一种真空变压吸附系统技术方案

本发明专利技术提供了一种真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤：吸附步骤；顺向放压步骤；真空解吸步骤和充压步骤；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于１。本发明专利技术可以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压吸附空气分离的
，特别是涉及一种真空变压吸附系统。
技术介绍
真空变压吸附(简称VPSA)系统，即高于大气压的条件下，利用VPSA制氧专用分 子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，在抽真空的条件下对分子筛进行解 吸，从而循环制得纯度较高的氧气(90 95% )。VPSA系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经 吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后进入鼓风机，在鼓风机的输送下进入其中一只吸附器内。吸 附器内装填吸附剂，其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底 部的吸附剂(如活性氧化铝)所吸附。吸附器的上部是沸石分子筛，当空气流经填满的分子 筛固定床时，空气中的氮气分子在吸附作用力下扩散到分子筛固体中，而氧气(包括氩气) 作为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐，以供生产使用。经过一段时间的吸附，分子筛颗粒中充满氮气分子，其中的吸附剂将达到饱和状 态，此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反)。具体为，关闭空气进 口阀，利用吸附器内的富氧空气对刚抽真空的另一吸附器进行均压，等压力降到某一值时 关闭均压阀，同时打开真空泵进口阀对吸附器抽真空，到一定真空度后再利用另一吸附内 的富氧气及氧气缓冲罐中部份产品气对沸石分子筛清洗，从而使吸附剂彻底解吸。吸附剂 解吸过程完成后，已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气， 吸附剂得到再生。然后用产品气对吸附器进行充压，充压至某一压力值后关闭相应阀门，打 开鼓风机出口阀门，对吸附器进行升压。简而言之，即VPSA系统的每个吸附器都在交替执 行以下步骤吸附——解吸——充压，上述三个基本的工艺步骤由PLC和切换阀系统来实 现自动控制。这种现有的VPSA系统具有以下缺点1、由于只有两个吸附器，受吸附器结构尺寸的限制，其最大制氧规模相对较小，只 在5000-6000M7h左右；而如果要将制氧规模扩大到10000M3/h以上，将两套或多套两床 VPSA系统并联使用，必将使得成本大大提高；2、现有的两床VPSA工艺中，鼓风机不连续地向吸附器供气，每个循环周期，鼓风 机排气向大气放空两次，每次持续时间2-4秒。为保证氮氧分离所需加工空气量，鼓风机排 气量需要增大8% -20%。鼓风机排气放空前，鼓风机排气口到控制压缩空气进吸附器的阀 门之间的管道空间中，充满最高压力的压缩空气。随着鼓风机排气放空，压力降到大气压， 造成压缩空气的附加损失；3、公知的是，真空泵能量消耗是VPSA系统能量消耗的主要控制因素。真空解吸所 需真空泵抽速与循环周期时间无直接关系，与吸附时间和真空解吸时间的比值密切相关。 循环周期时间一定，吸附时间短，真空解吸时间长，两者的比值小于1。真空解吸所需真空 抽速小。然而，现有的两床和三床VPSA工艺，吸附时间等于或大于真空解吸时间，如果缩短吸附时间，延长真空解吸时间，单位时间进吸附器的压缩空气量增加，除增大鼓风机排气量 外，吸附器中压缩空气的空塔流速增大。现有的两床或三床VPSA工艺只有一台真空泵对一 个吸附器抽真空，循环周期一定，不能实现缩短吸附时间，延长真空解吸时间，所需的真空 泵抽速仍然较大。因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新地 提出一种真空变压吸附系统及其工艺控制机制，用以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长 真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种真空变压吸附系统，用以扩大制氧规模， 减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成 本。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组 独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端， 各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空 泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤吸附步骤各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附 处理后，输出产品气至产品气罐；顺向放压步骤在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向 与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；真空解吸步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；充压步骤禾U用与当前吸附器出口端相连的另一吸附器的顺向放压气，以及，产品 气罐中的产品气，对当前吸附器进行逆向充压，并在当前吸附器的压力低于大气压时，从大 气中吸入原料空气；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1。优选的，所述顺向放压步骤分两次进行第一次顺向放压为，在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附 器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；第二次顺向放压为，由当前吸附器继续向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向 放压，同时打开连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空。优选的，所述充压步骤分四次进行第一次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第一次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端抽真空；第二次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第二次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端从大气吸入原料空气；第三次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附 器的入口端继续从大气吸入原料空气；第四次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附器的入口端接收与其连接的鼓风机输送的压缩空气。优选的，所述连接有两组鼓风机的吸附器在执行第四次充压步骤和吸附步骤时， 选择当前时间段空闲的鼓风机向当前吸附器输送压缩空气，并在当前鼓风机需要向其它吸 附器输送压缩空气时，切换至其它鼓风机向当前吸附器输送压缩空气。优选的，所述真空解吸步骤中还用于执行清洗子步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空，同时产品气罐中 的产品气流入当前吸附器的出口端，对当前吸附器进行逆向清洗。优选的，所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1是 指，吸附器开始吸进压缩空气到吸附器达到或稳定在预定最高压力的时间，与吸附器开始 抽真空到清洗结束所需时间的比值小于1。优选的，所述吸附器内部装填LiX分子筛和用于脱除空气中水分、二氧化碳和其 它杂质组分的吸附剂，在执行吸附步骤时，空气中的水分、二氧化碳、其它杂质组分及氮气 被所述LiX分子筛和吸附剂所吸附，空气中的氧气被富集，作为产品气流出吸附器，流入产品气(61。优选的，所述顺向放压的气流方向与压缩空气的气流方向相同，经过第一次顺向 放压，当前吸附器的床层压力降低10kPa-30kPa。优选的，所述真空解吸步骤执行完成后，当前吸附器的床层压力降低至预定的最 低压力。优选的，所述吸附器从大气吸入的原料空气量大于装置工艺空气量的15% 30%，所述工艺空气量为吸附器间隙空间损失空气量与氧氮分离所需加工空气量之和。优选的，各组鼓风机至少有一台完整的鼓风机组；各组真空泵至少有一台完整的 机械式真空机组。优选的，所述鼓风机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空变压吸附系统，其特征在于，包括六台吸附器，两组独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤：吸附步骤：各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附处理后，输出产品气至产品气罐；顺向放压步骤：在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；真空解吸步骤：由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；充压步骤：利用与当前吸附器出口端相连的另一吸附器的顺向放压气，以及，产品气罐中的产品气，对当前吸附器进行逆向充压，并在当前吸附器的压力低于大气压时，从大气中吸入原料空气；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世合，姜贺，张佳平，
申请(专利权)人：北京北大先锋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]