CN100369652C - 用空气为原料制取氧气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为用空气为原料制取氧气的方法，其特征在于由至少两个吸附床和至少一个均压气体缓冲罐组成的变压吸附系统中，每个吸附床依次经历吸附、均压气体进入缓冲罐的均压降、逆放或逆放十冲洗或抽空或抽空十冲洗、利用均压气体缓冲罐储存气对吸附床均压升、充压步骤，吸附床中的吸附剂为13X分子筛或5A分子筛或锂分子筛或制氧分子筛或活性氧化铝吸附剂，吸附压力为-0.02-2MPa，均压终压力为-0.5-1.9MPa，逆放终压力为0.05-0MPa，抽空压力为0-0.09MPa。
Description
技术领域：
本发明涉及变压吸附空气分离制取氧气的工艺。
背景技术：
现有的变压吸附空气分离制取氧气装置不管是采用真空解吸流程还是逆放流程，均采用吸附塔对吸附塔的均压工艺。由于变压吸附制氧装置为了提高吸附剂的使用效率大多采用2个吸附塔的2塔流程，在进行均压步骤时无法进行吸附步骤，因此造成在均压步骤时大量的原料空气无路可走，特别是在较大规模的变压吸附制氧装置上，由于配置的空气压缩机或鼓风机处理气体能力较大，吸附不连续将会造成空气压缩机或空气鼓风机输出压力升高，电机超负荷，为了解决这个问题通常是在均压步骤设置放空阀门和管道将空气压缩机或空气鼓风机输出的气体放空，这增加了变压吸附制氧装置的空气消耗，实际上是降低了变压吸附制氧装置氧气的回收率，增加了变压吸附制氧装置的电耗，这是造成变压吸附空气分离制氧装置能耗大，制取的氧气成本高的主要原因。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能有效的提高变压吸附制氧装置的氧气回收率，降低制取氧气的能耗的制取氧气的方法。
本发明是这样实现的：
本发明用空气为原料制取氧气的方法，由至少两个吸附床和至少一个均压气体缓冲罐组成的变压吸附系统中，每个吸附床依次经历吸附、均压气体进入缓冲罐的均压降、逆放或逆放十冲洗或抽空或抽空十冲洗、利用均压气体缓冲罐储存气对吸附床均压升、充压步骤，吸附压力为-0.02-2MPa，均压终压力为-0.5-1.9MPa，逆放终压力为0.05-0MPa，抽空压力为-0.03MPa，压力值为表压。
系统有吸附床A、B分别对应均压气体缓冲罐1和2均压，在各吸附床的逆放或抽空时利用缓冲罐1、2对吸附床A、B均压升后的剩余气体对吸附床B和A进行冲洗。
从吸附床的空气进口端对吸附床进行抽空步骤或进行逆放步骤，在吸附塔抽空步骤或逆放步骤中引入另一吸附塔的产品氧气对抽空或逆放的吸附塔进行与吸附步骤气流方向相反的冲洗。
均压步骤采用吸附塔出口对均压气体缓冲罐均压或者是吸附塔进口对均压气体缓冲罐进行均压。
充压步骤采用压缩空气从吸附床进口端进入吸附床或产品氧气从吸附床出口端进入吸附床对吸附床进行充压、或压缩空气和产品氧气同时对吸附塔进行充压。
两个或两个以上的所述的变压吸附系统并联。
本发明用空气为原料制取氧气的方法，由至少两个吸附床和至少一个均压气体缓冲罐组成的变压吸附系统中，每个吸附床依次经历吸附，均压气体进入缓冲罐的均压降、逆放或逆放十冲洗或抽空或抽空十冲洗，利用均压气体缓冲罐储存气对吸附床均压升、充压步骤，吸附床中的吸附剂为13X分子筛或5A分子筛或锂分子筛或制氧分子筛或活性氧化铝吸附剂，吸附压力为-0.02-2MPa，均压终压力为-0.5-1.9MPa，逆放终压力为0.05-0MPa，抽空压力为-0.09MPa。
系统有吸附床A、B分别对应均压气体缓冲罐1和2均压降，在各吸附床的逆放或抽空时利用缓冲罐1、2对吸附床A、B均压升后的剩余气体对吸附床B和A进行冲洗。
从吸附床的空气进口端对吸附床进行抽空步骤或进行逆放步骤，在吸附塔抽空步骤或逆放步骤中引入另一吸附塔的产品氧气对抽空的吸附塔进行与吸附步骤气流方向相反的冲洗。
均压步骤采用吸附塔出口对均压气体缓冲罐均压或者是吸附塔进口对均压气体缓冲罐进行均压。
充压步骤采用压缩空气从吸附床进口进入吸附床或产品氧气从吸附床出口端进入吸附床对吸附床进行充压、或压缩空气和产品氧气同时对吸附塔进行充压。
系统是由两个或两个以上的上述的变压吸附单元并联组成。
在本发明中保证了吸附步骤的连续运行，从而保证了原料空气压缩机或鼓风机输出压力的稳定。克服了原料空气放空带来的空气损失和电耗，提高了氧气的回收率。使原料空气的输入和产品氧气的输出保持连续。这对于大规模的变压吸附空气制氧装置提高氧气产量和氧气输出压力的稳定是非常有意义的。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程示意图之一。
图2为本发明的工艺流程示意图之二。
图3为本发明的工艺流程示意图之三。
图4为本发明的工艺流程示意图之四。
图5为本发明的工艺流程示意图之五。
具体实施方式：
实施例1：
利用本发明的1个变压吸附空分制氧并生产富氮的装置，其工艺流程如图1所示。原料空气组成如表1。
表1实施例1的原料空气组成％(V)(干基不包括水)
| 组分 | O<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | 其他 | ∑ |
| 浓度 | 21 | 78 | 1 | 100 |
原料空气温度：≤40℃
原料空气压力：0.02MPa
真空解吸终吸附塔压力：-0.03MPa
本发明的变压吸附空分制氧装置由2个装填有活性氧化铝和分子筛吸附剂的吸附塔和1个产品氧气缓冲罐、1个均压气体缓冲罐以及相应的管道、程控阀和真空泵构成。经鼓风机输入0.02MPa的空气进入本装置，通过程控阀KV1A从下至上进入吸附塔A，空气中的水被吸附床中装填的活性氧化铝吸附，空气中的氮被分子筛吸附，产品氧气从吸附床上端经程控阀KV2A和管道流出吸附塔，经产品氧气缓冲罐稳定压力后输出变压吸附制氧装置，与此同时吸附塔B分别进行均压降、抽空、均压升、充压等步骤；当吸附塔A中分子筛的氮吸附饱和或接近饱和时，关闭KV1A、KV2A程控阀完成吸附塔A的吸附步骤，开启程控阀KV1B，原料空气进入吸附塔B并通过程控阀KV2B从吸附塔B继续得到合格的氧气，同时开启程控阀KV3A使吸附塔A中的气体流入均压气体缓冲罐进行吸附塔A的均压降步骤；吸附塔A的均压降步骤完成后关闭程控阀KV3A，开启程控阀KV4A利用真空泵对吸附塔A进行抽空；抽空步骤完成后，关闭程控阀KV4A，开启程控阀KV3A使均压气体缓冲罐中的气体流入吸附塔A进行均压升步骤；均压升步骤完成后关闭程控阀KV3A，开启程控阀KV2A利用产品氧气对吸附塔A进行充压；充压完成后，开启程控阀KV1A使吸附塔A进入吸附步骤，进行又一次的循环。表2的工艺步骤运行程序表和按照述的规律循环往复即可获得90％纯度的产品氧气。
表2实施例1工艺步骤运行程序表
| 步骤 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| A塔 | A | ED | V | ER | FR | |||
| B塔 | ED | V | ER | FR | A | |||
A---吸附步骤，原料空气进入吸附塔，吸附塔中的吸附剂吸附空气中的氮，从吸附塔出口获得产品氧气。
ED---均压降步骤，将吸附步骤完成后吸附塔中的富氧气体输送到均压气体缓冲罐储存，并降低吸附塔的压力。
ER---均压升步骤，用储存在均压气体缓冲罐中的气体输送到完成抽空步骤后的吸附塔用来提高抽空后吸附塔的压力。
V---抽空步骤，利用真空泵降低均压降后吸附塔的压力，使吸附的氮解吸出吸附剂并得到产品氮气。
FR---充压步骤，利用产品氧气对均压升后的吸附塔进行充压，使吸附塔的压力接近吸附压力。
实施例2：
利用本发明的1个变压吸附空分制氧并生产富氮的装置，其工艺流程如图2所示。原料空气组成如表3。
表3实施例2的原料空气组成％(V)(干基不包括水)
| 组分 | O<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | 其他 | ∑ |
| 浓度 | 21 | 78 | 1 | 100 |
原料空气温度：≤45℃
原料空气压力：0.6MPa
本发明的变压吸附空分制氧装置由2个装填有活性氧化铝和分子筛吸附剂的吸附塔和1个产品氧气缓冲罐、1个均压气体缓冲罐以及相应的管道和程控阀构成。经空气压缩机输入0.6MPa的空气进入本装置，通过程控阀KV1A从下至上进入吸附塔A，空气中的水被吸附床中装填的活性氧化铝吸附，空气中的氮被分子筛吸附，产品氧气从吸附床上端经程控阀KV2A和管道流出吸附塔，经产品氧气缓冲罐稳定压力后输出变压吸附制氧装置，与此同时吸附塔B分别进行均压降、逆放、均压升、充压等步骤；当吸附塔A中分子筛的氮吸附饱和或接近饱和时，关闭KV1A、KV2A程控阀完成吸附塔A的吸附步骤，开启程控阀KV1B，原料空气进入吸附塔B并通过程控阀KV2B从吸附塔B继续得到合格的氧气，同时开启程控阀KV3A使吸附塔A中的气体流入均压气体缓冲罐进行吸附塔A的均压降步骤；吸附塔A的均压降步骤完成后关闭程控阀KV3A，开启程控阀KV4A对吸附塔A进行逆放；逆放步骤完成后，关闭程控阀KV4A，开启程控阀KV3A使均压气体缓冲罐中的气体流入吸附塔A进行均压升步骤；均压升步骤完成后关闭程控阀KV3A，开启程控阀KV2A利用产品氧气对吸附塔A进行充压；充压完成后，开启程控阀KV1A使吸附塔A进入吸附步骤，进行又一次的循环。按照表4的工艺步骤运行程序表，循环往复即可获得90％纯度的产品氧气。
表4实施例2工艺步骤运行程序表
| 步骤 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| A塔 | A | ED | D | ER | FR | |||
| B塔 | ED | D | ER | FR | A | |||
A---吸附步骤，原料空气进入吸附塔，吸附塔中的吸附剂吸附空气中的氮，从吸附塔出口获得产品氧气。
ED---均压降步骤，将吸附步骤完成后吸附塔中的富氧气体输送到均压气体缓冲罐储存，并降低吸附塔的压力。
ER---均压升步骤，用储存在均压气体缓冲罐中的气体输送到完成逆放步骤后的吸附塔用来提高逆放后吸附塔的压力。
D---逆放步骤，从吸附塔空气入口端将吸附塔中的气体排放出吸附塔，降低吸附塔的压力至接近大气压力，使吸附的氮解吸出吸附剂。
FR---充压步骤，利用产品氧气对均压升后的吸附塔进行充压，使吸附塔的压力接近吸附压力。
实施例3：
利用本发明的1个变压吸附空分制氧并生产富氮的装置，其工艺流程如图3所示。原料空气组成如表5。
表5实施例3的原料空气组成％(V)(干基不包括水)
| 组分 | O<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | 其他 | ∑ |
| 浓度 | 21 | 78 | 1 | 100 |
原料空气温度：≤40℃
原料空气压力：0.02MPa
真空解吸终吸附塔压力：-0.08MPa
本发明的变压吸附空分制氧装置由2个装填有活性氧化铝和分子筛吸附剂的吸附塔和1个产品氧气缓冲罐、2个均压气体缓冲罐以及相应的管道、程控阀和真空泵构成。经鼓风机输入0.02MPa的空气进入本装置，通过程控阀KV1A从下至上进入吸附塔A，空气中的水被吸附床中装填的活性氧化铝吸附，空气中的氮被分子筛吸附，产品氧气从吸附床上端经程控阀KV2A和管道流出吸附塔，经产品氧气缓冲罐稳定压力后输出变压吸附制氧装置，与此同时吸附塔B分别进行均压降、抽空、均压升、充压等步骤；当吸附塔A中分子筛的氮吸附饱和或接近饱和时，关闭KV1A、KV2A程控阀完成吸附塔A的吸附步骤，开启程控阀KV1B，原料空气进入吸附塔B并通过程控阀KV2B从吸附塔B继续得到合格的氧气，同时开启程控阀KV3A、KV01，使吸附塔A中的气体流入均压气体缓冲罐1进行吸附塔A的均压降步骤；吸附塔A的均压降步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV4A利用真空泵对吸附塔A进行抽空；在抽空后期开启程控阀KV02、KV3A，将均压气体缓冲罐2中剩余的气体引入对吸附塔A进行冲洗；抽空步骤完成后，关闭程控阀KV4A、KV02，开启程控阀KV01使均压气体缓冲罐1中的气体流入吸附塔A进行均压升步骤；均压升步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV2A利用产品氧气对吸附塔A进行充压；充压完成后，开启程控阀KV1A使吸附塔A进入吸附步骤，进行又一次的循环。按照表6的工艺步骤运行程序表，循环往复即可获得93％纯度的产品氧气。
表6实施例3工艺步骤运行程序表
| 步骤 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| A塔 | A | ED | V | CX | ER | FR | ||||
| B塔 | ED | V | CX | ER | FR | A | ||||
A---吸附步骤，原料空气进入吸附塔，吸附塔中的吸附剂吸附空气中的氮，从吸附塔出口获得产品氧气。
ED---均压降步骤，将吸附步骤完成后吸附塔中的富氧气体输送到均压气体缓冲罐储存，并降低吸附塔的压力。
ER---均压升步骤，用储存在均压气体缓冲罐中的气体输送到完成抽空步骤后的吸附塔用来提高抽空后吸附塔的压力。
V---抽空步骤，利用真空泵降低均压降后吸附塔的压力，使吸附的氮解吸出吸附剂并得到产品氮气。
CX---冲洗步骤，在抽空步骤后期，利用完成对吸附塔均压升步骤后的均压气体缓冲罐中剩余的气体对吸附塔进行冲洗，以提高解吸效果。
FR---充压步骤，利用产品氧气对均压升后的吸附塔进行充压，使吸附塔的压力接近吸附压力。
实施例4：
利用本发明的1个变压吸附空分制氧并生产富氮的装置，其工艺流程如图4所示。原料空气组成如表7。
表7实施例4的原料空气组成％(V)(干基不包括水)
| 组分 | O<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | 其他 | ∑ |
| 浓度 | 21 | 78 | 1 | 100 |
原料空气温度：≤45℃
原料空气压力：0.6MPa
本发明的变压吸附空分制氧装置由2个装填有活性氧化铝和分子筛吸附剂的吸附塔和1个产品氧气缓冲罐、2个均压气体缓冲罐以及相应的管道和程控阀构成。经空气压缩机输入0.6MPa的空气进入本装置，通过程控阀KV1A从下至上进入吸附塔A，空气中的水被吸附床中装填的活性氧化铝吸附，空气中的氮被分子筛吸附，产品氧气从吸附床上端经程控阀KV2A和管道流出吸附塔，经产品氧气缓冲罐稳定压力后输出变压吸附制氧装置，与此同时吸附塔B分别进行均压降、逆放、均压升、充压等步骤；当吸附塔A中分子筛的氮吸附饱和或接近饱和时，关闭KV1A、KV2A程控阀完成吸附塔A的吸附步骤，开启程控阀KV1B，原料空气进入吸附塔B并通过程控阀KV2B从吸附塔B继续得到合格的氧气，同时开启程控阀KV3A、KV01，使吸附塔A中的气体流入均压气体缓冲罐1进行吸附塔A的均压降步骤；吸附塔A的均压降步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV4A对吸附塔A进行逆放；在逆放后期开启程控阀KV02、KV3A，利用均压气体缓冲罐2中剩余的气体对吸附塔A进行冲洗；逆放步骤完成后，关闭程控阀KV4A、KV02，开启程控阀KV01使均压气体缓冲罐1中的气体流入吸附塔A进行均压升步骤；均压升步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV2A利用产品氧气对吸附塔A进行充压；充压完成后，开启程控阀KV1A使吸附塔A进入吸附步骤，进行又一次的循环。按照表8的工艺步骤运行程序表，循环往复即可获得90％纯度的产品氧气。
表8实施例4工艺步骤运行程序表
| 步骤 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| A塔 | A | ED | D | CX | ER | FR | ||||
| B塔 | ED | D | CX | ER | FR | A | ||||
A---吸附步骤，原料空气进入吸附塔，吸附塔中的吸附剂吸附空气中的氮，从吸附塔出口获得产品氧气。
ED---均压降步骤，将吸附步骤完成后吸附塔中的富氧气体输送到均压气体缓冲罐储存，并降低吸附塔的压力。
ER---均压升步骤，用储存在均压气体缓冲罐中的气体输送到完成逆放步骤后的吸附塔用来提高逆放后吸附塔的压力。
D---逆放步骤，从吸附塔空气入口端将吸附塔中的气体排放出吸附塔降低吸附塔的压力至接近大气压力，使吸附的氮解吸出吸附剂。
CX---冲洗步骤，在逆放步骤后期，利用完成对吸附塔均压升步骤后的均压气体缓冲罐中剩余的气体对吸附塔进行冲洗，以提高解吸效果。
FR---充压步骤，利用产品氧气对均压升后的吸附塔进行充压，使吸附塔的压力接近吸附压力。
实施例5
利用本发明的1个变压吸附空分制氧并生产富氮的装置，其工艺流程如图5所示。原料空气组成如表9。
表9实施例5的原料空气组成％(V)(干基不包括水)
| 组分 | O<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | 其他 | ∑ |
| 浓度 | 21 | 78 | 1 | 100 |
原料空气温度：≤45℃
原料空气压力：～0MPa
真空解吸终吸附塔压力：-0.08MPa
本发明的变压吸附空分制氧装置由2个装填有活性氧化铝和分子筛吸附剂的吸附塔和1个产品氧气缓冲罐、2个均压气体缓冲罐以及相应的管道、程控阀和真空泵构成。原料空气被真空泵吸入本装置，通过程控阀KV1A从下至上进入吸附塔A，空气中的水被吸附床中装填的活性氧化铝吸附，空气中的氮被分子筛吸附，产品氧气从吸附床上端经程控阀KV2A和管道流出吸附塔，经产品氧气缓冲罐后由真空泵抽出变压吸附制氧装置，与此同时吸附塔B分别进行均压降、抽空、抽空+冲洗、均压升、充压等步骤；当吸附塔A中分子筛的氮吸附饱和或接近饱和时，关闭KV1A、KV2A程控阀完成吸附塔A的吸附步骤，开启程控阀KV1B，原料空气进入吸附塔B并通过程控阀KV2B从吸附塔B继续得到合格的氧气，同时开启程控阀KV3A、KV01，使吸附塔A中的气体流入均压气体缓冲罐1进行吸附塔A的均压降步骤；吸附塔A的均压降步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV4A利用真空泵对吸附塔A进行抽空；在抽空后期开启程控阀KV02、KV3A，将均压气体缓冲罐2中的气体引入对吸附塔A进行抽空+冲洗1；抽空+冲洗1步骤完成后，关闭程控阀KV02、KV3A，开启程控阀KV2A返回部分产品氧气对吸附塔A进行抽空+冲洗2；抽空+冲洗2步骤完成后，关闭程控阀KV2A、KV4A，开启程控阀KV3A、KV01使均压气体缓冲罐1中的气体流入吸附塔A进行均压升步骤；均压升步骤完成后关闭程控阀KV3A、KV01，开启程控阀KV2A利用产品氧气对吸附塔A进行充压；充压完成后，开启程控阀KV1A使吸附塔A进入吸附步骤，进行又一次的循环。按照表10的工艺步骤运行程序表和上述的规律，循环往复即可获得93％纯度的产品氧气。
表10实施例5工艺步骤运行程序表
| 步骤 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| A塔 | A | ED | V | CX1 | CX2 | ER | FR | |||||
| B塔 | ED | V | CX1 | CX2 | ER | FR | A | |||||
A---吸附步骤，原料空气进入吸附塔，吸附塔中的吸附剂吸附空气中的氮，从吸附塔出口获得产品氧气。
ED---均压降步骤，将吸附步骤完成后吸附塔中的富氧气体输送到均压气体缓冲罐储存，并降低吸附塔的压力。
ER---均压升步骤，用储存在均压气体缓冲罐中的气体输送到完成抽空步骤后的吸附塔用来提高抽空后吸附塔的压力。
V---抽空步骤，利用真空泵降低均压降后吸附塔的压力，使吸附的氮解吸出吸附剂并得到产品氮气。
CX1---抽空+冲洗1步骤，在抽空步骤后期，利用完成对吸附塔均压升步骤后的均压气体缓冲罐中剩余的气体对吸附塔进行冲洗。
CX2--抽空+冲洗2步骤，在用均压气体缓冲罐中剩余的气体对吸附塔进行冲洗后，再返回部分产品氧气对吸附塔进行进一步的冲洗，以提高解吸效果。
FR---充压步骤，利用产品氧气对均庄升后的吸附塔进行充压，使吸附塔的压力接近吸附压力。
Claims (6)
1.用空气为原料制取氧气的方法，其特征在于由至少两个吸附床和至少一个均压气体缓冲罐组成的变压吸附系统中，每个吸附床依次经历吸附、均压气体进入缓冲罐的均压降、逆放或逆放十冲洗或抽空或抽空十冲洗、利用均压气体缓冲罐储存气对吸附床均压升、充压步骤，吸附压力为-0.02-2MPa，均压终压力为-0.5-1.9MPa，逆放终压力为0.05-0MPa，抽空压力为-0.03MPa，压力值为表压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于系统有第一吸附床A、第二吸附床B分别对应第一缓冲罐1和第二缓冲罐2均压在各吸附床的逆放或抽空时利用第一缓冲罐1、第二缓冲罐2对第一吸附床A、第二吸附床B均压升后的剩余气体对第二吸附床B和第一吸附床A进行冲洗。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从吸附床的空气进口端对吸附床进行抽空步骤或进行逆放步骤，在吸附塔抽空步骤或逆放步骤中引入另一吸附塔的产品氧气对抽空或逆放的吸附塔进行与吸附步骤气流方向相反的冲洗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于均压步骤采用吸附床出口对均压气体缓冲罐均压或者是吸附床进口对均压气体缓冲罐进行均压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于充压步骤采用压缩空气从吸附床进口端进入吸附床或产品氧气从吸附床出口端进入吸附床对吸附床进行充压、或压缩空气和产品氧气同时对吸附塔进行充压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于两个或两个以上的所述的变压吸附系统并联。
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