一种具有产品气过渡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产品气过渡罐的真空变压吸附制氧系统，本发明专利技术对应于每个吸附塔设置相应的产品气过渡罐，吸附塔每次吸附产氧过程产出的产品气顺次经过产品气过渡罐后进入产品气缓冲罐，产品气前段高氧浓部分进入产品气缓冲罐作为制氧系统产品气，后段低氧浓部分在产品气过渡罐内按照其产出的氧气浓度梯度暂存，相应吸附塔转入抽真空冲洗再生和产品气升压时，该部分暂存的低氧浓产品气回流吸附塔作为冲洗再生气和产品气升压气使用。它还公开了制氧方法。本发明专利技术效果：提高吸附剂使用效率、提高系统氧气回收率、节约系统能耗，降低系统成本。

Vacuum pressure swing adsorption oxygen generation system with product gas transition tank and its oxygen producing method

The invention discloses a vacuum pressure swing adsorption system with a gas tank product transition, the invention corresponding to each adsorption tower set corresponding product transition gas tank, each product gas adsorption tower adsorption oxygen producing process in output after the product gas transition tank after entering the product gas buffer tank, a high concentration of oxygen gas products part of products into the gas buffer tank as oxygen system of product gas, after the period of low oxygen concentration in product gas tank part of the transition in the oxygen concentration gradient of the output buffer, the corresponding adsorption tower into the vacuum regeneration and product gas booster, the low oxygen concentration of product gas reflux adsorption tower as temporary flushing again angry and products the use of air lift compressor. It also discloses oxygen making methods. The invention improves the use efficiency of the adsorbent, increases the oxygen recovery rate of the system, saves the energy consumption of the system, and reduces the cost of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种具有产品气过渡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，特别是一种具有产品气过渡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。在吸附塔内吸附剂逐渐达到吸附饱和时，吸附塔处于最高吸附压力状态，吸附塔内压力通常处于120~160kpa.A之间，而吸附塔内氧气浓度梯度为：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）。为了提高吸附效率和增加系统产氧能力，均将吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，经切换阀均入系统内处于抽真空末期的另一个吸附塔进行回收，顺向降低吸附塔压力，此过程为均出降压过程。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。在吸附塔抽真空末期，系统内处于吸附末端的另一个吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，经切换阀均入该吸附塔，回收该部分均压气，并用该部分均压气置换出吸附塔下部的低氧浓废气，此过程为均入回收过程。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对吸附塔进行产品气升压，当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：吸附产氧过程，从原料鼓风机对吸附塔开始供风至吸附塔内的吸附剂吸附饱和结束，整个吸附产氧过程鼓风机从吸附塔塔底连续对吸附塔送入加压后的原料空气。连续进入吸附塔的原料空气中的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）被吸附塔内的吸附剂逐次吸附，并从吸附剂的底层到顶层逐渐累积直至吸附饱和，连续进入吸附塔的原料空气中的氧气（O2）从吸附塔塔顶流出成为产品气，直接进入产品气缓冲罐，在产品气缓冲罐内缓冲贮存后作为真空变压吸附制氧系统生产的最终产品气提供给后续用户使用。由于整个吸附过程吸附塔内吸附剂为一个逐渐吸附累积直至吸附饱和的过程，因此流出吸附塔的产品气的氧浓度呈从高到低逐渐降低的过程，该过程的产品气氧浓度范围通常由整个真空变压吸附制氧系统输出的最终产品气氧浓度决定，即吸附产氧初期的高氧浓度产品气与吸附产氧末期吸附剂接近饱和时的低氧浓度产品气，在产品气缓冲罐内缓冲贮存时混合得到平均氧浓度的产品气，该混合后的平均氧浓度产品气成为整个真空变压吸附制氧系统生产的最终产品气，降低了最终产品气氧浓度。真空冲洗再生过程，为了强化吸附剂再生，该过程使用了少量产品气缓冲罐内贮存的最终产品气作为冲洗气从吸附塔塔顶回流吸附塔内。该部分冲洗气在冲洗吸附剂后被真空泵全部抽走排至大气，浪费了高氧浓度产品气，降低了氧气回收率。产品气升压过程，同样该过程使用了产品气缓冲罐内贮存的最终产品气作为产品气升压气从吸附塔塔顶回流吸附塔内，该部分产品气升压气虽然不会被浪费，但在吸附塔内呈平均氧浓分布，不利于吸附操作，吸附效率不能充分发挥，降低了氧气回收率。在现有的真空变压吸附制氧系统中，其均出降压过程，会使处于吸附末端的吸附塔底部气体分布器占有的空置体积和相应管道占有的空置体积内存储的高压原料空气在该吸附塔顶部均出均压气时，进入该吸附塔的吸附床层，而此时该吸附床层正处于降压过程，进入该吸附床层的原料空气中的水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2），不会被吸附床层中的吸附剂所吸附，成为无效气体驻留该吸附塔内，其压力能量被浪费，待该吸附塔转入抽真空状态时，该部分气体会在真空状态下扩大体积后被真空泵抽走。不但增加了制氧系统真空泵的能量消耗，还对吸附床层中的吸附剂造成污染。在现有的真空变压吸附制氧系统中，吸附塔经均入回收过程后，吸附塔压力仍然低于环境大气压力，在转入吸附产氧过程前，只能用产品气对其进行升压，其真空能量未能得到有效利用，增加了系统能耗。在现有的真空变压吸附制氧系统中，由于存在均出降压和均入回收过程，必然使原料空气鼓风机在一个吸附再生循环过程中，存在两次通过鼓风机放空切换阀进行放空，不但降低了原料空气鼓风机的运行平稳性，还增加了制氧系统的能量消耗，产生了放空噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种根据吸附产氧过程产品气氧浓度变化特点，改善利用方法，实现减少产品氧气损失、提高吸附剂利用率和系统氧气回收率；利用吸附塔吸附过程中的部分压力和真空能量，使吸附塔底部自行放空和自吸大气，降低鼓风机和真空泵负荷、降低系统能源消耗，并实现鼓风机连续供风的一种具有产品气过渡罐的真空变压吸附制氧系统及其制氧方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种具有产品气过渡罐的真空变压吸附制氧系统，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和用于保持产品气进出一维流动的产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C；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V1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有产品气过渡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和用于保持产品气进出一维流动的产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C；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、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、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、吸附塔C的底部连接；所述的产品缓冲罐VS1的入口端连接有产品气总阀V8，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过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C，产品气过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C的另一端分别与产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的出口相连，产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的进口分别连接有产品气切换阀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、吸附塔C的顶部连接；所述吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的顶部分别连接有均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C，均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C的另一端相互连通。...

【技术特征摘要】
2017.07.25 CN 20171061427431.一种具有产品气过渡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和用于保持产品气进出一维流动的产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C；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、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、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、吸附塔C的底部连接；所述的产品缓冲罐VS1的入口端连接有产品气总阀V8，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过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C，产品气过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C的另一端分别与产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的出口相连，产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的进口分别连接有产品气切换阀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、吸附塔C的顶部连接；所述吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的顶部分别连接有均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C，均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C的另一端相互连通。2.根据权利要求1所述的一种具有产品气过渡罐的真空变压吸附制氧系统，其特征在于：产品气过渡罐包括罐体、设置于罐体内的气流分布器A、气流分布器B和竖向分布的集束管，气流分布器A设置于产品气过渡罐入口和集束管之间，气流分布器B设置于产品气过渡罐出口和集束管之间，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1~2中任意一项所述的具有产品气过渡罐的真空变压吸附制氧系统的制氧方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、鼓风机AC对吸附塔A进原料空气，吸附塔A出产品气：开启进气切换阀V2A、产品气切换阀V5A、产品气过渡切换阀V7A和产品气总阀V8，关闭自吸切换阀V1A、放空切换阀V3A、真空切换阀V4A、均压切换阀V6A，...

【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