多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法，氧气提纯系统通过富氧气高压缓冲罐T6、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4连接初步分离富氧系统，并通过高纯氧提速管道和干燥净化尾气回收管路连接气体干燥净化系统，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统、压缩机CP1连接空气入口缓冲罐T1，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料组分，提高提纯氧气效率。采用本发明专利技术多重尾气回收、气体压缩功回收、多步均压及流量控制技术可实现低能耗同时制取高品质氮气和氧气，同时有效缩短了开机时间。

【技术实现步骤摘要】
多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法
本专利技术涉及一种空气分离机械设备，更具体地，涉及一种基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的设备和方法。
技术介绍
变压吸附空分技术主要依靠吸附剂在不同压力下对空气中各组分气体的吸附容量不同来达到将各组分气体分离的目的。变压吸附采用洁净空气为原料，其能源消耗基本来源于压缩机功率消耗，制取成本基本来源于能源消耗费用，如何有效提高单位压缩总功的产气能力，是技术研发的核心方向，对于常规变压吸附空气分离制氮制氧设备而言，降低设备的空氮/氧比（或称提高氮/氧气的回收率）主要从吸附剂的选择出发，不同吸附剂在空氮/氧比的表现差异很大；其次从工艺流程调整出发，不同流程在不同气体品质要求下表现也有明显差异；之外还可以从吸附塔结构、气体分布等细节进行优化。但对于气体压缩功的回收利用及原料空气的组分调整均未见提及，气体压缩功的回收利用能降低单位压缩总功，原料空气的组分调整，对于变压吸附制氧可明显提升产气效率，特别对于氩气比例的调整，将有利于设备减少获得高品质氧气的难度。相对于传统深冷空分而言，变压吸附空气分离不能同时获得高品质的氮气和氧气是限制其发展的一个重要因素，其中通过变压吸附空气分离制氧一般无法将氧气与氩气进行有效分离，故常规变压吸附制氧设备制取出来的氧气浓度不超过96.0%，专利公开号CN201410053554.8及CN201710160677.5均各自介绍了一种通过多步获得高纯度氧气的方法，但氮气没有得到回收及提纯，仍都是一种单一的变压吸附空气分离制气方式。同时随着其介绍的二级提纯的循环压缩机的加入，其功率总功大幅增加，致使单位制氧成本居高不下，此循环压缩机因为是对90%以上高纯度氧气进行抽负压循环压缩，空压缩对密封的要求很高，否则系统将很难获得99.5%以上纯度的产品氧气，这些都使得设备总体成本很高，在产品气品质上，两者提纯阶段均采用对气体组分中的强吸附剂进行抽负压，使得产品气中的水分、碳氧化合物、碳氢化合物的含量不可控，对高纯氧产品的品质存在疑惑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法的不足，提供一种可同时获得高品质氮气和氧气、压缩总功低、开机时间短的变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备，包括空气过滤器、空气入口电磁阀SV、空气入口缓冲罐T1、压缩机CP1、压缩空气净化系统、气体干燥净化系统、富氧提纯尾气回收罐T2、干燥后缓冲罐T3、高纯氧提速管道、电磁阀SV2、初步分离富氧系统、氮气提纯系统、氧气缓冲系统、氧气提纯系统、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4、富氧气高压缓冲罐T6、富氧气压缩机CP2、富氧提纯尾气回收管路、干燥净化尾气回收管路，所述氧气提纯系统通过富氧气高压缓冲罐T6、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4连接初步分离富氧系统，并通过高纯氧提速管道和干燥净化尾气回收管路连接气体干燥净化系统，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统、压缩机CP1连接空气入口缓冲罐T1，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气、氮气、氩气组分，提高氧气提纯系统的提纯氧气效率；所述初步分离富氧系统连接氮气提纯系统，使富氧出口端的普通氮气作为氮气提纯系统的气源，缩短高品质氮气的提纯时间；所述初步分离富氧系统通过干燥后缓冲罐T3和高纯氧提速管道连接气体干燥净化系统，所述富氧气低压缓冲罐T4与富氧气高压缓冲罐T6之间连接富氧气压缩机CP2，通过初步分离富氧系统的压力回收及富氧气压缩机CP2增压，使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率提高；所述气体干燥净化系统与干燥净化尾气回收管路之间连接有富氧提纯尾气回收罐T2，通过富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气和零辅助再生功耗。所述气体干燥净化系统包括吸附干燥塔A、吸附干燥塔B，吸附干燥塔A的入口通过进气管路分别与压缩空气管路、排空管路连接，吸附干燥塔A的出口通过出气管路分别与干燥气管路、再生置换管路连接，吸附干燥塔B的入口通过进气管路分别与压缩空气管路、排空管路连接，吸附干燥塔B出口通过出气管路分别与干燥气管路、再生置换管路连接，在压缩空气管路、排空管路、出气管路、干燥气管路、再生置换管路上设置可通断阀门，吸附干燥塔A和吸附干燥塔B出口各支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，排空管路上设置调节流量的孔板废气排空和连接干燥净化尾气回收管路的通断阀门，再生管路上设置与富氧提纯尾气回收罐T2的连接通断阀门，干燥气管路与高纯氧提速管道连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。所述初步分离富氧系统包括吸附分离塔C、吸附分离塔D，吸附分离塔C和吸附分离塔D的入口分别通过进气管路与干燥原料气管路、排空管路、入口均压管路连接，出口分别通过出气管路与普氮气管路、出口均压管路连接，在进气管路、干燥原料气管路、排空管路、入口均压管路、出气管路、普氮气管路、出口均压管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔C和吸附分离塔D出口普氮气管道支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，干燥原料气管路与干燥后缓冲罐T3连接上设置调节流量的节流阀，排空管路的第一出口与富氧气中压缓冲罐T5通过通断阀门连接，之后再与氧气提纯系统的中压富氧气管路连接，排空管路第二出口与富氧气低压缓冲罐T4通过通断阀门连接，之后与富氧气压缩机CP2、富氧气高压缓冲罐T6、氧气提纯系统的高压富氧气管路32连接，并设置调节流量的孔板或者节流阀。所述氧气提纯系统包括吸附分离塔E、吸附分离塔F，吸附分离塔E和吸附分离塔F的入口分别通过进气管路与高压富氧气管路、中压富氧气管路、富氧提纯尾气回收管路连接，出口分别通过出气管路与高纯氧气管路连接，所述吸附分离塔E的出口通过E出F入均压管路与吸附分离塔F的入口连接，所述吸附分离塔F的出口通过F出E入均压管路与吸附分离塔E的入口连接，在进气管路、高压富氧气管路、中压富氧气管路、富氧提纯尾气回收管路、出气管路、高纯氧气管路、E出F入均压管路、F出E入均压管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔F的出口与吸附分离塔E的出口设置通断阀门和可调节流量的孔板或者节流阀，富氧提纯尾气回收管路上设置连接干燥净化尾气回收管路的通断阀门和连接富氧提纯尾气回收罐T2的通断阀门，高压富氧气管路与富氧气高压缓冲罐T6连接上设置调节流量的孔板或者节流阀，中压富氧气管路与富氧气中压缓冲罐T5连接，高纯氧气管路第一出口与氧气缓冲系统连接，第二出口通过单向的电磁阀SV2与高纯氧提速管道连接。所述空气入口缓冲罐T1设置在气体干燥净化系统上游，第一入口与空气入口管路连接，空气入口管路设置空气入口电磁阀SV1，第二入口与干燥净化尾气回收管路连接，出口与压缩机CP1管路连接；所述富氧提纯尾气回收罐T2及干燥后缓冲罐T3设置在气体干燥净化系统下游，富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4及富氧气高压缓冲罐T6设置在初步分离富氧系统下游；所述富氧气压缩机CP2设置在初步分离富氧系统下游，入口端接富氧气低压缓冲罐T4管路连接，出口端接富氧气高压缓冲罐T6；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备，包括空气过滤器（1）、空气入口电磁阀SV1（2）、空气入口缓冲罐T1（3）、压缩机CP1（4）、压缩空气净化系统（5）、气体干燥净化系统（52）、富氧提纯尾气回收罐T2（46）、干燥后缓冲罐T3（45）、高纯氧提速管道（12）、电磁阀SV2（13）、初步分离富氧系统（44）、氮气提纯系统（20）、氧气缓冲系统（21）、氧气提纯系统（29）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）、富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气压缩机CP2（37）、富氧提纯尾气回收管路（31）、干燥净化尾气回收管路（48），其特征在于：所述氧气提纯系统（29）通过富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）连接初步分离富氧系统（44），并通过高纯氧提速管道（12）和干燥净化尾气回收管路（48）连接气体干燥净化系统（52），将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统（5）、压缩机CP1（4）连接空气入口缓冲罐T1（3），通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气、氮气、氩气组分，提高氧气提纯系统的提纯氧气效率；所述初步分离富氧系统（44）连接氮气提纯系统（20），使富氧出口端的普通氮气作为氮气提纯系统的气源，缩短高品质氮气的提纯时间；所述初步分离富氧系统（44）通过干燥后缓冲罐T3（45）和高纯氧提速管道（12）连接气体干燥净化系统（52），所述富氧气低压缓冲罐T4（38）与富氧气高压缓冲罐T6（35）之间连接富氧气压缩机CP2（37），通过初步分离富氧系统的压力回收及富氧气压缩机CP2（37）增压，使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率提高；所述气体干燥净化系统（52）与干燥净化尾气回收管路（48）之间连接有富氧提纯尾气回收罐T2（46），通过富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气和零辅助再生功耗。...

【技术特征摘要】
1.一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备，包括空气过滤器（1）、空气入口电磁阀SV1（2）、空气入口缓冲罐T1（3）、压缩机CP1（4）、压缩空气净化系统（5）、气体干燥净化系统（52）、富氧提纯尾气回收罐T2（46）、干燥后缓冲罐T3（45）、高纯氧提速管道（12）、电磁阀SV2（13）、初步分离富氧系统（44）、氮气提纯系统（20）、氧气缓冲系统（21）、氧气提纯系统（29）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）、富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气压缩机CP2（37）、富氧提纯尾气回收管路（31）、干燥净化尾气回收管路（48），其特征在于：所述氧气提纯系统（29）通过富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）连接初步分离富氧系统（44），并通过高纯氧提速管道（12）和干燥净化尾气回收管路（48）连接气体干燥净化系统（52），将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统（5）、压缩机CP1（4）连接空气入口缓冲罐T1（3），通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气、氮气、氩气组分，提高氧气提纯系统的提纯氧气效率；所述初步分离富氧系统（44）连接氮气提纯系统（20），使富氧出口端的普通氮气作为氮气提纯系统的气源，缩短高品质氮气的提纯时间；所述初步分离富氧系统（44）通过干燥后缓冲罐T3（45）和高纯氧提速管道（12）连接气体干燥净化系统（52），所述富氧气低压缓冲罐T4（38）与富氧气高压缓冲罐T6（35）之间连接富氧气压缩机CP2（37），通过初步分离富氧系统的压力回收及富氧气压缩机CP2（37）增压，使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率提高；所述气体干燥净化系统（52）与干燥净化尾气回收管路（48）之间连接有富氧提纯尾气回收罐T2（46），通过富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气和零辅助再生功耗。2.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述气体干燥净化系统（52）包括吸附干燥塔A（6）、吸附干燥塔B（11），吸附干燥塔A（6）的入口通过进气管路（51）分别与压缩空气管路（50）、排空管路（49）连接，吸附干燥塔A（6）的出口通过出气管路（7）分别与干燥气管路（8）、再生置换管路（10）连接，吸附干燥塔B（11）的入口通过进气管路（47）分别与压缩空气管路（50）、排空管路（49）连接，吸附干燥塔B（11）出口通过出气管路（9）分别与干燥气管路（8）、再生置换管路（10）连接，在压缩空气管路（50）、排空管路（49）、出气管路（7）、干燥气管路（8）、再生置换管路（10）上设置可通断阀门，吸附干燥塔A（6）和吸附干燥塔B（11）出口各支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，排空管路（49）上设置调节流量的孔板废气排空和连接干燥净化尾气回收管路（48）的通断阀门，再生管路（10）上设置与富氧提纯尾气回收罐T2（46）的连接通断阀门，干燥气管路（8）与高纯氧提速管道（12）连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。3.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述初步分离富氧系统（44）包括吸附分离塔C（14）、吸附分离塔D（19），吸附分离塔C（14）和吸附分离塔D（19）的入口分别通过进气管路与干燥原料气管路（41）、排空管路（39）、入口均压管路（42）连接，出口分别通过出气管路与普氮气管路（17）、出口均压管路（16）连接，在进气管路、干燥原料气管路（41）、排空管路（39）、入口均压管路（42）、出气管路（15）、普氮气管路（17）、出口均压管路（16）上设置有可通断阀门，吸附分离塔C（14）和吸附分离塔D（19）出口普氮气管道支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，干燥原料气管路（41）与干燥后缓冲罐T3（45）连接上设置调节流量的节流阀，排空管路（39）的第一出口与富氧气中压缓冲罐T5（36）通过通断阀门连接，之后再与氧气提纯系统（29）的中压富氧气管路（34）连接，排空管路（39）第二出口与富氧气低压缓冲罐T4（38）通过通断阀门连接，之后与富氧气压缩机CP2（37）、富氧气高压缓冲罐T6（35）、氧气提纯系统（29）的高压富氧气管路（32）连接，并设置调节流量的孔板或者节流阀。4.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述氧气提纯系统（29）包括吸附分离塔E（22）、吸附分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺明星，豆斌林，阮晨杰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31