专利名称：一种车载式碳分子筛制氮设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车载式大流量，能高压输出氮气的碳分子筛帝懷设备°背景技术运用氮气钻井技术是近几年发展起来的油田科学开采钻井技 术，本技术有利于加快钻进速度，縮短钻井周期，降低对产油层的底 层损害，对于解放、发现保护油气层十分有利；大流量、高压氮气可 用于向井下注氮，压出油、气、水； 一定纯度下的氮气还能用于输送 管道油、气，吹扫，灭火及短时间需要用大量氮气的地方。由于油田的油井比较分散，用气量和需要的气体压力较大的特 点，有人设计了车载式膜制高压氮气设备。但是膜制氮气的膜组件必 须依赖进口。膜组件由于是用有机材料制成的，使用寿命短，价格高， 进贷时间长；进入膜分离组件的压縮空气需经预热，在达到特定温度 后才能得到膜分离的氮气，这对于在野外作业的钻井和采油是十分不 方便的，空气分离膜产出的氮气纯度一般最高只能达到99%的纯度。变压吸附碳分子筛制氮技术是近十几年发展起来的一项用于气 体净化、分离与提纯的新技术。该技术设备简单、操作方便、自动化 程度高、投资少、产气快等优点，现普遍应用于各个领域的制氮需要。 变压吸附碳分子筛制氮原理
02和N2都是非极性分子，两者的动力学直径和沸点十分接近。由于分子筛的位阻效应，具有微孔结构的碳分子筛对02和N2存在共吸附现象。因此实现氧、氮分离是比较困难的。然而碳分子筛属于速度分离型的吸附剂，02和N2在碳分子筛表面的扩散速度不同，由于N2的动力 学直径大于02的动力学直径，所以02在碳分子筛表面的扩散速度大 于N2在碳分子筛表面的扩散速度。02优先被碳分子筛所吸附，而N2 从不吸附相中富集。PSA制氮运用了这一原理。组成加压吸附和减压 解吸的快速过程。从而获得产品氮气。 变压吸附分子筛制氮工艺流程经压縮净化后的空气进入装填有碳分子筛(CMS)的吸附塔。压 縮空气流经吸附塔，其间氧气分子被碳分子筛所吸附，氮气则富集在 不吸附相中，由吸附塔一端流出，进入N2储罐。经一段时间后，吸附 塔中碳分子筛吸附的氧饱和，必需再生。再生是通过停止吸附，降低 吸塔的压力，使被吸附的氧气从碳分子筛孔穴中释放出来。两个吸附 塔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。因吸附与解吸过 程是通过压力变化实现的，故该工艺称做变压吸附(PSA)实用新型内審本实用新型的目的是在交通道路许可的范围内，设计一种车载式 碳分子筛制氮设备，解决膜制氮气的膜组件必须依靠进口，膜组件使 用寿命短，价格高，压縮空气必须经预热才能膜分离的缺陷，适用各 种行业氮气的需求。本实用新型所述的车载式碳分子筛制氮设备是由空气压縮机、缓 冲罐、空气冷却器、气水分离器、高效除油器、冷干机、过滤器、立
式结构的碳分子筛制氮塔、工艺管道、控制箱、消音器、氮气缓冲罐、 氮气罐出气组件、氮气高压机和两辆箱式平板载重汽车组成；所有设 备固定在两辆箱式平板汽车的平板底盘上，第一辆箱式平板汽车为空 气压縮机和压縮空气预处理车，车上固定装有柴油发动机式螺杆空气 压縮机或电动式螺杆空气压縮机；空气压縮机后连接一台缓冲罐，缓 冲罐与一台空气冷却器连接，空气冷却器与一台气水分离器连接，气 水分离器与一套高效除油器连接，高效除油器与一台冷干机连接，冷 干机与三台串连的过滤器连接；第二辆车为碳分子筛制氮设备车，车 上固定装有两台或四台立式结构的碳分子筛制氮塔，两塔为一运行组 单元，由下阀进气组件和上阀出气组件构成的工艺管道分别安装在每 运行组单元上，由快接压力软管将下阀进气组件与过滤器连接，上阀 出气组件与氮气缓冲罐连接，带有过滤器、出口调压阀、氮气纯度检 测仪、流量计和排空装置的氮气罐出气组件将氮气缓冲罐和氮气高压 机连接，控制箱和消音器安装在碳分子筛制氮塔旁。空气经空气压縮机压縮产出的气体，进入空气缓冲罐、水冷却器、 气水分离器初步降温除水，进入高效除油器除去大量油雾，相继再进 入冷干机和三级过滤器，除去压縮空气中的微量水份、颗粒杂质和油 雾，使之达到进入吸附塔内碳分子筛的品质要求，然后送往填有碳分 子筛的制氮主机，在设定的时间程序控制下，经过加压吸附、减压解 吸的循环工作过程，不断的分离压縮空气产出氮气，氮气经过氮气缓 冲罐，在设定的压力下经氮气高压机压縮，产出所需要的高压氮气送 往用气点。本实用新型所述的车载式碳分子筛制氮设备，设计合理，结构简 单，工艺成熟，碳分子筛价格低廉，制氮纯度可在95—99.99%范围
调节，调节范围大，使用寿命长达8—10年，此设备可用于油田钻井， 压出油、气、水，输油管道吹扫、输送，油罐、化学品储罐的封装和 灭火，及短时间需要大量氮气的任何地方。
图1车载式碳分子筛制氮设备立面结构示意图。 图2车载式碳分子筛制氮设备平面结构示意图其中l空气压縮机、2空气冷却器、3高效除油器、4过滤器、 5碳分子筛制氮塔、6氮气缓冲罐、7氮气高压机、8缓冲罐、9 气水分离器、 IO冷干机、ll工艺管道、12控制箱、13消 音器、 14氮气罐出气组件、15平板底盘具体实施方式
下面根据附图对本实用新型所述的车载式碳分子筛制氮设备结 构进行详细的叙述。所有设备固定在两辆箱式平板汽车的平板底盘(15)上，第一辆 箱式平板汽车为空压机和压縮空气预处理车，车上固定装有柴油发动 机式螺杆空压机或电动式螺杆空压机(1)，空压机后连接一台缓冲罐 (8)，缓冲罐与一台空气冷却器(2)连接，空气冷却器与一台气水 分离器(9)连接，气水分离器与一台高效除油器(3)连接，高效除 油器与一台冷干机(10)连接，冷干机与三台串连的过滤器(4)连 接；第二辆车为碳分子筛制氮设备车，车上固定装有两台或四台立式 结构的碳分子筛制氮塔(5)，两塔为一运行组单元，由下阀进气组件 和上阀出气组件构成的工艺管道(11)分别安装在每运行组单元上，
由快接压力软管将下阀进气组件与过滤器连接，上阀出气组件与氮气缓冲罐(6)连接，带有过滤器、出口调压阀、氮气纯度检测仪、流 量计和排空装置的氮气罐出气组件(14)将氮气缓冲罐和氮气高压机 (7)连接，控制箱(12)和消音器(13)安装在碳分子筛制氮塔旁。 为给氮气增压机供动力电，可单配置一台大于增压机用电功率的 移动式发电机，多余电量可用制氮主机(220V; 150W)和就地照明用 电。以上所有配置的硬件设备都为标准定型产品，配置的缓冲罐，吸 附塔都为压力容器，必须有压力容器生产合格证书。
权利要求1.一种车载式碳分子筛制氮设备，是由空气压缩机、缓冲罐、空气冷却器、气水分离器、高效除油器、冷干机、过滤器、立式结构的碳分子筛制氮塔、工艺管道、控制箱、消音器、氮气缓冲罐、氮气罐出气组件、氮气高压机和两辆箱式平板载重汽车组成，其特征在于所有设备固定在两辆箱式平板汽车的平板底盘上，第一辆箱式平板汽车为空气压缩机和压缩空气预处理车，车上固定装有柴油发动机式螺杆空气压缩机或电动式螺杆空气压缩机；空气压缩机后连接一台缓冲罐，缓冲罐与一台空气冷却器连接，空气冷却器与一台气水分离器连接，气水分离器与一套高效除油器连接，高效除油器与一台冷干机连接，冷干机与三台串连的过滤器连接；第二辆车为碳分子筛制氮设备车，车上固定装有两台或四台立式结构的碳分子筛制氮塔，两塔为一运行组单元，由下阀进气组件和上阀出气组件构成的工艺管道分别安装在每运行组单元上，由快接压力软管将下阀进气组件与过滤器连接，上阀出气组件与氮气缓冲罐连接，带有过滤器、出口调压阀、氮气纯度检测仪、流量计和排空装置的氮气罐出气组件将氮气缓冲罐和氮气高压机连接，控制箱和消音器安装在碳分子筛制氮塔旁。
专利摘要本实用新型涉及一种车载式碳分子筛制氮设备，所有设备固定在两辆箱式平板汽车的平板底盘上，空压机连接缓冲罐，缓冲罐连接空气冷却器，空气冷却器连接气水分离器，气水分离器连接高效除油器，高效除油器连接冷干机，冷干机连接三台串连的过滤器，过滤器连接两台或四台立式结构的碳分子筛制氮塔，由快接压力软管将制氮塔与过滤器连接，由工艺管道连接氮气缓冲罐，氮气罐出气组件将氮气缓冲罐和氮气高压机连接，本设备设计合理，结构简单，价格低廉，制氮纯度可在95-99.99％范围调节，使用寿命长，可用于油田钻井，压出油、气、水，输油管道吹扫、输送，油罐、化学品储罐的封装和灭火，及短时间需要大量氮气的任何地方。
文档编号C01B21/00GK201031143SQ20072010360
公开日2008年3月5日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者刘立群 申请人:刘立群