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(yáng)研究院煤炭科學(xué)研究總院沈陽(yáng)研究院2013.8 1. 概述概述1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)：產(chǎn)品特點(diǎn)：產(chǎn)品具有工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、制氮快、效率高、成本產(chǎn)品具有工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、制氮快、效率高、成本低，壽命長(zhǎng)，組裝方便等特點(diǎn)。低，壽命長(zhǎng)，組裝方便等特點(diǎn)。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(wèn)題已成為煤礦生產(chǎn)迫切需要解決的問(wèn)題?？諈^(qū)防滅火問(wèn)題已成為煤礦生產(chǎn)迫切需要解決的問(wèn)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(guó)家公認(rèn)是行之有效的措施。要產(chǎn)煤國(guó)家公認(rèn)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(kāi)采有自燃傾向的厚及特厚煤層時(shí)，必須采規(guī)定：綜放開(kāi)采有自燃傾向的厚及特厚煤層時(shí)，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(gè)品種，本產(chǎn)品是采用碳分子篩制氮原理的制氮裝置。個(gè)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(hào)的組成及其代表意義型號(hào)的組成及其代表意義制氮裝置的型號(hào)含義：制氮裝置的型號(hào)含義：DT / 出口壓力（出口壓力（MPa值的值的10倍）倍） 氮?dú)饬髁康獨(dú)饬髁縨3/ 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(biāo)記示例：標(biāo)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(duì)濕度：相對(duì)濕度：70（25時(shí)）。時(shí)）。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(tái)空壓機(jī)的水量），（單臺(tái)空壓機(jī)的水量），水質(zhì)為無(wú)腐蝕性、無(wú)雜質(zhì)的工業(yè)用水。水質(zhì)為無(wú)腐蝕性、無(wú)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?dú)夤┙o系統(tǒng)氣體分離及氮?dú)夤┙o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(shù)脂、煤、椰殼等為原料，經(jīng)過(guò)固化、磨細(xì)、是以樹(shù)脂、煤、椰殼等為原料，經(jīng)過(guò)固化、磨細(xì)、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(dá)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(dá)空組織，在吸附過(guò)程中空組織，在吸附過(guò)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(guò)擴(kuò)散方式穿過(guò)大孔，過(guò)渡孔進(jìn)入超微孔被吸附在孔子通過(guò)擴(kuò)散方式穿過(guò)大孔，

6、過(guò)渡孔進(jìn)入超微孔被吸附在孔表面上。從傳質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)看，表面上。從傳質(zhì)學(xué)觀點(diǎn)看，CMS分離氧、氮的激勵(lì)就是分離氧、氮的激勵(lì)就是氧、氮分子在超微孔中擴(kuò)散速度不同。氧、氮分子在超微孔中擴(kuò)散速度不同。O2動(dòng)力學(xué)直徑為動(dòng)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(kuò)散速率比微孔與超微孔中擴(kuò)散速率比N2大，大，易進(jìn)入超微孔起到分離作用。因?yàn)橐走M(jìn)入超微孔起到分離作用。因?yàn)镺2、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）。孔徑大于）

7、?？讖酱笥?A，O2、N2都很容易進(jìn)入超微孔，起不都很容易進(jìn)入超微孔，起不到篩分分離作用；孔徑過(guò)小到篩分分離作用；孔徑過(guò)小O2、N2都不能進(jìn)入超微孔，都不能進(jìn)入超微孔，O2、N2不能進(jìn)入超微孔，同樣就不能分離氧氮；孔徑或不能進(jìn)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(guò)程：制氮工藝過(guò)程： 空氣壓縮機(jī)提供制氮裝置用的壓縮空氣，壓縮空氣再經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)提供制氮裝置用的壓縮空氣，壓縮空氣再經(jīng)過(guò)空氣預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)油和機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的凈化過(guò)濾處空氣預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)油和機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的凈化過(guò)濾處理，以達(dá)到分子篩對(duì)壓縮空氣工況指標(biāo)

8、的要求。理，以達(dá)到分子篩對(duì)壓縮空氣工況指標(biāo)的要求。 經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)入原料空氣儲(chǔ)罐，具有一定壓力的空氣經(jīng)過(guò)凈化的空氣進(jìn)入原料空氣儲(chǔ)罐，具有一定壓力的空氣在不同的時(shí)間段分別通過(guò)裝有碳分子篩的兩個(gè)吸附塔。利在不同的時(shí)間段分別通過(guò)裝有碳分子篩的兩個(gè)吸附塔。利用碳粒對(duì)氣體具體吸附性，并且氧氣和氮?dú)庠谔挤肿雍Y表用碳粒對(duì)氣體具體吸附性，并且氧氣和氮?dú)庠谔挤肿雍Y表面的吸附速率不同的特點(diǎn)，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(diǎn)，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(shí)擴(kuò)散速率不同。由兩個(gè)氧分子和氮分子在吸附劑上吸附時(shí)擴(kuò)散速率不同。由兩個(gè)完全相同碳分子篩吸附塔，它們交替循環(huán)地進(jìn)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(jìn)行吸附、均壓、解吸過(guò)程，當(dāng)吸附劑被氧飽和后停止吸附，進(jìn)行降壓壓、解吸過(guò)程，當(dāng)吸附劑被氧飽和后停止吸附，進(jìn)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(gè)工作周期分別為吸附升壓、均壓、減壓、排吸附塔的每個(gè)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(gè)吸附塔的工作步驟由程控器放等一系列交替工作。每個(gè)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(lái)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(lái)控制相應(yīng)的程控閥門開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。操作人員只需在控制程序中者訂好每一步驟開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。操作人員只需在控制程序中者訂好每

10、一步驟的時(shí)間，吸附塔就能夠根據(jù)設(shè)定的程序，自動(dòng)運(yùn)行。這樣的時(shí)間，吸附塔就能夠根據(jù)設(shè)定的程序，自動(dòng)運(yùn)行。這樣選擇性地將壓縮空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥蛛x出來(lái)，使得富集選擇性地將壓縮空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥蛛x出來(lái)，使得富集起來(lái)的氣體成為高純度的氮?dú)鈴奈剿敳枯敵?。起?lái)的氣體成為高純度的氮?dú)鈴奈剿敳枯敵觥?碳分子篩對(duì)氧的吸附容量隨著壓力的增減而不同。壓力增碳分子篩對(duì)氧的吸附容量隨著壓力的增減而不同。壓力增加對(duì)氧的吸附量增加；壓力減小，對(duì)氧的吸附容量減小。加對(duì)氧的吸附量增加；壓力減小，對(duì)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(jìn)行氧氣、氮?dú)夥蛛x，所產(chǎn)氮?dú)膺@種特性，采用變壓吸附進(jìn)行氧氣、氮?dú)夥蛛x，所產(chǎn)氮?dú)獾臐舛葧r(shí)可調(diào)的。的濃度時(shí)可調(diào)的。 成品氮?dú)饨?jīng)氮?dú)鈨?chǔ)罐，然后經(jīng)過(guò)成品氮?dú)饬髁坑?jì)送到用戶成品氮?dú)饨?jīng)氮?dú)鈨?chǔ)罐，然后經(jīng)過(guò)成品氮?dú)饬髁坑?jì)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(kāi)、停機(jī)開(kāi)、停機(jī) 4.1 開(kāi)機(jī)：開(kāi)機(jī)： 1.檢查氣路中各個(gè)閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，制氮工藝全過(guò)程氣路檢查氣路中各個(gè)閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，制氮工藝全過(guò)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(dòng)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(dòng)狀態(tài)； 2.檢查供電、供水正常；檢查供電、供水正常； 3.啟

12、動(dòng)冷干機(jī)，此部運(yùn)行啟動(dòng)冷干機(jī)，此部運(yùn)行120秒后，即可啟動(dòng)空壓機(jī)；秒后，即可啟動(dòng)空壓機(jī)； 4.空氣儲(chǔ)氣罐的壓力達(dá)到空氣儲(chǔ)氣罐的壓力達(dá)到0.65MPa，打開(kāi)進(jìn)吸附塔閥門，打開(kāi)進(jìn)吸附塔閥門2圈，啟動(dòng)制氮自動(dòng)程序，隨即開(kāi)始制氮過(guò)程；圈，啟動(dòng)制氮自動(dòng)程序，隨即開(kāi)始制氮過(guò)程； 5.運(yùn)行兩個(gè)周期后，打開(kāi)進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)罐閥門運(yùn)行兩個(gè)周期后，打開(kāi)進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)罐閥門1圈，氮?dú)鈨?chǔ)罐圈，氮?dú)鈨?chǔ)罐的壓力開(kāi)始上升，再運(yùn)行兩個(gè)周期后，開(kāi)啟流量輸出閥，的壓力開(kāi)始上升，再運(yùn)行兩個(gè)周期后，開(kāi)啟流量輸出閥，調(diào)節(jié)至小于額定輸出流量?jī)?nèi)，同時(shí)將進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)罐閥門全打調(diào)節(jié)至小于額定輸出流量?jī)?nèi)，同時(shí)將進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)罐閥門全打開(kāi)，此時(shí)，輸入井下的管道閥門打開(kāi)，

13、但其純度開(kāi)，此時(shí)，輸入井下的管道閥門打開(kāi)，但其純度97%時(shí)，時(shí)，自動(dòng)放空閥將自動(dòng)打開(kāi)，經(jīng)消音器排放。當(dāng)純度達(dá)到自動(dòng)放空閥將自動(dòng)打開(kāi)，經(jīng)消音器排放。當(dāng)純度達(dá)到97%后，自動(dòng)放空閥將關(guān)閉，向井下管道輸送氮?dú)夂?，自?dòng)放空閥將關(guān)閉，向井下管道輸送氮?dú)?； 6.運(yùn)行運(yùn)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(jī)：停機(jī)： 1.空壓機(jī)卸載；空壓機(jī)卸載； 2.關(guān)閉自動(dòng)運(yùn)行程序；關(guān)閉自動(dòng)運(yùn)行程序； 3.將進(jìn)吸附塔閥門、進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)罐閥門、流量輸出閥門依次將進(jìn)吸附塔閥門、進(jìn)氮?dú)鈨?chǔ)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(gè)排污閥門打開(kāi)排

14、一次污；將空氣預(yù)處理系統(tǒng)的各個(gè)排污閥門打開(kāi)排一次污； 5. 關(guān)閉空壓機(jī)、冷干機(jī)、控制柜；關(guān)閉空壓機(jī)、冷干機(jī)、控制柜； 6.切斷電源、水源。切斷電源、水源。 5. 運(yùn)行時(shí)的維護(hù)、保養(yǎng)運(yùn)行時(shí)的維護(hù)、保養(yǎng) 及時(shí)更換前期空氣過(guò)濾器濾芯；過(guò)濾器芯使用及時(shí)更換前期空氣過(guò)濾器濾芯；過(guò)濾器芯使用3000小時(shí)小時(shí)時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換，詳見(jiàn)過(guò)濾器說(shuō)明書。時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換，詳見(jiàn)過(guò)濾器說(shuō)明書。 活性炭使用活性炭使用5000小時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。小時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。 氧電極每半年應(yīng)標(biāo)定（更換）一次。氧電極每半年應(yīng)標(biāo)定（更換）一次。 空壓機(jī)的維護(hù)、保養(yǎng)、檢修，請(qǐng)仔細(xì)閱讀其說(shuō)明書及使空壓機(jī)的維護(hù)、保養(yǎng)、檢修，請(qǐng)仔細(xì)閱讀其說(shuō)明書及使用維護(hù)說(shuō)明書。用維護(hù)說(shuō)明書。 經(jīng)常注意水冷機(jī)組冷凝循環(huán)水的溫度和潔凈度。當(dāng)循環(huán)經(jīng)常注意水冷機(jī)組冷凝循環(huán)水的溫度和潔凈度。當(dāng)循環(huán)水溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)加大循環(huán)水降低循環(huán)水溫度。水溫度過(guò)高時(shí)，應(yīng)加大循環(huán)