本发明专利技术涉及一种通过向吸附剂上附加压力差生产浓缩气体的方法及其装置，尤其是一种不注重于产物气体的浓度而主要考虑生产量，在各步连续生产而得到大量的浓缩气体的方法及其装置。本发明专利技术涉及将真空变压吸附（ＶＳＡ）方法与变压吸附（ＰＳＡ）方法结合，特别是在减压阶段也继续生产所需产品而提高产品的回收率和生产力的快速变压吸附（ＲＰＳＡ）方法及其装置。本发明专利技术的装置用于小型机器上比工业应用更有优势，尤其适用于小型氧气浓缩机，它可以用于家电产品、空调机和净水器，以及医疗产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生产增加特定气体浓度的浓缩气体的方法及其装置，该方法包括通过向对特定气体具有选择性吸附能力的吸附剂上附加压力差从原料气体混合物分离特定气体。2.
技术介绍
使用吸附剂增加特定气体浓度的浓缩方法一般分为在气体分离膜上附加压力后利用气体经过速度之差的方法和利用沸石分子筛(ZMS)或碳分子筛(CMS)的PSA(变压吸附法)方法，在变压吸附法中对装有分子筛材料的容器施加压力差后，特定成分的气体被吸附剂吸附同时相对吸附性弱的成分被分离。变压吸附法被Skarstrom介绍后已经广泛应用于各种领域。PSA方式通常在常压(大气压)或常压以上吸附气体，在大气压进行解吸及再生。从1950年代以来，逐渐发展起来的PSA方法广泛用于氧气和氮气的工业化生产，最近也用于小型项目如净水器、空调器和医疗用具，以及空气干燥、氧气浓缩和氢气提纯。用PSA法得到的氧气广泛用于连续消耗氧气的工业，具体地说如电炉制钢工艺、将空气通入废水的废水处理、纸浆漂白、臭氧发生器等。最近，富含氧气的气体取代空气用于低氮化(NOx)和高效目的的燃烧中和生化领域如发酵中。尤其是，氧气浓缩器已经用于对办公室和家庭进行空气调节的家电产品上。图1显示了使用两个吸附床的PSA标准四步工艺的典型Skarstrom循环。其中P1和Ph分别表示运行压力的相对低压值和高压值。该工艺包括必不可少的进料加压步，减压步和洗涤步。在进料加压步进行吸附而减压步和清洗步进行解吸。典型的O2-PSA工艺记载在US3,430,418；4,589,888；4,650.501以及4,981,499中。在标准工艺基础上，可以增加均压步形成多步工艺。这样的多步工艺可能存在着一些排出压力的波动，因此需增加吸附床的数量以减少波动的偏差。多床系统虽然效率高，但是实现小型化时有局限。PSA装置虽然有利于医用高浓度系统但是不利于以生产量为目的而不是以浓度为目的家用电器。还有，它存在初期制作费用相对高的缺点。例如，图7所示的传统方式(JP-A-No.08-239204)，不仅进料口需要多个阀门(14，12a，17a，12b，17b)，而且产品出口也需要多个阀门(110a，110b)。此外，连接吸附床A和B的均压线112需要设置转换阀门113，还有均压线112设置了具有锁定装置114的迂回均压路线115，这使结构复杂化。PSA工艺根据操作压力细分为在大气压或大气压以上的原始PSA型，在大气压或大气压以上和真空压力之间操作的VPSA型和在大气压或大气压以下操作的VSA型，VSA型和VPSA型可以交叉使用，或统称为PSA。V(P)SA型的例子记载在US5,122,164；5,223,004以及5,246,676中。PSA的代表性评价因素是浓度、回收率以及生产率，在传统方法中工艺设计和系统设计所考虑的主要是浓度、回收率、厂房的初期投资和运营成本，因为它们针对的是工业应用。1970年代开发的RPSA(快速PSA)是针对产物气体的产量开发的工艺，该工艺利用充满精细颗粒的吸附床产生的压降生产大几倍的富氧气体，不像大部分PSA，吸附床内部的压降几乎没有或被忽视。即，和普通的PSA工艺不同，由于在减压步连续生产所需要的气体，所以可提高所要求的气体的回收率并提高吸附剂的生产力。图2示出了RPSA的标准三步工艺，包括加压步，延迟步和洗涤减压步，作为中间步的延迟步根据需要可省略。如图2所示，在独立的各步生产连续进行，而且加压步和减压步在几秒钟短的时间内发生。RPSA的典型例子记载在US4,406,675；US5,827,358；US6,068,680以及US6,565,627中。这些方法虽然适用于飞行时的紧急供氧装置和一些工业上，但不适用于商业化小型家用装置上。对置入家用空气清洁器或空调器的小生产能力氧气浓缩机，由于目标空间的最终氧气浓度是人体感觉舒适的21～23％左右，所以实际上工业用的高浓度是毫无意义的。对于净水器，众所周知50％或更高浓度的氧气足以增加所溶解的氧气。因此，采用能达到高生产率的RPSA方法的装置不很适合于小型机器。操作压力至少为常压的PSA用于小型装置时显示良好的效率，但是用于一般常用的压力2个大气压至5个大气压时，泵的噪音和发热问题，还有耐久性问题就可能出现。所以，它不能用于室内使用的家用电器上。最近，有一些提高回收率同时最大限度地降低吸附/解吸压力的方法被推荐，如美国专利US5074,892；US6,010,55以及US6,506,234。但是由于需要使用高性能的吸附剂和吸附剂难于再生使这些方法受到限制。还有，这些方法不注重于小型机器和生产率，只适用于医用而并不适用于小型家电机器上。为了适用于小型家用装置，以低能耗产生最大生产率的工艺是必需的。在大气压和真空压之间运行的VPSA比PSA能保障更安静的运行，但是如上所述，传统工方法由于使用复杂的多步控制和阀门装置以及缓冲罐而不能降低制造成本。只在大气压或大气压以下操作的绝对VSA，借助于主真空泵执行吸附和解吸，使用吹风机输入浓缩气体。这样，由于施加于吸附剂的压差小，这种方法用于涉及真空泵的噪音以及发热问题时具有相当大的优势，但是一个机器的构成至少需要两个泵，这使得该方法不经济。此外，应用于小型机器上时由于生产率低而必须使用高性能吸附剂。还有，当3个或3个以上的吸附床设置在机器上时，阀门控制变得复杂而不适合于小型空调器。3.专利技术概要为了解决该问题，本专利技术的目的在于提供一种简单连续的生产工艺以提高生产率并简化设备。即，该工艺可以用于小型气体浓缩装置同时产生大量的浓缩气体。本专利技术的目的还在于提供一种使用VPSA或VSA具有高生产率的简单工艺，VPSA或VSA与在大气压或在大气压以上操作的PSA相比，在低噪音、低发热和耐久性方面相对有利。本专利技术的目的在于提供一种注重回收率和生产率而不注重生产高浓度的浓缩气体的工艺，尤其是提供一种使用只在大气压或以下操作的VSA的气体浓缩器，该气体浓缩器使用高性能吸附剂而具有低噪音和小型化。本专利技术的目的在于提供一种使用两个吸附床进行连续生产，生产流量变化少，并能控制浓缩气体浓度的气体浓缩机。为了实现如上所述的本专利技术的目的，根据本专利技术的实例，提供一种通过向对特定气体具有选择性吸附性质的吸附剂上附加压力差后分离该特定气体的气体浓缩方法，包括第一步通过第一吸附床的进料口通入原料气体混合物，该第一吸附床内的压力比原料气体混合物的压力低，在该第一吸附床内，吸附剂吸附吸附性强的组分，同时通过降低第二吸附床的内部压力从该第二吸附床上解吸所吸附的成分，在该第一吸附床的产品出口排出吸附性相对差的成分，生产浓缩气体，该浓缩气体的一部分通过连接该各吸附床的产品出口的微细管输入到该第二吸附床产品出口；第二步从进料口降低该第一吸附床内的压力，解吸所吸附的成分，通过从该第二吸附床的进料口输入原料气体混合物从进料口增加第二吸附床内的压力，吸附吸附性强的成分，该过程中第一和第二吸附床的各个产品出口和进料口之间存在压力梯度，即第一吸附床的产品出口的压力比第二吸附床的产品出口的压力高，所以一部分产物气体从第一吸附床的产品出口输入到第二吸附床的产品出口，连续生产产物气体，此步中有一瞬间第一吸附床和第二吸附床的产品出口同时生产浓缩气体；第三步在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过向对气体具有选择性吸附能力的吸附剂施加压力差从而分离特定气体的气体浓缩方法，包括：第一步：通过第一吸附床的进料口通入原料气体混合物，该第一吸附床内的压力比原料气体混合物的压力低，在该第一吸附床内，吸附剂吸附吸附性强的组分，同 时通过降低第二吸附床的内部压力从该第二吸附床上解吸所吸附的成分，在该第一吸附床的产品出口排出吸附性相对差的成分，生产浓缩气体，该浓缩气体的一部分通过连接该各吸附床的产品出口的微细管输入到该第二吸附床产品出口；第二步：从进料口降低该第 一吸附床内的压力，解吸所吸附的成分，通过从该第二吸附床的进料口输入原料气体混合物从进料口增加第二吸附床内的压力，吸附吸附性强的成分，该过程中第一和第二吸附床的各个产品出口和进料口之间存在压力梯度，即第一吸附床的产品出口的压力比第二吸附床的产品出口的压力高，所以一部分产物气体从第一吸附床的产品出口输入到第二吸附床的产品出口，连续生产产物气体，此步中有一瞬间第一吸附床和第二吸附床的产品出口同时生产浓缩气体；第三步：在第二步中第一吸附床的产品出口和第二吸附床产品出口之间的压 力梯度逆转，以至于与第一步相反，第一吸附床发生解吸过程而第二吸附床发生吸附过程，从第二吸附床的产品出口排出浓缩气体，同时从第二吸附床的产品出口将部分所生产的浓缩气体输入到第一吸附床的产品出口；和第四步：和第二步相反，根据各吸附床内的 压力梯度，一部分产物气体从第二吸附床的产品出口输入到第一吸附床的产品出口，通过从进料口输入原料气体混合物，从进料口增加第一吸附床内的压力而进行吸附过程，从进料口降低第二吸附床内的压力而发生解吸过程，此过程中也连续生产产物气体，此步中有一瞬间第一吸附床和第二吸附床的产品出口同时生产浓缩气体。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：李准培，赵成文，李敦熙，
申请(专利权)人：株式会社JEJ，LG电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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