使用换向鼓风机的ＶＳＡ气体浓缩器制造技术

本发明专利技术公开了使用换向鼓风机的ＶＳＡ气体浓缩器，其通过真空变压吸附（ＶＳＡ）过程使一种气体（即氧）与气体混合物（即空气）分离。吸附器材料位于床吸附器内。床吸附器具有入口和出口。阀位于出口的下游。泵如鼓风机提供在床吸附器的上游以将气体混合物驱入床吸附器。吸附器材料选择性地从气体混合物吸附不想要的气体（即氮）而留下想要的气体（即氧）通过出口和所述阀。所述泵可逆。当吸附器材料变得饱和时，泵被反转及在所述床吸附器上抽真空。当泵在该反转方向运行时所述阀关闭。在吸附器材料已脱附不想要的气体之后，所述泵再次反转及重复前述周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于优先将一种气体从不同气体的混合物分离出来如从空气中收集 氧气的气体浓縮器和气体分离器。更具体地，本专利技术涉及变压吸附和真空变压吸附(VSA，变 压吸附PSA的一种)型气体分离器。
技术介绍
当气体被组合时，它们在有限空间内几乎总是保持均匀分布。即使无限空间如大 气层也包含均匀的气体混合物。通常希望以纯或实质上纯的形式收集气体。收集这样的气 体的一种方法是将它们从均匀气体混合物分离出来，在该气体混合物中一种想要的气体与 其它气体混合。例如，通常希望通过从空气分离出氧气而使氧气浓縮为实质上纯的形式。 大气层中的空气为大约79%的氮、20%的氧及1%的氩的均匀混合物。根据空气 湿度，空气还不同程度地包括水蒸汽。空气还包括小百分比的二氧化碳及痕量的其它气体 如氢、氦、其它惰性气体及小痕量的气态化合物。 —种已知的从空气分离氧(或从气体混合物分离其它想要的气体)的技术是利用 不同气体冷凝为液体的不同冷凝点。当气体混合物中的气体具有广泛不同的冷凝点时，这 样的"液化"特别有效，尤其在至少一冷凝点接近室温时更是如此。例如，用于冷凝空气中 的水蒸汽的冷凝器有效运行，通常只有很少或没有功率输入口 ，以从空气中去除大部分气 态水(即蒸汽或水蒸汽)。 然而，当将要分离的气体具有类似的冷凝温度或冷凝温度明显低于室温时，为 了有效分离气体，需要大量功率及精心制造的机械。当从空气分离氧时，遭遇这样的困 难。氧和氮具有极为相似的冷凝温度且这些冷凝温度大大低于室温(即，氮的冷凝温度 为-320.5° F，氧为-297.3。 F)。因此，从空气有效分离氧的液化需要大量功率输入口及 精心制造的机械，这使得液化在许多情形下不合乎需要。 广泛用于空气分离的第二种技术是膜技术，其中膜用于分离气体。通常在想要的 气体为氮时使用该方法。该方法也可用于提供氧，但通常仅在氮是想要的气体时使用，因为 使用膜技术产生的氧没有使用其它技术获得的氧纯。在使用膜技术的大多数情况下，空气 的氩成分将与氮在一起，而二氧化碳和水将与氧在一起。 用于从气体混合物分离气体的另一技术是利用某些材料相比于另外的气体优先 吸附某一气体的独特特性。例如，已知道将适当大小的分子筛材料用作吸附剂，其相比于氧 优先吸附氮。当空气通过吸附器材料床时，氮被吸附在吸附器材料的表面上。空气的其余部 分实质上完全是氧。这样的吸附器材料也吸附二氧化碳和水蒸汽。在氩通常不被吸附从而 与氧在一起时，即使来自初始空气气体混合物的氩仍然存在时氧通常也可得以有效利用。 这样的变压吸附系统可分为两种一般类型，包括变压吸附(PSA)和真空变压吸附 (VSA) 。 PSA和VSA之间的主要区别在于吸附器材料被使得对先前吸附的气体分子或化合物 进行脱附以复新吸附器材料时的压力。对于PSA，吸附在高于大气压力的压力下发生，脱附 在更低的压力下发生，通常在或接近大气压力。对于VSA，吸附在或高于大气压力时发生，脱附在低于大气压力下至少部分真空时发生。 已知商用的现有技术VSA系统通常以下述系统为代表，如由康涅狄格州Danbury的Praxair提供的系统、宾夕法尼亚州Allentown的Airproducts及其它公司提供的系统、及美国专利4，661，124中描述的系统。在这些系统中，通常提供一个或多个床吸附器。通常使用两个床吸附器。在两床吸附器系统中，一个床吸附器吸附氮及其它不想要的气体，另一个将处于脱附(复新)处理。当前领域的最简单例子是单床吸附器VSA系统的情形。在这些单床吸附器系统中，鼓风机按一个方向旋转。空气从鼓风机的压力侧馈给床吸附器。当床吸附器上氮饱和时，开启阀以将床吸附器的入口从鼓风机的出口侧改为鼓风机的入口侧。因此，同一鼓风机用处理空气装满床吸附器并产生真空以对床吸附器进行脱附。在每一种变压系统(PSA和VSA)中，通常包括缓冲罐使得可实现持续供应氧。 现有技术VSA系统的一个问题在于它们需要非一般复杂性的阀和管道系统。这些各种各样的零件不仅占用额外的空间，而且还增加了系统的复杂性和重量。它们的复杂性还导致比所需要的更高的功耗。因此希望提供简洁且轻便的VSA系统以使该系统更易于携带从而增强该系统的有用性。
技术实现思路
本专利技术提供了用于从气体混合物分离想要的气体的真空变压吸附(VSA)气体浓縮器。该气体浓縮器在本专利技术的最简单形式中包括单一床吸附器，而不是典型现有技术VSA气体浓縮器系统中的两个或两个以上床吸附器。床吸附器具有与出口间隔开的入口。床吸附器位于与周围环境隔离的外壳内。阀位于床吸附器出口的下游。该阀可通过控制器选择性打开和关闭。泵位于床吸附器入口的上游。该泵形成系统的唯一泵。该泵可逆使得其既可将气体混合物驱入床吸附器入口又可在床吸附器上抽真空以将床吸附器内的吸附器材料所吸附的气体抽出系统。本专利技术的最简单形式使用同一开口用作气体混合物的入口及不想要的所吸附气体的出口。 当本专利技术的VSA气体浓縮器配置成从空气分离氧时，吸附器和床吸附器配置成优先吸附氮、二氧化碳和水以及空气内的其它不想要的污染气体。氧和氩次优先吸附从而当阀打开时通过出口流出吸附器外壳。当床吸附器开始使其中的吸附器在氮及其它所吸附气体方面变饱和时，泵被逆转并被使得在吸附器外壳上抽真空。 在本专利技术的优选形式中，缓冲罐和床吸附器之间的阀在真空周期开始时关闭。当该周期的真空部分结束时，将阀打开短的时间段使得氧可一定程度吹洗吸附器外壳。当在床吸附器上抽出的该部分真空已去除足够数量的所吸附气体时，吸附器材料被复新并准备好再次吸附氮和其它气体，泵再次被逆转并被使得将空气抽入床吸附器。 随着处理继续，周期继续通过系统传送氧或其它首选气体。这些首选气体最好提供给缓冲罐，该缓冲罐可储存这些首选气体以供随后使用。缓冲罐也可能用于在泵逆转气流从而进入脱附模式之后不久馈送回少量首选气体以吹洗吸附器外壳。 专利技术目标 因此，本专利技术的主要目标在于提供通过优先吸附气体混合物内的至少一不想要的气体而从气体混合物浓縮至少一气体的系统。 本专利技术的另一目标在于提供气体分离器，该气体分离器可通过优先吸附至少一气5体而使不同的气体相互分离。 本专利技术的另一目标在于提供通过使用吸附器材料而将一种气体至少部分与气体 混合物内的另一气体分离的方法，吸附器材料相比于气体混合物内的其它气体优先吸附一 种气体。 本专利技术的另一目标在于提供形式简洁、轻便的气体分离器。 本专利技术的另一目标在于提供属于简单操作、简单构造且仅具有小量部件的气体分尚為o 本专利技术的另一目标在于提供用于通过从空气分离氧而按需传送氧的系统。 本专利技术的另一目标在于提供真空变压吸附系统，该系统使用单一床吸附器和单一泵以简化VSA系统。 本专利技术的另一目标在于使用分子筛真空变压吸附处理分离气体，所述处理使用反 转压气机/鼓风机。 本专利技术的其它目标通过仔细阅读所包括的附图、权利要求书及本专利技术的详细描述 可明显看出。附图说明 图1是根据本专利技术优选实施例的本专利技术系统的示意图，其示出了当运行时空气流 入系统及氧和氮流出系统。具体实施例方式参考附图，其中在所有不同附图中同样的附图标记表示同样的部件，在本专利技术的 优选实施例中，附图标记10(图1)指配置成从空气分离/浓縮氧的氧分离器。在该实施例 中本专利技术被示为配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体浓缩器，包括：吸附器外壳；位于所述吸附器外壳内的吸附器；所述吸附器适于相比于想要的气体优先吸附不想要的气体；所述吸附器外壳具有与出口间隔开的入口；位于所述出口下游的阀；所述阀适于打开和关闭；位于所述入口上游的泵；及所述泵适于在将气体推入所述吸附器外壳和从所述吸附器外壳抽出气体之间逆转。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T纳海里，
申请(专利权)人：太平洋联合工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]