在CMS微孔與超微孔中擴散速率比微孔與超微孔中擴散速率比N2大，大，易進入超微孔起到分離作用。因為易進入超微孔起到分離作用。因為O2、N2直徑僅相差直徑僅相差0.2A，CMS超微孔的孔徑必須控制在極窄的范圍內(nèi)（超微孔的孔徑必須控制在極窄的范圍內(nèi)（4-8A）?？讖酱笥冢?/p>

7、?？讖酱笥?A，O2、N2都很容易進入超微孔，起不都很容易進入超微孔，起不到篩分分離作用；孔徑過小到篩分分離作用；孔徑過小O2、N2都不能進入超微孔，都不能進入超微孔，O2、N2不能進入超微孔，同樣就不能分離氧氮；孔徑或不能進入超微孔，同樣就不能分離氧氮；孔徑或孔縫寬度以孔縫寬度以6-7A為好，這樣吸附容量大。為好，這樣吸附容量大。 制氮工藝過程：制氮工藝過程： 空氣壓縮機提供制氮裝置用的壓縮空氣，壓縮空氣再經(jīng)過空氣壓縮機提供制氮裝置用的壓縮空氣，壓縮空氣再經(jīng)過空氣預(yù)處理系統(tǒng)對油和機械雜質(zhì)進行進一步的凈化過濾處空氣預(yù)處理系統(tǒng)對油和機械雜質(zhì)進行進一步的凈化過濾處理，以達到分子篩對壓縮空氣工況指標

8、的要求。理，以達到分子篩對壓縮空氣工況指標的要求。 經(jīng)過凈化的空氣進入原料空氣儲罐，具有一定壓力的空氣經(jīng)過凈化的空氣進入原料空氣儲罐，具有一定壓力的空氣在不同的時間段分別通過裝有碳分子篩的兩個吸附塔。利在不同的時間段分別通過裝有碳分子篩的兩個吸附塔。利用碳粒對氣體具體吸附性，并且氧氣和氮氣在碳分子篩表用碳粒對氣體具體吸附性，并且氧氣和氮氣在碳分子篩表面的吸附速率不同的特點，根據(jù)氧氮物理性質(zhì)上的差異面的吸附速率不同的特點，根據(jù)氧氮物理性質(zhì)上的差異氧分子和氮分子在吸附劑上吸附時擴散速率不同。由兩個氧分子和氮分子在吸附劑上吸附時擴散速率不同。由兩個完全相同碳分子篩吸附塔，它們交替循環(huán)地進行吸附、均完

9、全相同碳分子篩吸附塔，它們交替循環(huán)地進行吸附、均壓、解吸過程，當吸附劑被氧飽和后停止吸附，進行降壓壓、解吸過程，當吸附劑被氧飽和后停止吸附，進行降壓解吸，解吸氣經(jīng)消音器直接放空。解吸，解吸氣經(jīng)消音器直接放空。 吸附塔的每個工作周期分別為吸附升壓、均壓、減壓、排吸附塔的每個工作周期分別為吸附升壓、均壓、減壓、排放等一系列交替工作。每個吸附塔的工作步驟由程控器放等一系列交替工作。每個吸附塔的工作步驟由程控器（工業(yè)電腦）按照預(yù)先編制的程序來控制相應(yīng)的程控閥門（工業(yè)電腦）按照預(yù)先編制的程序來控制相應(yīng)的程控閥門開關(guān)來實現(xiàn)。操作人員只需在控制程序中者訂好每一步驟開關(guān)來實現(xiàn)。操作人員只需在控制程序中者訂好每

10、一步驟的時間，吸附塔就能夠根據(jù)設(shè)定的程序，自動運行。這樣的時間，吸附塔就能夠根據(jù)設(shè)定的程序，自動運行。這樣選擇性地將壓縮空氣中的氮氣和氧氣分離出來，使得富集選擇性地將壓縮空氣中的氮氣和氧氣分離出來，使得富集起來的氣體成為高純度的氮氣從吸附塔頂部輸出。起來的氣體成為高純度的氮氣從吸附塔頂部輸出。 碳分子篩對氧的吸附容量隨著壓力的增減而不同。壓力增碳分子篩對氧的吸附容量隨著壓力的增減而不同。壓力增加對氧的吸附量增加；壓力減小，對氧的吸附容量減小。加對氧的吸附量增加；壓力減小，對氧的吸附容量減小。在容積一定的條件下，產(chǎn)氮量下降，產(chǎn)氮濃度增加。利用在容積一定的條件下，產(chǎn)氮量下降，產(chǎn)氮濃度增加。利用這種

11、特性，采用變壓吸附進行氧氣、氮氣分離，所產(chǎn)氮氣這種特性，采用變壓吸附進行氧氣、氮氣分離，所產(chǎn)氮氣的濃度時可調(diào)的。的濃度時可調(diào)的。 成品氮氣經(jīng)氮氣儲罐，然后經(jīng)過成品氮氣流量計送到用戶成品氮氣經(jīng)氮氣儲罐，然后經(jīng)過成品氮氣流量計送到用戶使用。使用。 3. 主要部件或功能單元的結(jié)構(gòu)主要部件或功能單元的結(jié)構(gòu) 4. 開、停機開、停機 4.1 開機：開機： 1.檢查氣路中各個閥門的開關(guān)狀態(tài)，制氮工藝全過程氣路檢查氣路中各個閥門的開關(guān)狀態(tài)，制氮工藝全過程氣路是否貫通。關(guān)閉其他氣路閥門，使系統(tǒng)置于待啟動狀態(tài)；是否貫通。關(guān)閉其他氣路閥門，使系統(tǒng)置于待啟動狀態(tài)； 2.檢查供電、供水正常；檢查供電、供水正常； 3.啟

12、動冷干機，此部運行啟動冷干機，此部運行120秒后，即可啟動空壓機；秒后，即可啟動空壓機； 4.空氣儲氣罐的壓力達到空氣儲氣罐的壓力達到0.65MPa，打開進吸附塔閥門，打開進吸附塔閥門2圈，啟動制氮自動程序，隨即開始制氮過程；圈，啟動制氮自動程序，隨即開始制氮過程； 5.運行兩個周期后，打開進氮氣儲罐閥門運行兩個周期后，打開進氮氣儲罐閥門1圈，氮氣儲罐圈，氮氣儲罐的壓力開始上升，再運行兩個周期后，開啟流量輸出閥，的壓力開始上升，再運行兩個周期后，開啟流量輸出閥，調(diào)節(jié)至小于額定輸出流量內(nèi)，同時將進氮氣儲罐閥門全打調(diào)節(jié)至小于額定輸出流量內(nèi)，同時將進氮氣儲罐閥門全打開，此時，輸入井下的管道閥門打開，

13、但其純度開，此時，輸入井下的管道閥門打開，但其純度97%時，時，自動放空閥將自動打開，經(jīng)消音器排放。當純度達到自動放空閥將自動打開，經(jīng)消音器排放。當純度達到97%后，自動放空閥將關(guān)閉，向井下管道輸送氮氣后，自動放空閥將關(guān)閉，向井下管道輸送氮氣 ； 6.運行運行510分鐘后，調(diào)整流量輸出閥至額定值，正常工作。分鐘后，調(diào)整流量輸出閥至額定值，正常工作。 4.2 停機：停機： 1.空壓機卸載；空壓機卸載； 2.關(guān)閉自動運行程序；關(guān)閉自動運行程序； 3.將進吸附塔閥門、進氮氣儲罐閥門、流量輸出閥門依次將進吸附塔閥門、進氮氣儲罐閥門、流量輸出閥門依次關(guān)閉；關(guān)閉； 4.將空氣預(yù)處理系統(tǒng)的各個排污閥門打開排

14、一次污；將空氣預(yù)處理系統(tǒng)的各個排污閥門打開排一次污； 5. 關(guān)閉空壓機、冷干機、控制柜；關(guān)閉空壓機、冷干機、控制柜； 6.切斷電源、水源。切斷電源、水源。 5. 運行時的維護、保養(yǎng)運行時的維護、保養(yǎng) 及時更換前期空氣過濾器濾芯；過濾器芯使用及時更換前期空氣過濾器濾芯；過濾器芯使用3000小時小時時，應(yīng)及時更換，詳見過濾器說明書。時，應(yīng)及時更換，詳見過濾器說明書。 活性炭使用活性炭使用5000小時，應(yīng)及時更換。小時，應(yīng)及時更換。 氧電極每半年應(yīng)標定（更換）一次。氧電極每半年應(yīng)標定（更換）一次。 空壓機的維護、保養(yǎng)、檢修，請仔細閱讀其說明書及使空壓機的維護、保養(yǎng)、檢修，請仔細閱讀其說明書及使用維護說明書。用維護說明書。 經(jīng)常注意水冷機組冷凝循環(huán)水的溫度和潔凈度。當循環(huán)經(jīng)常注意水冷機組冷凝循環(huán)水的溫度和潔凈度。當循環(huán)水溫度過高時，應(yīng)加大循環(huán)水降低循環(huán)水溫度。水溫度過高時，應(yīng)加大循環(huán)