一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统及其制氧方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统，本发明专利技术设置一个独立集束管均压罐，吸附饱和后的吸附塔与集束管均压罐均压，使吸附塔均出的均压气按氧浓由高到低连续进入集束管均压罐暂存；抽真空末期的吸附塔与集束管均压罐均压，使集束管均压罐内暂存均压气按氧浓由低到高连续进入抽真空末期吸附塔，该均压气前段低氧浓部分作为冲洗气被真空泵抽走，后段高氧浓部分留存塔内从塔底到塔顶氧浓呈由低到高连续分布。本发明专利技术设置放空切换阀和自吸切换阀，利用吸附塔运行中部分压力能量和真空能量，使其底部自行放空和自吸空气；它还公开了制氧方法。本发明专利技术效果：提高系统氧气回收率、降低鼓风机和真空泵负荷，降低系统能耗和投资，实现鼓风机连续供风。

Vacuum pressure swing adsorption oxygen generation system with pressure equalizing tank and oxygen producing method thereof

The invention discloses a vacuum pressure swing adsorption system pressure equalizing tank, the invention is provided with an independent cluster tube pressure equalizing tank, adsorption tower and cluster saturated tube pressure equalizing tank, gas adsorption tower are all according to the oxygen concentration from high to low in a row of pipe bundle the temporary pressure tank; adsorption tower and vacuum tube bundle at the end of the pressure tank pressure, the pressure inside the tank pipe bundle were compressed by temporary oxygen concentration from low to high into the continuous vacuum at the end of the adsorption tower, both front compressor in low oxygen concentration as part of a flushing gas by vacuum pump suction, after high oxygen the concentrated part retained from the bottom to the top of the tower the tower of oxygen concentration is from low to high continuous distribution. The vent switch valve and the self suction switching valve are set up, and the bottom of the adsorption tower is forced to empty and suck the air by using the partial pressure energy and the vacuum energy in the operation of the adsorption tower; and the oxygen producing method is also disclosed. The invention improves the oxygen recovery rate of the system, reduces the load of the blower and the vacuum pump, reduces the energy consumption and the investment of the system, and realizes the continuous air supply of the blower.

【技术实现步骤摘要】
一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统及其制氧方法
本专利技术涉及变压吸附气体分离技术，特别是一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统及其制氧方法。
技术介绍
真空变压吸附制氧系统，是利用鼓风机升压原料空气并将其送入吸附塔，利用吸附塔中装填的不同吸附剂在高压下对原料空气中的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）进行选择性吸附，而未被吸附的氧气（O2）成为系统生产的产品气；在吸附剂吸附饱和时，采用真空泵对吸附塔抽真空降压，使被吸附剂吸附的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）得到解吸，吸附剂获得再生，利用多塔循环获取较高氧浓度（60~93%）的富氧气产品。现有的真空变压吸附制氧系统，通常由鼓风机、真空泵、切换阀、两个相同的吸附塔（A、B）、产品气缓冲罐、控制装置和管路等构成。吸附塔内从底部到顶部逐次装填有吸附水（H2O）的吸附剂（如活性氧化铝、硅胶、沸石）、吸附二氧化碳（CO2）的吸附剂（如活性炭、硅胶、沸石）和吸附氮气（N2）的吸附剂（如锂基分子筛Li-X）。为了使原料空气均匀进入吸附床层与床层中装填的吸附剂均匀传质吸附和床层中未被吸附的氧气（O2）均匀从吸附床层流出，通常在吸附塔（A、B）的构造中，吸附塔底部和顶部均设有气体分布器，相应气体分布器均占有一定的空置体积；吸附剂在吸附塔内装填堆积时，吸附剂颗粒之间存在一定空置体积。来自大气的原料空气，经空气过滤器除去粉尘等固体颗粒后，进入鼓风机进行升压，升压后的原料空气由切换阀分别循环送入吸附塔（A、B），原料空气中的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）在吸附塔（A、B）内被相应的吸附剂逐次吸附，原料空气中的氧气（O2）作为非吸附组分从吸附塔（A、B）塔顶流出，经切换阀进入产品气缓冲罐，成为系统生产的产品气，此过程为吸附产氧过程。在吸附塔A吸附饱和时，吸附塔A处于最高压力状态，吸附塔A内压力通常处于120~160kpa.A之间，吸附塔A内氧气浓度梯度为：塔底为空气氧浓度21%左右逐渐过渡到塔顶60~90%（吸附末端产品氧气浓度）。在吸附塔A吸附饱和时，吸附塔B正好接近或处于抽真空末端，吸附塔B内压力通常处于40~60kpa.A之间，吸附塔B内氧气浓度梯度为：塔底为8~11%逐渐过渡到塔顶60~90%。现有的真空变压吸附制氧系统，为了提高吸附效率和增加系统产氧能力，均将吸附塔吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，利用抽真空末端的吸附塔对其进行均入回收，回收至抽真空末端的吸附塔的均压气，其中少量作为冲洗气被真空泵抽走排至大气，剩余大部分作为置换气留存塔内回收，并置换出抽真空塔下部的低氧浓废气，具体实施通常采用以下3种方法：（1）、产品气冲洗再生+均压回收方法：在吸附塔B抽真空结束前2~6s时，用少量产品气缓冲罐内或吸附塔A产出的产品气对吸附塔B进行2~3s逆向冲洗，强化吸附塔B内吸附剂再生，并置换出吸附塔B下部的部分低氧浓废气，吸附塔B压力基本保持不变，此过程为产品气冲洗再生过程；吸附塔B逆向冲洗结束时吸附塔A处于吸附饱和状态，此时通过进气切换阀关闭吸附塔A鼓风机进风，通过鼓风机放空切换阀使鼓风机处于放空状态（此时吸附塔B仍然处于真空泵抽真空状态），通过均压切换阀将吸附塔A顶部和吸附塔B顶部直接连通，吸附塔A向吸附塔B进行均压，将吸附塔A吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，利用抽真空末端的吸附塔B对其进行均入回收，回收至抽真空末端的吸附塔B的均压气，其中少量作为冲洗气被真空泵抽走排至大气，剩余大部分作为置换气留存吸附塔B回收，并置换出吸附塔B下部的低氧浓废气，此过程为均压回收过程。（2）、均压气冲洗再生回收方法：在吸附塔B抽真空结束前2~6s时，吸附塔A处于吸附饱和状态，此时通过进气切换阀关闭吸附塔A鼓风机进风，通过鼓风机放空切换阀使鼓风机处于放空状态（此时吸附塔B仍然处于真空泵抽真空状态），通过均压切换阀将吸附塔A顶部和吸附塔B顶部直接连通，吸附塔A向吸附塔B进行均压，将吸附塔A吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，利用抽真空末端的吸附塔B对其进行均入回收，回收至抽真空末端的吸附塔B的均压气，其中少量作为冲洗气被真空泵抽走排至大气，剩余大部分作为置换气留存吸附塔B回收，并置换出吸附塔B下部的低氧浓废气，此过程为均压气冲洗再生回收过程。（3）、中国专利CN201310007058.4中公开了一种真空变压吸附制氧系统及其控制方法：增加第一和第二两个均压罐，在吸附塔A吸附饱和时，通过进气切换阀关闭吸附塔A鼓风机进风，通过鼓风机放空切换阀使鼓风机处于放空状态（此时吸附塔B仍然处于真空泵抽真空状态）。先通过均压切换阀将吸附塔A顶部与第一均压罐直接连通，将吸附塔A吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，将该部分均压气的前段高氧浓部分顺向放入第一均压罐中暂时存放；然后再通过均压切换阀将吸附塔A顶部与第二均压罐直接连通，该部分均压气的后段低氧浓部分继续顺向放入第二均压罐中暂时存放。吸附塔A抽真空末期，通过均压切换阀将吸附塔A顶部与第二均压罐直接连通，用吸附塔A顺向放入第二均压罐中的暂存均压气(均压气后段低氧浓部分)对吸附塔A进行逆向冲洗，同时置换出抽真空末端吸附塔A下部的低氧浓废气，吸附塔B抽真空结束后，通过均压切换阀将吸附塔B顶部与第一均压罐直接连通，用吸附塔A顺向放入第一均压罐中的暂存均压气(均压气前段高氧浓部分)对吸附塔B进行升压，实现对吸附塔A吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气高氧浓部分的回收，此过程为均入回收过程。在吸附塔均出降压后，用真空泵对吸附塔抽真空，继续降低吸附塔压力，吸附剂内吸附的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）逐渐解吸，经切换阀由真空泵抽出排至大气，吸附剂逐渐再生，此过程为真空再生过程。在吸附塔抽真空中后期，为了强化吸附剂再生，用少量产品气缓冲罐内贮存的产品气经切换阀从吸附塔塔顶回流吸附塔内对吸附剂进行冲洗，使吸附剂获得彻底再生，此过程为真空冲洗再生过程。经过均入回收过程的吸附塔，在转入吸附产氧过程前，还需要用产品气缓冲罐内贮存的产品气经切换阀从吸附塔塔顶回流吸附塔内对吸附塔进行产品气升压，在吸附塔压力升至吸附产氧压力时，吸附塔才能转入吸附产氧过程，此过程为产品气升压过程。总之，真空变压吸附制氧系统中的每个吸附塔在一个制氧系统制氧循环内均会经历以下过程：原料空气吸附产氧——均出降压——抽真空再生——均入回收——产品气升压五个工艺过程，多塔连续错相步骤运行。在可编程控制器控制下，通过切换阀系统实现自动循环运行。现有真空变压吸附制氧系统存在以下缺点：产品气冲洗再生+均压回收方法：由于使用了部分产品气对再生过程吸附塔中的吸附剂进行冲洗，使吸附塔中的吸附剂再生更为彻底，再生吸附塔下部的低氧浓废气排放更加充分。但是绝大部分冲洗气会被真空泵抽走，损失了冲洗用的部分产品气，不但使真空泵负荷增加，系统的能量消耗增大，而且使装置产气量相应降低。均压气冲洗再生回收方法：吸附塔A吸附饱和时，吸附塔A内压力通常处于120~160kpa.A之间，而吸附塔A内氧气浓度梯度为：塔底为空气氧浓度21%左右逐渐过渡到塔顶60~90%（吸附末端产品氧气浓度）。此时，吸附塔B正好接近或处于抽真空末端，吸附塔B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统，其特征在于：它包括吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸大气总管P1、放空总管P3、鼓风机AC、真空泵VP、产品缓冲罐VS1和用于保持均压气进出一维流动的集束管均压罐VS2；所述的吸大气总管P1的出口端并联有自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C，自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述鼓风机AC的出口端连接有进气总管P2，进气总管P2另一端并联有进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C，进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的放空总管P3的入口端并联有放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C，放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的真空泵VP的入口端连接有真空总管P4，真空总管P4另一端并联有真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C，真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的产品缓冲罐VS1的顶部和底部分别连接有产品气总阀V8和产品气升压总阀V9，产品气总阀V8的另一端连接有产品气总管P5，产品气总管P5的另一端并联有产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C，产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的产品气升压总阀V9的另一端连接有产品气升压总管P6，产品气升压总管P6的另一端并联有产品气升压切换阀V6A、产品气升压切换阀V6B和产品气升压切换阀V6C，产品气升压切换阀V6A、产品气升压切换阀V6B和产品气升压切换阀V6C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS2的顶部连接有均入切换阀V10，均入切换阀V10的另一端连接有均压气总管P7，均压气总管P7的另一端并联有均压切换阀V7A、均压切换阀V7B和均压切换阀V7C，均压切换阀V7A、均压切换阀V7B和均压切换阀V7C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS2的顶部还连接有均出切换阀V11，均出切换阀V11的另一端与均压气总管P7连接。...

【技术特征摘要】
2017.07.25 CN 20171061273151.一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统，其特征在于：它包括吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸大气总管P1、放空总管P3、鼓风机AC、真空泵VP、产品缓冲罐VS1和用于保持均压气进出一维流动的集束管均压罐VS2；所述的吸大气总管P1的出口端并联有自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C，自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述鼓风机AC的出口端连接有进气总管P2，进气总管P2另一端并联有进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C，进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的放空总管P3的入口端并联有放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C，放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的真空泵VP的入口端连接有真空总管P4，真空总管P4另一端并联有真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C，真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的底部连接；所述的产品缓冲罐VS1的顶部和底部分别连接有产品气总阀V8和产品气升压总阀V9，产品气总阀V8的另一端连接有产品气总管P5，产品气总管P5的另一端并联有产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C，产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的产品气升压总阀V9的另一端连接有产品气升压总管P6，产品气升压总管P6的另一端并联有产品气升压切换阀V6A、产品气升压切换阀V6B和产品气升压切换阀V6C，产品气升压切换阀V6A、产品气升压切换阀V6B和产品气升压切换阀V6C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS2的顶部连接有均入切换阀V10，均入切换阀V10的另一端连接有均压气总管P7，均压气总管P7的另一端并联有均压切换阀V7A、均压切换阀V7B和均压切换阀V7C，均压切换阀V7A、均压切换阀V7B和均压切换阀V7C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS2的顶部还连接有均出切换阀V11，均出切换阀V11的另一端与均压气总管P7连接。2.根据权利要求1所述的一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统，其特征在于：所述的集束管均压罐VS2包括罐体、设置于罐体内的进出气流分布器和竖向分布的集束管，进出气流分布器设置于罐体顶部且位于集束管进出口端处，所述的集束管内部空间形成有气流通道A；所述的集束管外壁与罐体内壁之间形成有气流通道B；所述的集束管中相邻管道外壁之间形成有气流通道C。3.根据权利要求1所述的一种具有均压罐的真空变压吸附制氧系统，其特征在于：所述的均出切换阀V11为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨炯良，胡学奎，梁勇，李伟，
申请(专利权)人：杨炯良，
类型：发明
国别省市：四川,51