變壓吸附制氧工藝裝置的製作方法
2023-05-25 17:26:56
專利名稱：變壓吸附制氧工藝裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於制氧領域，特別涉及採用變壓吸附工藝生產氧氣的工藝和裝置。
背景技術：
現行的變壓吸附制氧裝置通常採用空氣鼓風機、變壓吸附制氧塔、真空泵、均壓緩衝罐和產品氣存儲緩衝罐、油壓程控閥門和相關管路組成，計算機通過程序控制油壓閥門按設計要求周期性的定時開關，實現從空氣中分離產品氧氣的目的。工藝流程原理如附圖2所示。
變壓吸附分離工藝制氧，通常在絕壓0.12-0.15Mpa壓力下用吸附劑吸附氮氣，在氣相得到分離的氧氣產品。當吸附劑吸附的氮氣飽和後，就不能再吸附氮氣進行氧、氮分離，因此就必須用真空設備將吸附的氮氣抽出來，使吸附劑重新具有吸附氮氣的能力，即對吸附劑進行再生。具體的吸附分離制氧和真空再生通常按以下程序循環周期進行抽真空—均升—吸附分離制氧—均降—抽真空。
其中均升過程就是當吸附劑每一循環所吸附的氮氣被真空泵抽光後，吸附塔內的壓力已降到周期最低點絕壓0.03Mpa左右，由另一臺要轉入真空再生的吸附塔向該塔送入貧氮富氧氣體(氧含量通常在80-30％)，使再生後的吸附塔內壓力升高的過程，同時也是回收分離了部分氮氣的中間氧氣產品，讓中間氧氣產品在均升吸附塔內再次分離，達到產品要求濃度的過程。
吸附分離制氧過程就是通過鼓風機在向制氧吸附塔送入制氧空氣，吸附劑吸附氮氣，在氣相得到分離的氧氣產品，並在其出口輸出合格氧氣產品的過程均降過程，就是當吸附過程結束在轉入抽真空過程前，吸附塔內的貧氮富氧氣體向正處於均升過程的制氧吸附塔送氣的過程，即向另一吸附塔輸送氧含量80-30％的中間產品的過程。
均升、均降過程通常稱為均壓過程，均壓過程時間通常佔制氣周期的20-30％之間。產品氧氣含量通常在90-95％之間。
抽真空過程就是用真空設備抽出吸附塔內的氣體，當吸附塔內壓力降低，氣相氮氣的分壓低於吸附氮氣的的分壓時，被吸附劑吸附的氮氣就會向氣相解析，氣相壓力越低，被吸附劑吸附的氮氣解析就越徹底，通常真空度要達到絕壓0.03Mpa才結束真空過程。
實際的用氧，如制合成的氨半水煤氣，聯醇生產所需的貧氮半水煤氣，鍋爐富氧空氣燃燒和發動機富氧空氣燃燒，汙水處理中的富氧淨化等用氧工藝並不需氧含量很高的富氧空氣，通常的用氧濃度都低於70，其辦法是用氧含量大於90％氧氣產品與空氣混合，配製出所需氧氣濃度的富氧空氣，供用氧工藝裝置使用。
由變壓吸附制氧工藝可知，實際上均降階段的貧氮富氧氣體中的氧氣平均濃度，已完全滿足甚至超過上述用氧工藝要求。而現行的制氧工藝則必須用制氧吸附劑將貧氮富氧氣體再次分離提純，成為氧含量大於90％的氧氣產品後才送如用氧工序，這顯然是對制氧裝置的浪費。本發明公開以下發明內容克服這一缺陷。
發明內容
1，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於在每一制氧周期中取消吸附塔間的均降、均升過程；延長吸附制氧過程在每一周期中的時間比例，直到吸附塔出口氣體氧氣濃度由90-95％降至接近空氣中的氧氣濃度21-24％，才結束吸附分離制氧過程；在流程中取消均壓緩衝設備。這不僅簡化了工藝過程，節省了投資，還降低制氧電耗創造了關鍵條件。工藝流程裝置原理如附圖1所示。本變壓吸附制氧工藝每一循環周期的變壓吸附制氧過程為真空解析再生過程、制氧空氣常壓進氣負壓吸附分離制氧過程、制氧空氣加壓進氣正壓吸附分離制氧過程、常壓解析再生過程，簡稱真空再生、負壓制氧、加壓制氧、常壓再生，一共四個工藝步序循環進行。
2，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於吸附分離過程結束，吸附劑的再生方法是先將吸附塔內高於大氣壓的氣體不經真空裝置抽取直接向大氣排放，直到吸附塔內壓力接近大氣壓力，再用真空裝置對吸附塔內的吸附劑進行真空再生。由於吸附分離制氧過程結束吸附塔出口氣體氧氣濃度已接近空氣中的氧氣濃度，已經沒有回收價值，直接排向大氣減少了真空設備的作業時間和抽取氣量，這顯然會降低真空泵的能耗。
3，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於制氧吸附塔內不經真空裝置直接向大氣排放的氣體，從吸附塔的空氣進口端排出和氧氣出口端排出，或從空氣進口端、氧氣出口端相通的管道上排出。讓高於大氣壓力的再生解析氣直接從吸附塔兩端對大氣排放，可有效縮短再生解析時間，提高吸附劑的分離制氧時間，這對提高吸附劑的利用率十分有利。
4，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於吸附劑真空再生結束後，先使制氧空氣不經空氣鼓風機加壓直接進入制氧吸附塔制氧，在吸附塔內壓力上升到接近常壓後，再送入經空氣鼓風機加壓後的制氧空氣。由於真空再生結束吸附塔內壓力低於大氣壓力70kpa左右，未經加壓的空氣已相對具有足夠的壓力勢能，所以未經加壓的空氣完全可以經過除塵過濾後直接進入吸附塔，這將大大降低加壓空氣的需量，從而有效節省了制氧空氣鼓風機電耗。
5，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於未經加壓的制氧空氣是經過濾除塵後，再經控制閥進入制氧吸附塔的。因為空氣中的粉塵雜質會覆蓋吸附劑微孔減少吸附劑的吸附面積，所以必須過濾乾淨。當然各吸附塔的常壓進氣空氣也可以集中過濾後，再用管道送至各吸附塔的進口出口閥前。
6，本設計所述的變壓吸附制氧裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於氧氣產品中的氧氣的平均濃度大於55％，低於或等於75％。單位時間制氧空氣流量大，氧氣產品中氧氣的平均濃度低，反之則濃度高。
7，本設計所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於一套變壓吸附制氧裝置由兩臺及兩臺以上裝有吸附劑的的制氧吸附塔與相關設備、管路、程控閥門、控制程序等組成。。制氧吸附塔塔多吸附劑的利用率就越高，通常在4-8臺為好，有利於讓真空泵滿負荷工作，以節省真空泵電耗。
經工藝計算和試驗，採用本設計直接製取合成氨半水煤氣所需的氧含量45％低純度氧氣，可比採用氧含量93％的高純度氧氣與空氣混合獲得的氧含量45％低純度氧氣，減少制氧吸附劑用量近30％；制氧加壓空氣用量減少40％；真空泵抽出的氮氣總量減少40％鼓風機電耗，折合成純氧產品後，單位純氧產品投資可減少15％；單位純氧產品能耗下降20％，這對降低用氧成本是十分有利的。
附圖1是在變壓吸附制氧周期中沒有均升均降工藝過程和均壓緩衝容器及相關程控閥門設備，直接生產低純度氧氣的變壓吸附制氧工藝流程原理圖。圖中A、B、C、D變壓吸附制氧塔；E 具有濃度均勻功能、容積可變的浮式氧氣產品氣櫃；F 制氧空氣加壓鼓風機；G 抽取吸附塔內的氮氣的真空設備即真空泵或噴射真空裝置；H 制氧常壓空氣過濾器；1、2、3、4 制氧加壓空氣進氣程控閥；5、6、7、8 再生過程中的解析氮氣抽出程控閥；9、10、11、12、13、14、15、16 設在吸附塔進、出口端的常壓再生解析氣體排放閥；17、18、19、20 低純度氧氣產品排出程控閥；21、22、23、24 制氧空氣常壓進氣閥。
附圖2現行的設有均升均降過程和均勻緩衝容器的變壓吸附制氧工藝流程原理圖。圖中A、B 變壓吸附制氧塔；C 均壓緩衝容器；D 容積固定的氧氣產品儲罐；E 制氧加壓空氣鼓風機；；F 抽取再生解析氮氣的真空泵。
具體實施例方式
具體方式如附圖1所示，採用四臺變壓吸附制氧塔，每臺吸附塔真空再生時間為周期的25％，以便真空泵滿負荷運行，有利於降低動力消耗。加壓吸附制氧時間為周期的50％，任意時候都有兩臺吸附塔處於加壓吸附制氧過程，同時有使空氣鼓風機不作無用功以降低能耗，常壓解析再生時間為周期的8％，負壓吸附制氧時間為周期的17％，周期為60秒。採用本工藝生產氧含量55％的富氧空氣3650Nm3/h，空氣鼓風機型號C120-1.28-110kw；真空泵型號2BEA303-390KW；制氧吸附劑型號HD-01，35m3，每Nm3純氧電耗0.25kwh，而用含氧量93％的高濃度氧氣與空氣混合配置為氧含量為55％的富氧空氣，需要氧含量93％的高濃度氧氣1724Nm3/h，每Nm3純氧電耗0.35kwh，本設計工藝裝置每Nm3純氧節約電耗0.07kwh，制氧吸附劑用量減少30％。由制氧吸附劑投資佔總投資的50％，所以，制氧裝置總投資將減少15％。
權利要求
1.變壓吸附制氧工藝裝置。由空氣鼓風機、真空裝置、制氧吸附塔、產品儲罐、均壓緩衝罐及管路程控閥組成，由電腦程式控制，通過油壓周期性的驅動相關程控閥門開關，實現從空氣中分離氧氣產品的目的。用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於在每一制氧周期中取消吸附塔間的均降、均升過程；延長吸附制氧過程在每一周期中的時間比例，直到吸附塔出口氣體氧氣濃度由90-95％降至接近空氣中的氧氣濃度21-24％，才結束吸附分離制氧過程；在流程中取消均壓緩衝容器及相關設備；每一循環周期的變壓吸附制氧過程為真空解析再生過程、制氧空氣常壓進氣負壓吸附分離制氧過程、制氧空氣加壓進氣正壓吸附分離制氧過程和常壓解析再生過程，一個共四個工藝步序。
2.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於吸附劑的再生方法是先將吸附塔內高於大氣壓的氣體不經真空裝置抽取直接向大氣排放，直到吸附塔內壓力接近大氣壓力，再用真空裝置對吸附塔內的吸附劑進行真空再生。
3.根據權利要求1，2所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於制氧吸附塔內不經真空裝置直接向大氣排放的氣體，從吸附塔的空氣進口端排出和氧氣出口端排出，或空氣進口端、氧氣出口端相通的管道上排出。
4.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於吸附劑真空再生結束後，先使制氧空氣不經空氣鼓風機加壓直接進入制氧吸附塔制氧，在吸附塔內壓力接近常壓後，再送入經空氣鼓風機加壓後的制氧空氣進行吸附制氧。
5.根據權利要求1，4所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於未經加壓的制氧空氣是經過濾除塵後，再經控制閥進入制氧吸附塔的。
6.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於氧氣產品中的氧氣平均濃度大於55％，低於或等於75％。
7.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧工藝裝置，用變壓吸附制氧裝置直接生產低純度氧氣，其特徵在於一套變壓吸附制氧裝置由兩臺及兩臺以上的變壓吸附制氧塔與相關設備、管路、程控閥門、控制程序等組成。
全文摘要
本發明採用取消變壓吸附制氧工藝中的吸附塔間的均升、均降均壓過程和均壓緩衝容器及相關設備直接生產低濃度富氧。採用本發明可降低氧氣產品的投資、能耗、成本。
文檔編號B01D53/047GK1814544SQ20051002035
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月6日 優先權日2005年2月6日
發明者李寧 申請人:李寧