一种变压吸附制氮的节能控制系统及方法技术方案

本申请提供一种变压吸附制氮的节能控制系统及方法，该节能控制系统，包括主控制器、通信模块、至少两台变压吸附制氮设备、氮气管道、氮气储罐、压力检测模块和纯度检测模块，每台变压吸附制氮设备上设置有控制器，主控制器通过通信模块与每台变压吸附制氮设备连接，每台变压吸附制氮设备通过氮气管道与氮气储罐连接，氮气储罐与纯度检测模块连接，每台变压吸附制氮设备与氮气管道之间连接有压力检测模块。该变压吸附制氮的节能控制系统通过主控制器或控制器根据压力检测模块和纯度检测模块检测的数据实时调整以及轮流依次控制变压吸附制氮设备的运行，避免制氮机出现盲目的运行，在氮气用量存在变化的场合具有显著的节能效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附制氮的节能控制系统及方法


[0001]本申请属于工业控制
，尤其涉及一种变压吸附制氮的节能控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在工业生产领域，氮气作为常见的不活泼气体，广泛应用于隔爆、保鲜等领域，部分高纯度的氮气也用作生产的原料。例如，在制药企业中，由于发酵后的物料可能产生易爆气体，以及在提取过程中需要使用有机溶剂(甲醇、烷烃、丙酮等)，极易发生爆炸，因此在压滤、提取、浓缩、干燥等环节需要释放氮气作为保护气体，避免可燃气体与空气直接接触，杜绝爆炸危险。又如，在电石生产企业中，由于电石遇到潮湿空气容易产生乙炔气体，而且乙炔极易发生爆炸，因此采用氮气作为电石粉尘的保护气体，避免混入氧气而产生爆炸的风险。同时，在其他化工产业、电子产业等，均普遍地使用氮气。在食品领域，在食品(如油炸薯片)的包装充填氮气，能够避免氧化，延长食品发生变质的时间。上述工业领域均使用氮气，需要使用获取氮气的装置。通常地，合成氨等领域使用大量氮气，主要使用空分装置获得；而在其他使用氮气量适中的化工行业、制药行业、食品行业、电石行业中，普遍是采用变压吸附的原理获得氮气。
[0003]变压吸附的原理就是利用分子筛在不同压力情况下的吸附、透过能力的区别，在压力的变化的过程中将空气中的氮气分离出来，得到具有一定纯度的氮气。通常变压吸附制氮系统的原理图如图4所示，现有变压吸附制氮系统的控制原理如下表1所示。
[0004]表1为变压吸附制氮系统的控制参数表
[0005][0006][0007]现有变压吸附制氮系统的分子筛A制氮是导通A路压缩空气，压缩空气在经过分子筛时，氮气容易通过分子筛，进入氮气储罐，而氧气被分子筛拦截、吸附。随着制氮过程的进行，分子筛吸附越来越多的富氧空气，逐渐向饱和方向发展，使得排出的氮气纯度呈现下降趋势。该通气步骤的持续时间称为“导通时间”。
[0008]现有变压吸附制氮系统的A制氮均压是当分子筛A经历了导通时间以后，将分子筛A、B两台罐体串通，使得两者内部的压力达到平衡，此举一方面是为了节省一部分压缩空气，另一方面是为了减小工作过程中的压力变化梯度。上述过程经历的时间称为“均压时间”。
[0009]现有变压吸附制氮系统的分子筛A吹扫是分子筛A在经历导通工作以后，其中吸附有富氧空气，此时将分子筛A罐的放空阀打开，并将成品氮气阀门打开，反向流经分子筛，对分子筛进行吹扫，使其中吸附的富氧空气被排放到大气中，分子筛A获得再生。上述过程经历的时间称为“反吹时间”。
[0010]现有变压吸附制氮系统的分子筛B制氮是导通B路压缩空气，采用分子筛B罐制氮，持续时间也是“导通时间”。现有变压吸附制氮系统的B制氮均压是分子筛B制氮结束以后，再次采用均压，经历均压时间。现有变压吸附制氮系统的分子筛B吹扫是采用同样方法对分子筛B进行反向吹扫，消耗成品氮气，经历反吹时间。因此在现有变压吸附制氮系统的变压吸附制氮的过程中，上述步骤不断重复，A、B两台分子筛罐交替工作。
[0011]现有变压吸附制氮系统的采用定时工作原理，如人为设定固定的导通时间、均压时间和反吹时间，现有变压吸附制氮系统的不断按照定时工作原理进行工作，此工作控制原理存在氮气产量和氮气纯度无法实现有效调节的问题。
[0012]在制药等领域，氮气的使用量通常是脉动的。例如，制药厂通常只在对物料进行提取的短时间内才会使用氮气，发酵车间需要间隔数个小时才会发酵成熟一次，才会产生物料，因此通常需要间隔数个小时才会集中使用氮气，每次使用氮气的时间在一个小时以内。在化工等领域也同样存在上述情况，氮气的使用量是不断变化的。传统制氮技术的弊端就
在于采用定时方式工作，不管后续用户使用多少氮气量，均采用固定时间方式工作。在后续用户的氮气用量较少时，氮气储罐的压力升高，此时即使是导通压缩空气，通过分子筛来制备氮气，但是分子筛前后两侧的压差较小，制备氮气的速率很慢；而当进入反吹环节时，由于氮气储罐内的氮气压力较高，吹扫时消耗的成品氮气较多，排向大气中，被消耗掉；最终，压缩空气就在这种反复的“制氮”、“放空”的循环中被浪费。由于制备压缩空气需要采用大功率的空压机，空压机将会消耗大量的电能，对节能减排十分不利。同时，通常企业都具有多台制氮机并联运行，它们均在各自独立地重复各个工作过程，不断发生“此起彼伏”的导通制氮、反吹放空操作，不断消耗过多的能源。因此，需要能够实现单台或者多台制氮机的产量调节的设计，根据用户实际使用氮气的量自动调节工作节奏，减少无效的工作，节省压缩空气，最终节省空压机的运行能耗。
[0013]现有变压吸附制氮系统的氮气纯度取决于导通时间与反吹时间的比例关系。在导通制氮过程中，压缩空气流经分子筛，其中的氮气通过分子筛，氧气被拦截并吸附，刚开始时氮气的纯度很高，随着时间的推移，分子筛中的氧气浓度提高，漏过的氧气分子会逐渐增多，使得产出的氮气纯度开始下降。在制出的氮气的纯度下降到一定程度之前，应该停止导通，对分子筛进行反吹再生。在反吹再生的过程中，采用成品氮气对分子筛进行反向吹扫，在压力被释放且持续吹扫的情况下，氧气从分子筛表面脱附，释放到大气中。反吹时间越长，分子筛的恢复就越彻底，则后续产生的氮气纯度也会较高。因此导通时间与反吹时间的比例决定了氮气的纯度；氮气的纯度与产量是一对矛盾，要想获得更纯的氮气，则需要缩短导通时间、延长反吹时间，则氮气制备量下降而自身的氮气消耗量上升，势必使得制氮系统输出的有效产量下降。通常，为了实现氮气纯度提高一位小数，相应的压缩空气消耗量可能提高一倍。
[0014]通常，用户需要的氮气纯度是有一定规范的。例如，当作为隔爆保护气体使用时，达到99.50％的纯度即可满足需要。但是，现有变压吸附制氮系统不存在实时控制能力，必须配置纯度较高的参数，并采用固定的定时方式工作，使得实际的氮气纯度往往达到99.95～99.99％，显著超过了用户实际所需的氮气纯度。这种情况下，即使是保证99.90％的氮气纯度也是绰绰有余的。但是由于氮气的纯度偏高，相应压缩空气消耗量呈现显著上升，能源消耗量很大。

技术实现思路

[0015]本申请的一个实施例提供一种变压吸附制氮的节能控制系统及方法，以解决现有变压吸附制氮系统存在氮气产量和氮气纯度无法实现有效调节的问题。
[0016]第一方面，本申请的一个实施例提供一种变压吸附制氮的节能控制系统，包括主控制器、通信模块、至少两台变压吸附制氮设备、氮气管道、氮气储罐、压力检测模块和纯度检测模块，每台所述变压吸附制氮设备上设置有控制器，所述主控制器通过所述通信模块与每台所述变压吸附制氮设备连接，每台所述变压吸附制氮设备通过所述氮气管道与所述氮气储罐连接，所述氮气储罐与所述纯度检测模块连接，每台所述变压吸附制氮设备与所述氮气管道之间连接有所述压力检测模块。
[0017]可选的，所述纯度检测模块还与负载连接，所述纯度检测模块用于检测负载的氮气纯度，所述纯度检测模块包括氮气纯度变送器。
[0018]可选的，所述压力检测模块用于检测所述氮气管道的氮气压力，所述压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附制氮的节能控制系统，其特征在于，包括主控制器、通信模块、至少两台变压吸附制氮设备、氮气管道、氮气储罐、压力检测模块和纯度检测模块，每台所述变压吸附制氮设备上设置有控制器，所述主控制器通过所述通信模块与每台所述变压吸附制氮设备连接，每台所述变压吸附制氮设备通过所述氮气管道与所述氮气储罐连接，所述氮气储罐与所述纯度检测模块连接，每台所述变压吸附制氮设备与所述氮气管道之间连接有所述压力检测模块。2.根据权利要求1所述的变压吸附制氮的节能控制系统，其特征在于，所述纯度检测模块还与负载连接，所述纯度检测模块用于检测负载的氮气纯度，所述纯度检测模块包括氮气纯度变送器。3.根据权利要求1所述的变压吸附制氮的节能控制系统，其特征在于，所述压力检测模块用于检测所述氮气管道的氮气压力，所述压力检测模块包括压力变送器。4.根据权利要求1所述的变压吸附制氮的节能控制系统，其特征在于，每台所述变压吸附制氮设备包括数个阀门和至少两个分子筛。5.根据权利要求1所述的变压吸附制氮的节能控制系统，其特征在于，所述主控制器用于根据所述压力检测模块和所述纯度检测模块检测的数据实时调整以及轮流依次控制所述变压吸附制氮设备的运行。6.一种变压吸附制氮的节能控制方法，应用于如权利要求1
‑
5任意一项所述的变压吸附制氮的节能控制系统上，其特征在于，该节能控制方法包括以下步骤：获取脉冲信号以及变压吸附制氮的节能控制系统的氮气压力数据和氮气纯度数据；根据所述氮气压力数据小于压力阈值或所述脉冲信号，采用循环依次规则控制变压吸附制氮设备在脉冲间隔时间内运行，直至通过压力检测模块检测的氮气压力数据大于压力阈值，控制变压吸附制氮设备停止运行并进入等待状态；根据所述氮气纯度数据不在纯度阈值范围内，采用控制规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾洪骏，闫永勤，
申请(专利权)人：北京时代科仪新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：