技术领域
[0001] 本实用新型涉及气体分离技术领域，具体地涉及一种气体制备装置。
相关背景技术
[0002] 如图1所示，变压吸附制氮装置一般由CG压缩空气缓冲单元、NGN氧氮分离单元、NT氮气缓冲单元组成。CG压缩空气缓冲单元由空气缓冲罐、安全附件组成；NT氮气缓冲单元组成由氮气缓冲罐、安全附件、过滤器、仪器仪表、程控阀等组成；NGN氧氮分离单元为制氮装置核心部分，由吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)、消音器、程控阀组、控制系统等组成，其中吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)内装填有用于吸氧产氮的碳分子筛。NGN氧氮分离单元工作过程分均压、吸附、解吸三工步，MS101(A)、MS101(B)两吸附器按均压、吸附、解吸顺序及固定周期交替运行，连续向末端氮气缓冲罐输送氮气。
[0003] 吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)均设置有进气口、出气口、均压口、泄压口及程控阀。均压工步完成之后，吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)内压力值处于较低状态，接着进行吸附工步，吸附工步可根据吸附器压力值分为吸附初期、吸附中期及吸附末期。此时处于吸附初期的吸附器进气口、出气口程控阀开启，均压口、泄压口程控阀关闭。鉴于当前空气缓冲罐、氮气缓冲罐压力值较高，空气缓冲罐经过吸附器进气口程控阀向吸附器快速冲压，氮气缓冲罐经过吸附器出气口程控阀向吸附器快速回压，使得空气缓冲罐、处于吸附工步的吸附器、氮气缓冲罐处于相对压力平衡状态。随着原料压缩空气不断输送至空气缓冲罐，一部分原料压缩空气用于提升空气缓冲罐压力，另一部分原料压缩空气通过空气缓冲罐输送至吸附器，碳分子筛进行吸氧产氮工作。待处于吸附工步的吸附器压力高于氮气缓冲罐后，处于吸附工步的吸附器经过出气口程控阀向氮气缓冲罐输送氮气，由此可见势必造成以下不良效果。不良效果主要体现在以下几个方面：
[0004] (1)吸附工步时，一部分原料压缩空气用于提升空气缓冲罐压力，另一部分通过空气缓冲罐输送至吸附器，导致处于吸附工步的吸附器压力上升缓慢，致使制氮装置产氮量低。吸附工步时，氮气缓冲罐向处于吸附工步的吸附器回压的氮气量过多，导致氮气缓冲罐输出氮气谷值压力低，致使制氮装置压力损失大。
[0005] (2)吸附工步时，氮气缓冲罐向处于吸附工步的吸附器回压的氮气量过多，导致碳分子筛对氮气的吸附量增加，致使制氮装置产氮量低。实用新型内容
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中变压吸附制氮装置压力损失大、产氮量低、购置成本高及安装空间大的问题。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种气体制备装置，所述气体制备装置包括顺序连通的压缩空气缓冲单元、气体分离单元以及气体缓冲单元；所述压缩空气缓冲单元包括：
[0008] 空气缓冲罐，其具有进气口A和排气口A；
[0009] 主进气管，其一端与所述进气口A连接；
[0010] 主出气管，其一端与所述排气口A连接，另一端与气体分离单元连通；
[0011] 旁路管，其一端与所述主进气管连通，另一端与所述主出气管连通；
[0012] 控制阀，设置在所述主进气管上，位于所述主进气管与所述进气口的连接处和所述主进气管与所述旁路管的连接处之间；所述控制阀用于控制所述主进气管的气体流量；
[0013] 止回阀，设置在所述主出气管上，位于所述主出气管与所述排气口的连接处和所述主出气管与所述旁路管的连接处之间；所述止回阀用于防止气体向所述空气缓冲罐内倒流；
[0014] 第一压力变送器，用于获取所述旁路管或所述气体分离单元的气压值；
[0015] 控制器，所述第一压力变送器和所述控制阀均与所述控制器电连接。
[0016] 以制备氮气为例，通过上述技术方案，在将所述气体制备装置用于制备气体时，在吸附初期，所述空气缓冲罐内的压缩空气与通过空气缓冲罐并联的旁路管的压缩空气一起向气体分离单元快速冲压，以使得所述气体分离单元的压力快速达到制备氮气的压力条件。在吸附中期和吸附末期，通过所述第一压力变送器获取压力信号，并将压力信号传输给控制器，通过所述控制器自动控制所述控制阀的开度，保证与所述空气缓冲罐并联的旁路管处于压力高位向所述吸附器供气，多余部分的压缩空气通过控制阀向空气缓冲罐冲压。
[0017] 由此可解决吸附初期可向吸附器输送大量的原料压缩空气，同时减少所述气体缓冲罐向所述吸附器回压的氮气量，吸附器内的气压在短时间能够得到快速提升，提高吸附器的吸附效率，从而提高氮气产量，克服了现有技术的变压吸附制氮装置产氮量低、压力损失大、购置成本及安装空间大的问题。
[0018] 进一步地，所述第一压力变送器设置在所述止回阀的末端。
[0019] 进一步地，所述气体分离单元包括能够填充分子筛的吸附器。
[0020] 进一步地，所述第一压力变送器设置在所述气体分离单元的进气口B处，用于获取所述进气口B处的压力。
[0021] 进一步地，所述气体缓冲单元包括具有进气端和出气端的气体缓冲罐。
[0022] 进一步地，所述气体缓冲罐设置有用于获取所述气体缓冲罐内的压力的第一压力表。
[0023] 进一步地，所述控制阀为电磁阀或比例阀。
[0024] 本实用新型第二实用新型提供一种气体制备方法，包括所述的气体制备装置，所述气体制备方法包括：
[0025] 通过所述压缩空气缓冲单元向所述气体分离单元内供气并将所述气体分离单元进气口B的气压维持在设定值。
[0026] 以制备氮气为例，通过上述技术方案，在将所述气体制备装置用于制备气体时，在吸附初期，关闭所述控制阀，所述空气缓冲罐内的压缩空气与通过空气缓冲罐并联的旁路管的压缩空气一起向气体分离单元快速冲压，以使得所述气体分离单元的压力快速达到制备氮气的压力条件。在吸附中期和吸附末期，通过所述第一压力变送器获取压力信号，并将压力信号传输给控制器，通过所述控制器自动控制所述控制阀的开度，保证与所述空气缓冲罐并联的旁路管处于压力高位向所述吸附器供气，多余部分的压缩空气通过控制阀向空气缓冲罐冲压。
[0027] 由此可解决吸附初期可向吸附器输送大量的原料压缩空气，同时减少所述气体缓冲罐向所述吸附器回压的氮气量，吸附器内的气压在短时间能够得到快速提升，提高吸附器的吸附效率，从而提高氮气产量，克服了现有技术的变压吸附制氮装置产氮量低、压力损失大、购置成本及安装空间大的问题。
[0028] 进一步地，
[0029] 通过所述控制器控制所述控制阀的开度；
[0030] 当所述第一压力变送器检测的压力值小于设定值时，减小所述控制阀的开度，通过所述旁路管向所述气体分离单元供气；当所述第一压力变送器检测的压力值大于设定值时，增大所述控制阀的开度，通过所述旁路管向所述气体分离单元供气，同时通过所述的主进气管向所述空气缓冲罐内储气，直至所述空气缓冲罐压力值高于设定值时，所述的空气缓冲罐通过所述的主出气管向所述气体分离单元供气。
[0031] 本实用新型第三方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的气体制备方法。
[0032] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0037] 以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0038] 在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
[0039] 需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0040] 如图1所示，在现有技术中，变压吸附制氮装置一般由CG压缩空气缓冲单元、NGN氧氮分离单元、NT氮气缓冲单元组成。CG压缩空气缓冲单元由空气缓冲罐、安全附件组成；NT氮气缓冲单元组成由氮气缓冲罐、安全附件、过滤器、仪器仪表、程控阀等组成；NGN氧氮分离单元为制氮装置核心部分，由吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)、消音器、程控阀组、控制系统等组成，其中吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)内装填有用于吸氧产氮的碳分子筛。NGN氧氮分离单元工作过程分均压、吸附、解吸三工步，MS101(A)、MS101(B)两吸附器按均压、吸附、解吸顺序及固定周期交替运行，连续向末端氮气缓冲罐输送氮气。
[0041] 吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)均设置有进气口、出气口、均压口、泄压口及程控阀。均压工步完成之后，吸附器MS101(A)、吸附器MS101(B)内压力值处于较低状态，接着进行吸附工步，吸附工步可根据吸附器压力值分为吸附初期、吸附中期及吸附末期。此时处于吸附初期的吸附器进气口、出气口程控阀开启，均压口、泄压口程控阀关闭。鉴于当前空气缓冲罐、氮气缓冲罐压力值较高，空气缓冲罐经过吸附器进气口程控阀向吸附器快速冲压，氮气缓冲罐经过吸附器出气口程控阀向吸附器快速回压，使得空气缓冲罐、处于吸附工步的吸附器、氮气缓冲罐处于相对压力平衡状态。随着原料压缩空气不断输送至空气缓冲罐，一部分原料压缩空气用于提升空气缓冲罐压力，另一部分原料压缩空气通过空气缓冲罐输送至吸附器，碳分子筛进行吸氧产氮工作。待处于吸附工步的吸附器压力高于氮气缓冲罐后，处于吸附工步的吸附器经过出气口程控阀向氮气缓冲罐输送氮气，由此可见势必造成以下不良效果。不良效果主要体现在以下几个方面：
[0042] (1)吸附工步时，一部分原料压缩空气用于提升空气缓冲罐压力，另一部分通过空气缓冲罐输送至吸附器，导致处于吸附工步的吸附器压力上升缓慢，致使制氮装置产氮量低。吸附工步时，氮气缓冲罐向处于吸附工步的吸附器回压的氮气量过多，导致氮气缓冲罐输出氮气谷值压力低，致使制氮装置压力损失大。
[0043] (2)吸附工步时，氮气缓冲罐向处于吸附工步的吸附器回压的氮气量过多，导致碳分子筛对氮气的吸附量增加，致使制氮装置产氮量低。
[0044] 为了解决现有技术中的变压吸附制氮装置压力损失大、产氮量低、购置成本高及安装空间大的问题。本实用新型提供第一方面提供了一种气体制备装置，如图2所示，所述气体制备装置包括顺序连通的压缩空气缓冲单元1、气体分离单元2以及气体缓冲单元3。其中，所述压缩空气缓冲单元1包括空气缓冲罐11、主进气管12、主出气管13、旁路管14、控制阀15、止回阀16、第一压力变送器17以及控制器。
[0045] 所述空气缓冲罐11具有进气口A和排气口A。所述主进气管12的一端与所述进气口A连接。所述主出气管13的一端与所述排气口A连接，另一端与气体分离单元连通。所述旁路管14的一端与所述主进气管12连通，另一端与所述主出气管13连通。所述控制阀15设置在所述主进气管12上，位于所述主进气管12与所述进气口的连接处和所述主进气管12与所述旁路管14的连接处之间。所述控制阀15用于控制所述主进气管12的气体流量，可选地，所述控制阀选用电磁阀或比例阀。所述止回阀16设置在所述主出气管13上，位于所述主出气管13与所述排气口的连接处和所述主出气管13与所述旁路管14的连接处之间。所述止回阀16用于防止气体向所述空气缓冲罐11内倒流。所述第一压力变送器17用于获取所述旁路管14或所述气体分离单元2的气压值。所述第一压力变送器17和所述控制阀15均与所述控制器电连接。
[0046] 由于所述旁路管14、气体分离单元2和主出气管13都是相互连通的，具体地，可通过一个三通管道进行连通。在实际工作中，所述旁路管14、气体分离单元2和主出气管13的气压会存在一定的差异。为了使得第一压力变送器17获取的压力值更加精确，在一种优选的具体实施方式中，所述第一压力变送器17设置在所述气体分离单元2的进气口B处或者设置在所述止回阀11的末端。
[0047] 进一步地，所述气体分离单元2包括能够填充分子筛的吸附器21；所述吸附器21上设置有用于获取所述吸附器21内的压力的第三压力表22，所述第三压力表22用于获取所述吸附器21内的压力。所述气体缓冲单元3包括具有进气端和出气端的气体缓冲罐31。所述气体缓冲罐31上设置有用于获取所述气体缓冲罐31内的压力的第一压力表32。
[0048] 以制备氮气为例，在所述吸附器21内填充碳分子筛，通过上述技术方案，在将所述气体制备装置用于制备氮气时，在吸附初期，将所述空气缓冲罐11内的压缩空气与所述空气缓冲罐11并联的旁路管14中的压缩空气一起向所述气体分离单元2快速冲压，以使得所述气体分离单元2的压力能够快速达到制备氮气的压力条件。在吸附中期和吸附末期，通过所述第一压力变送器17获取进气口B处的压力信号，并将压力信号传输给控制器(附图未示出)，通过所述控制器自动控制所述控制阀15的开度，保证与所述空气缓冲罐11并联的旁路管14处于压力高位向所述吸附器21供气，多余部分的压缩空气通过控制阀15向空气缓冲罐11冲压。
[0049] 由此，本实用新型的气体制备装置可解决吸附初期向吸附器21输送大量的原料压缩空气，同时减少所述气体缓冲罐31向所述吸附器21回压的氮气量，吸附器21压力在短时间能够得到快速提升，提高吸附器21的吸附效率，从而提高氮气产量。其克服了现有技术的变压吸附制氮装置产氮量低、压力损失大。
[0050] 若采用增加空气缓冲罐11的方式解决现有技术存在的技术问题，则势必会大幅增加所述空气缓冲罐11容积，由此导致制氮装置购置成本高，安装空间大。因此本实用新型的技术方案能够降低制氮装置的购置成本以及解决现有技术存在的安装空间大的问题。
[0051] 本实用新型第二实用新型提供一种气体制备方法，包括所述的气体制备装置，所述气体制备方法包括：
[0052] 通过所述压缩空气缓冲单元1向所述气体分离单元2内供气并将所述气体分离单元2内的气压维持在设定值。具体地，通过所述控制器控制所述控制阀15的开度；当所述第一压力变送器17检测的压力值小于设定值时，减小所述控制阀15的开度，通过所述旁路管14向所述气体分离单元2供气；当所述第一压力变送器17检测的压力值大于设定值时，增大所述控制阀15的开度，通过所述旁路管14向所述气体分离单元2供气，同时通过所述的主进气管12所述空气缓冲罐11内储气，直至所述空气缓冲罐11压力值高于或达到设定值时，所述的空气缓冲罐11通过所述的主出气管13向所述气体分离单元2供气。
[0053] 需要说明的是，所述的“减小所述控制阀15的开度”既包括减小控制阀15的开度，也包括将所述控制阀15的开度调整至零(即关闭所述控制阀的开度)。
[0054] 以制备氮气为例，在所述吸附器21内填充碳分子筛，通过上述技术方案，在将所述气体制备装置用于制备氮气时，在吸附初期，将所述空气缓冲罐11内的压缩空气与所述空气缓冲罐11并联的旁路管14中的压缩空气一起向所述气体分离单元2快速冲压，以使得所述气体分离单元2的压力能够快速达到制备氮气的压力条件。在吸附中期和吸附末期，通过所述第一压力变送器17获取进气口B处的压力信号，并将压力信号传输给控制器附图未示出，通过所述控制器自动控制所述控制阀15的开度，保证与所述空气缓冲罐11并联的旁路管14处于压力高位向所述吸附器21供气，多余部分的压缩空气通过控制阀15向空气缓冲罐11冲压。
[0055] 由此，本实用新型的气体制备装置可解决吸附初期向吸附器21输送大量的原料压缩空气，同时减少所述气体缓冲罐31向所述吸附器21回压的氮气量，吸附器21压力在短时间能够得到快速提升，提高吸附器21的吸附效率，从而提高氮气产量。其克服了现有技术的变压吸附制氮装置产氮量低、压力损失大。
[0056] 若采用增加空气缓冲罐11的方式解决现有技术存在的技术问题，则势必会大幅增加所述空气缓冲罐11容积，由此导致制氮装置购置成本高，安装空间大。因此本实用新型的技术方案能够降低制氮装置的购置成本以及解决现有技术存在的安装空间大的问题。
[0057] 需要说明的是，本实用新型的气体制备装置和制备方法不仅仅适用于制备氮气，还可以制备其他的气体，只需要更换相应的分子筛即可。
[0058] 本实用新型第三方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的气体制备方法。
[0059] 以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0060] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0061] 此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
