專利名稱：一種煤礦井下碳分子篩制氮主機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于煤礦井下直接分離空氣制取氮氣的煤礦井下碳分子篩制氮主機。
背景技術：
礦井氮氣防滅火實質是向采空區(qū)氧化帶內或火區(qū)內注入一定量的氮氣，使其氧含量降到5％以下，達到防滅火和抑制瓦斯爆炸的目的。與礦井其它防滅火方法相比，用氮氣防滅火技術優(yōu)于傳統(tǒng)注漿防滅火技術；注氮工藝快捷、迅速。氮氣可迅速滲透充滿到采空區(qū)氧化帶內或火區(qū)的各角落。而注漿工藝，由于漿體在采空區(qū)氧化帶內或火區(qū)的流動受地板不平，頂板冒落堆集不均等因素影響，會形成“流動溝”，因而不能均勻、全面地覆蓋在“煤體”表面，未能真正起到“隔絕”氧氣，防止煤炭氧化自燃的作用。故此，氮氣防滅技術有其更好的效果。
變壓吸附技術是近十幾年發(fā)展起來的一項用于氣體凈化、分離與提純的新技術。該技術設備簡單、操作方便、自動化程度高、投資少、產氣快等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，煤礦的防火就是其中的一項重要領域。
變壓吸附碳分子篩制氮原理O2和N2都是非極性分子，兩者的動力學直徑和沸點十分接近。由于分子篩的位阻效應，具有微孔結構的碳分子篩對O2和N2存在共吸附現(xiàn)象。因此實現(xiàn)氧、氮分離是比較困難的。然而碳分子篩屬于速度分離型的吸附劑，O2和N2在碳分子篩表面的擴散速度不同，由于N2的動力學直徑大于O2的動力學直徑，所以O2在碳分子篩表面的擴散速度大于N2在碳分子篩表面的擴散速度。O2優(yōu)先被碳分子篩所吸附，而N2從不吸附相中富集。PSA制氮運用了這一原理。組成加壓吸附和減壓解吸的快速過程。從而獲得產品氮氣。
變壓吸附分子篩制氮工藝流程經壓縮凈化后的空氣進入裝填有碳分子篩(CMS)的吸附塔。壓縮空氣流經吸附塔，其間氧氣分子被碳分子篩所吸附，氮氣則富集在不吸附相中，由吸附塔一端流出，進入N2儲罐。經一段時間后，吸附塔中碳分子篩吸附的氧飽和，必需再生。再生是通過停止吸附，降低吸塔的壓力，使被吸附的氧氣從碳分子篩孔穴中釋放出來。兩個吸附塔交替進行吸附和再生，從而確保氮氣的連續(xù)輸出。因吸附與解吸過程是通過壓力變化實現(xiàn)的，故該工藝稱做變壓吸附(PSA)。
現(xiàn)在設計使用的煤礦井下碳分子篩制氮裝置主機吸附塔結構是臥式的，這種臥式吸附塔的設計主要是基于礦下尺寸空間所決定的，但臥式吸附塔裝填分子篩困難；不容易達到密實裝填的狀況，且壓緊裝置復雜，長時間運行易導致碳分子篩粉化、下沉，使壓力空氣走短路，繼而氮氣純度下降，失于防滅火的作用，且檢修維護復雜，使用壽命短。
實用新型內容本實用新型的目的是在原來井下尺寸空間范圍內由臥式吸附塔改設計為立式吸附塔，克服臥式吸附塔裝填分子篩困難，不容易達到密實裝填、壓緊裝置復雜、長時間運行易導致碳分子篩粉化、下沉、使壓力空氣走短路，繼而氮氣純度下降，失防滅火的作用，且檢修維護復雜，使用壽命短的缺陷。
本實用新型的具體方案是本裝置制氮主機采用立式四塔結構，兩塔為一運行組單元，二塔的一半碳分子篩吸附，另一半碳分子篩解吸，每組單元安裝有下閥進氣組件和上閥出氣組件，下閥進氣組件分別裝有兩個進氣氣動閥、二個排氣氣動閥、中間一個均壓閥；上閥出氣組件分別裝有兩個出氣氣動閥，一個均壓氣動閥，中間一個反吹調節(jié)閥；八個氣動閥分別由三個二位五通電磁閥控制，電磁閥和氣動閥之間由高壓軟管連接，其中第一個電磁閥連接吸附塔一側的進氣和出氣氣動閥，第二個電磁閥連接吸附塔另一側的進氣和出氣氣動閥，第三個電磁閥連接上下閥組的均壓氣動閥；兩組單元并聯(lián)運行，由一套進氣管閥分別連通兩組單元的下閥組進氣閥，進氣氣動閥排在兩邊，中間由三通管相聯(lián)。兩組單元的出氣氣動閥分別與一套出氣管閥分別連通，出氣氣動閥也排在兩邊，中間由三通管相聯(lián)，氣動閥全部是常閉型的。
其立式吸附塔內部結構為中間加裝縱向隔板，隔板兩側密實裝填碳分子篩，被隔板分離成兩部分，由上封頭到塔直高部分下邊沿，被密閉隔開，下封頭部相通，吸附塔的上部兩側分別裝有兩片絲網(wǎng)，中間加裝椰墊，在椰墊絲網(wǎng)上裝有鋼制多孔分流板，分流板上部密實裝填比重大的氧化鋁瓷球，吸附塔頂部設計大口徑鑲嵌式法蘭，法蘭蓋中間設計有一凹槽，凹槽與隔板上凸塊相對應，內墊橡膠板，封閉隔開。
壓力氣體從上封頭隔板一側通過分氣管向下流動，過下封頭從隔板另一側上部排出，單臺吸附塔都是從上封頭一側進另一側出，壓力氣體走一個U型通道。這樣的結構即降低了吸附塔的高度，保證了高徑比又控制了流速。
其優(yōu)點為解決和克服了臥式吸附塔的結構設計缺陷，即可密實裝填碳分子篩，又易于壓緊，高徑比合理，氣體不可能走短路，吸附效率提高，氮氣純度有保證，且能在調整供氣量的同時，大范圍的調定氮氣純度(即滅火時用低純度氮氣；降氧時用高純度氮氣)。特別是保證了碳分子篩的使用壽命，其吸附塔結構容易補裝填。


圖1煤礦井下碳分子篩制氮主機結構示意圖。
圖2吸附塔立體結構示意圖。
圖3吸附塔俯視結構示意圖。
圖4下閥進氣組件。
圖5上閥出氣組件。
圖6碳分子篩制氮主機結構俯視圖。
其中1吸附塔11上封頭 12筒體 13中間隔板 14下封頭 15出氣口 16進氣口 17絲網(wǎng) 18法蘭2上閥出氣組件21管線 22均壓氣動閥 23反吹調節(jié)閥 24管線 25氣動閥 26電磁閥3下閥進氣組件31管線 32氣動閥 33均壓閥 34管線 35電磁閥 36氣動閥4隔爆箱 5移動礦車 6消音器具體實施方式
下面根據(jù)附圖對本實用新型所述的煤礦井下碳分子篩制氮主機結構進行詳細的說明。
其立式吸附塔(1)筒體(12)內中間加裝一縱向隔板(13)，筒體(12)內被隔板分離成兩部分，隔板兩側密實裝填碳分子篩，上封頭(11)到塔直高部分下沿，被密閉隔開，下封頭(14)部分相通，吸附塔的上部兩側分別裝兩片60～80目不銹鋼絲網(wǎng)(17)，中間加裝40mm厚的進口椰墊，在椰墊絲網(wǎng)上另裝12～16mm的鋼制多孔分流板，分流板上部密實裝填比重大的氧化鋁瓷球，必免出現(xiàn)死空間。吸附塔頂部設計大口徑鑲嵌式法蘭(18)，法蘭蓋中間設計有一凹槽，凹槽與隔板上凸塊相對應，內墊橡膠板，封閉隔開。
本裝置制氮主機采用立式四塔結構，兩塔為一運行組單元，一塔吸附，另一塔解吸，每組單元安裝有下閥進氣組件(3)和上閥出氣組件(2)，下閥進氣組件分別裝有兩個進氣氣動閥(32)、二個排氣氣動閥(36)、中間一個均壓閥(33)，分別由管線(31)(34)連接進氣口(16)；上閥出氣組件分別裝有兩個出氣氣動閥(25)，一個均壓氣動閥(22)，中間一個反吹調節(jié)閥(23)，分別由管線(21)(24)與出氣口連接(15)；這八個氣動閥分別由三個二位五通電磁閥(26)(35)連接，按設定的時間程序，控制八個氣動閥，電磁閥和氣動閥之間由ф8高壓軟管連接，其中第一個電磁閥控制吸附塔一側的進氣和出氣氣動閥，第二個電磁閥控制吸附塔另一側的進氣和出氣氣動閥，第三個電磁閥控制上下閥組的均壓氣動閥，這樣按有序的時間進行加壓吸附、減壓解吸循環(huán)工作過程。
兩組單元并聯(lián)運行，由一套進氣管閥分別連通兩組單元的下閥組進氣閥，進氣氣動閥排在兩邊，中間由三通管相聯(lián)，氣動閥全部是常閉型的。
兩組單元的上出氣氣動閥分別與一套出氣管閥分別連通，這樣即可集中供氮，又可分別產氮氣。
以上設備與隔爆箱(4)消音器(6)安裝在一部移動礦車(5)上。
權利要求1.一種煤礦井下碳分子篩制氮主機，其特征在于制氮主機采用立式四塔結構，兩塔為一運行組單元，二塔的一半碳分子篩吸附，另一半碳分子篩解吸，每組單元安裝有下閥進氣組件和上閥出氣組件，下閥進氣組件分別裝有兩個進氣氣動閥、二個排氣氣動閥、中間一個均壓閥；上閥出氣組件分別裝有兩個出氣氣動閥，一個均壓氣動閥，中間一個反吹調節(jié)閥；八個氣動閥分別由三個二位五通電磁閥控制，電磁閥和氣動閥之間由高壓軟管連接，其中第一個電磁閥連接吸附塔一側的進氣和出氣氣動閥，第二個電磁閥連接吸附塔另一側的進氣和出氣氣動閥，第三個電磁閥連接上下閥組的均壓氣動閥；兩組單元并聯(lián)運行，由一套進氣管閥分別連通兩組單元的下閥組進氣閥，進氣氣動閥排在兩邊，中間由三通管相聯(lián)。兩組單元的上出氣氣動閥分別與一套出氣管閥分別連通，出氣氣動閥排在兩邊，中間由三通管相聯(lián)，氣動閥全部是常閉型的。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤礦井下碳分子篩制氮主機，其特征在于其立式吸附塔內部結構為中間加裝縱向隔板，隔板兩側密實裝填碳分子篩，被隔板分離成兩部分，上封頭到塔直高部分下沿，被密閉隔開，下封頭部分相通，吸附塔的上部兩側分別裝有兩片絲網(wǎng)，中間加裝椰墊，在椰墊絲網(wǎng)上裝有鋼制多孔分流板，分流板上部密實裝填比重大的氧化鋁瓷球，吸附塔頂部設計大口徑鑲嵌式法蘭，法蘭蓋中間設計有一凹槽，凹槽與隔板上凸塊相對應，內墊橡膠板，封閉隔開。
專利摘要本實用新型涉及一種用于煤礦井下直接分離空氣制取氮氣的煤礦井下碳分子篩制氮主機，其制氮主機采用立式四塔結構，兩塔為一運行組單元，二塔的一半碳分子篩吸附，另一半碳分子篩解吸，每組單元安裝有下閥進氣組件和上閥出氣組件，吸附塔內中間加裝縱向隔板，隔板兩側密實裝填碳分子篩，上封頭到塔直高部分下沿，被密閉隔開，下封頭部分相通，吸附效率高，氮氣純度高，在調整供氣量的同時，大范圍的調定氮氣純度，保證了碳分子篩的使用壽命，易于補裝填。
文檔編號B01D53/04GK2789220SQ200520022960
公開日2006年6月21日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權日2005年5月12日
發(fā)明者劉立群 申請人:劉立群