一种带负压补气功能的低能耗制氧设备及其制氧工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种带负压补气功能的低能耗制氧设备，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和氧气缓冲罐，第一吸附塔包括塔体，塔体顶部通过螺栓固定安装端盖，塔体底部中间设有进气口，端盖中间设有出气口，塔体内部下方内壁固定安装第一分流板，第一分流板上方的塔体内壁可拆卸安装分子筛床，分子筛床填充活性氧化铝和锂分子筛，分子筛床上方的塔体内壁可拆卸安装第二分流板，第二吸附塔及第三吸附塔与第一吸附塔的结构相同。本发明专利技术降低了VPSA制氧装置的能耗和装置成本，提高氧气输出的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种带负压补气功能的低能耗制氧设备及其制氧工艺


[0001]本专利技术涉及VPSA制氧
，具体涉及一种带负压补气功能的低能耗制氧设备及其制氧工艺。

技术介绍

[0002]目前，变压吸附空气分离制富氧的主要工艺包括PSA工艺和VPSA工艺。PSA工艺主要采用加压吸附、常压解吸，其基本流程为：加压吸附，均压降压，顺放，逆放，冲洗，均压升压，产品气升压。VPSA工艺主要采用常压吸附、真空解吸，其基本流程为：常压吸附，均压降压，抽真空，均压升压，产品气升压。PSA工艺吸附压力较高(0.2～0.6kPa)投资小、设备简单，但能耗高，只适用于小规模制氧领域。VPSA工艺设备相对复杂，但氧收率高，适用于较大规模制氧领域。
[0003]传统VPSA制氧工艺在吸附塔终升阶段会消耗大量的氧气进行终升，产品氧气压力波动较大，需要消耗更多的压缩空气，增加了能耗；同时，现有的VPSA制氧工艺中多采用13X型沸石分子筛或由13X型沸石分子筛改性得到的锂型分子筛，锂型分子筛相较13X型沸石分子筛具有更高的吸附容量，但是锂型分子筛的热稳定性较差，通常需要在VPSA制氧设备中加入温度调节系统，以控制吸附塔的进气温度，进一步增加了能耗。因此，现有的VPSA制氧工艺的依然存在能耗较高的问题，亟需一种低能耗的制氧设备及制氧工艺以达到节能环保的目的。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提供了一种带负压补气功能的低能耗制氧设备及其制氧工艺，降低了VPSA制氧装置的能耗和装置成本，提高氧气输出的稳定性。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种带负压补气功能的低能耗制氧设备，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和氧气缓冲罐，第一吸附塔包括塔体，塔体顶部通过螺栓固定安装端盖，塔体底部中间设有进气口，端盖中间设有出气口，塔体内部下方内壁固定安装第一分流板，第一分流板与塔体底部之间形成充气区，第一分流板上方的塔体内壁可拆卸安装分子筛床，分子筛床下方内壁固定安装不锈钢隔网，不锈钢隔网下方的分子筛床内填充活性氧化铝，不锈钢隔网上方的分子筛床内壁交错固定安装有半圆形的挡板，不锈钢隔网上方内填充锂分子筛，分子筛床上方的塔体内壁可拆卸安装第二分流板，第二分流板与端盖之间形成富集区，第二吸附塔及第三吸附塔与第一吸附塔的结构相同，氧气缓冲罐侧壁上端设有进气口和回气口，氧气缓冲罐侧壁下端设有出气口。
[0006]优选地，第一吸附塔底部进气口通过三通管分别与第一进气阀、第一吸排气阀及第一抽真空阀相连，第一吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第一出气阀、第一均压阀及第一终充阀相连，出气口处还安装有第一压力变送器和第一压力表；
第二吸附塔底部进气口通过三通管分别与第二进气阀、第二吸排气阀及第二抽真空阀相连，第二吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第二出气阀、第二均压阀及第二终充阀相连，出气口处还安装有第二压力变送器和第二压力表；第三吸附塔底部进气口通过三通管分别与第三进气阀、第三吸排气阀及第三抽真空阀相连，第三吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第三出气阀、第三均压阀及第三终充阀相连，出气口处还安装有第三压力变送器和第三压力表。
[0007]优选地，第一进气阀、第二进气阀和第三进气阀通过管道与鼓风机的输出端相连；第一出气阀、第二出气阀和第三出气阀通过管道与氧气缓冲罐的进气口相连；第一均压阀通过管道与第二吸附塔的出气口相连，第二均压阀通过管道与第三吸附塔的出气口相连，第三均压阀通过管道与第一吸附塔的出气口相连；第一吸排气阀、第二吸排气阀和第三吸排气阀通过管道与外界大气直接相通；第一抽真空阀、第二抽真空阀和第三抽真空阀通过管道与真空泵的输出端相连；第一终充阀、第二终充阀和第三终充阀通过管道与氧气缓冲罐的回气口相连。
[0008]优选地，锂分子筛为改性LiCoX分子筛，改性LiCoX分子筛的比表面积为500~550m2/g，改性LiCoX分子筛的平均孔径为0.9~1.2nm，改性LiCoX分子筛中锂离子交换率为60~70%、钴离子交换率为25~35%；优选地，改性LiCoX分子筛的制备方法包括以下步骤：S1、将五水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾溶解于去离子水中得到混合溶液，将混合溶液搅拌加热至40~50℃，再将铝酸钠溶解于去离子水中形成铝酸钠溶液，缓慢将铝酸钠溶液加入到混合溶液中搅拌均匀，加入13X型沸石分子筛粉末，先在40~50℃下搅拌3~5h，再加热至85~95℃搅拌1h，然后保温静置3~5h，过滤、去离子水洗涤3~5次后烘干，将得到分子筛粉末放入高温炉管中，在氮气氛围中以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到活化分子筛粉末；S2、将氯化钠溶解于去离子水中，得到浓度为0.5~1mol/L的氯化钠溶液，然后将步骤S1制备的活化分子筛粉末加入上述氯化钠溶液中，加热至85~95℃下搅拌交换3~5h，重复2~4次，交换完成后过滤、洗涤、烘干，将得到分子筛粉末放入高温炉管中，在氮气氛围中以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到Na离子交换率95%以上的钠化分子筛粉末；S3、将氯化锂溶解于去离子水中，得到浓度为1~2mol/L的氯化锂溶液，然后将步骤S2制备的钠化分子筛粉末加入上述氯化锂溶液中，置于100~300kPa压力容器中，加热至110~120℃搅拌交换3~5h，重复2~4次，交换完成后过滤、洗涤、烘干，将得到分子筛粉末放入高温炉管中，在氮气氛围中以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到锂离子交换率95%以上的锂型分子筛粉末LiX；S4、将硝酸钴溶解于去离子水中，得到0.05~0.1mol/L的硝酸钴溶液，然后将步骤S3制备的锂型分子筛粉末LiX加入上述溶液中，加热至55~65℃搅拌交换1~3h，交换完成后过滤、洗涤、烘干，将得到的分子筛粉末与粘合剂按质量比18~20:1混合，再加入分子筛粉末与粘合剂总质量2~4%的去离子水搅拌均匀，成型造粒后干燥的到分子筛颗粒，最后将分子筛颗粒放入高温炉管中，以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到改性LiCoX分子筛。
[0009]一种基于上述带负压补气功能的低能耗制氧设备的制氧工艺，包括以下步骤：（1）充气吸附：打开第一进气阀和第一出气阀，通过鼓风机向第一吸附塔中充入空气，空气经过第一吸附塔内的分子筛床时氮气被锂分子筛吸附，氧气在第一吸附塔顶部富集区，由顶部的出气口排出含氧量≥90%的富氧进入氧气缓冲罐中；（2）均压降压：待第一吸附塔内的分子筛床接近吸附饱和时，关闭第一进气阀和第一出气阀，然后打开第一均压阀，使第一吸附塔和第二吸附塔连通，待第一吸附塔和第二吸附塔内部气压平衡后关闭第一均压阀；（3）降压排气：打开第一吸排气阀，第一吸附塔内的尾气通过第一吸排气阀排出，待第一吸附塔与外界大气达到压力平衡后关闭第一吸排气阀；（4）真空解吸：打开第一抽真空阀，通过真空泵对第一吸附塔抽真空，分子筛床吸附的氮气被抽出，使锂分子筛在负压状态下进行初步解吸再生；（5）均压升压：打开第一均压阀，此时第二吸附塔处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带负压补气功能的低能耗制氧设备，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和氧气缓冲罐，其特征在于，所述第一吸附塔包括塔体，塔体顶部通过螺栓固定安装端盖，塔体底部中间设有进气口，端盖中间设有出气口，塔体内部下方内壁固定安装第一分流板，第一分流板与塔体底部之间形成充气区，第一分流板上方的塔体内壁可拆卸安装分子筛床，分子筛床下方内壁固定安装不锈钢隔网，不锈钢隔网下方的分子筛床内填充活性氧化铝，不锈钢隔网上方的分子筛床内壁交错固定安装有半圆形的挡板，不锈钢隔网上方内填充锂分子筛，分子筛床上方的塔体内壁可拆卸安装第二分流板，第二分流板与端盖之间形成富集区，第二吸附塔及第三吸附塔与第一吸附塔的结构相同，氧气缓冲罐侧壁上端设有进气口和回气口，氧气缓冲罐侧壁下端设有出气口。2.根据权利要求1所述的带负压补气功能的低能耗制氧设备，其特征在于，所述第一吸附塔底部进气口通过三通管分别与第一进气阀、第一吸排气阀及第一抽真空阀相连，第一吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第一出气阀、第一均压阀及第一终充阀相连，出气口处还安装有第一压力变送器和第一压力表；所述第二吸附塔底部进气口通过三通管分别与第二进气阀、第二吸排气阀及第二抽真空阀相连，第二吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第二出气阀、第二均压阀及第二终充阀相连，出气口处还安装有第二压力变送器和第二压力表；所述第三吸附塔底部进气口通过三通管分别与第三进气阀、第三吸排气阀及第三抽真空阀相连，第三吸附塔顶部出气口通过三通管分别与第三出气阀、第三均压阀及第三终充阀相连，出气口处还安装有第三压力变送器和第三压力表。3.根据权利要求2所述的带负压补气功能的低能耗制氧设备，其特征在于，所述第一进气阀、第二进气阀和第三进气阀通过管道与鼓风机的输出端相连；所述第一出气阀、第二出气阀和第三出气阀通过管道与氧气缓冲罐的进气口相连；所述第一均压阀通过管道与第二吸附塔的出气口相连，第二均压阀通过管道与第三吸附塔的出气口相连，第三均压阀通过管道与第一吸附塔的出气口相连；所述第一吸排气阀、第二吸排气阀和第三吸排气阀通过管道与外界大气直接相通；所述第一抽真空阀、第二抽真空阀和第三抽真空阀通过管道与真空泵的输出端相连；所述第一终充阀、第二终充阀和第三终充阀通过管道与氧气缓冲罐的回气口相连。4.根据权利要求1所述的带负压补气功能的低能耗制氧设备，其特征在于，所述锂分子筛为改性LiCoX分子筛，改性LiCoX分子筛的比表面积为500~550m2/g，改性LiCoX分子筛的平均孔径为0.9~1.2nm，改性LiCoX分子筛中锂离子交换率为60~70%、钴离子交换率为25~35%。5.根据权利要求4所述的带负压补气功能的低能耗制氧设备，其特征在于，所述改性LiCoX分子筛的制备方法包括以下步骤：S1、将五水硅酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾溶解于去离子水中得到混合溶液，将混合溶液搅拌加热至40~50℃，再将铝酸钠溶解于去离子水中形成铝酸钠溶液，缓慢将铝酸钠溶液加入到混合溶液中搅拌均匀，加入13X型沸石分子筛粉末，先在40~50℃下搅拌3~5h，再加热至85~95℃搅拌1h，然后保温静置3~5h，过滤、去离子水洗涤3~5次后烘干，将得到分子筛粉末放入高温炉管中，在氮气氛围中以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到活化分子筛粉末；
S2、将氯化钠溶解于去离子水中，得到浓度为0.5~1mol/L的氯化钠溶液，然后将步骤S1制备的活化分子筛粉末加入上述氯化钠溶液中，加热至85~95℃下搅拌交换3~5h，重复2~4次，交换完成后过滤、洗涤、烘干，将得到分子筛粉末放入高温炉管中，在氮气氛围中以1~3℃/min的速率升温至400~500℃活化3~5h，得到Na离子交换率95%以上的钠化分子筛粉末；S3、将氯化锂溶解于去离子水中，得到浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：程小华，贾凤安，罗清汕，饶征宙，俞委静，何峰，许功新，章琦君，刘艳风，
申请(专利权)人：杭州普菲科空分设备有限公司，
类型：发明
国别省市：