CN101434383B - 一种制氧设备及制氧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制氧设备及制氧方法，它是包含三个装填有沸石分子筛的吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C，在管路上设置有双向电磁阀V1、V2、V3和单向电磁阀V4、V5、V6、V7、V8、V9及止逆阀CV1、CV2、CV3；所述制氧方法由程序控制器控制电磁阀V1至V9的定时启闭，连续和周期性地包括12个阶段步骤进行制氧。由于使用了三个分子筛吸附塔，能使进气和排气过程的循环时间周期缩短，提高了吸附剂的利用率，从而提高产氧效率，降低了产品的能耗，大大减少了制氧系统的占地面积与成本，可将氧气的分离效率提高20％以上。

Description

一种制氧设备及制氧方法
技术领域
本发明涉及气体分离设备领域，更具体说，是涉及关于分子筛吸附的气体分离设备。
背景技术
变压吸附制氧是采用物理吸附的方法，使用的吸附剂是沸石分子筛(zeolite molecular sieve)。空气中的主要成分是氮气、氧气及其它稀有气体，它们的分子极性各不相同，其中氮气的极性较氧气的极性要大。沸石分子筛是一种极性吸附剂，在等温条件下，当吸附压力增加时，它对氮气的平衡吸附量要比氧气增加很多；当吸附压力减少时，它对氮气的平衡吸附量比氧气减少很多。利用沸石分子筛的这一特性，可采用加压吸附，减压解吸循环操作的方法制取氧气。
目前大部分PSA制氧设备都采用两塔吸附的方式对氧气进行分离，均采用“增压吸附-降压解吸-反吹清洗”的工艺流程，洁净而干燥的压缩空气经由电磁阀的启闭轮流进入吸附塔内，当压缩空气流入一个吸附塔进行氮气吸附、输出氧气时，另一个吸附塔则通过降低压力而使沸石分子筛将吸附的氮气释放，排放到大气中，当塔内的压力降至大气压时，扫气回路的电磁阀开启将一部分氧气引入进行么反吹洗，促进分子筛的解吸再生。当吸附床中的分子筛达到最大吸附量之前，通过电磁阀动作将空气切换到另一吸附床中进行分离，两个吸附塔交替工作，就完成了生产的连续进行。这样的制氧流程，其制氧时进气和排气都是非连续的，在反吹清洗阶段，由于需要较大气量使反吹时间过长，不能迅速提高吸附塔中的压力，而导致制备好的氧气没被充分利用，并且还需要为系统配置较大体积的空气和氧气储罐，该方法的缺点就是操作周期时间长，分离效率低，产品能耗大。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种制氧设备，它能克服上述缺陷，极大提高其制氧分离效率。
本发明的目的是这样实现的：一种制氧设备，其包含两个装填有沸石分子筛的吸附塔A和吸附塔B，所述吸附塔A的进气管路设置有单向电磁阀V4、氮气排放管路设置有单向电磁阀V7、氧气输出管路设置有止逆阀CV1，所述吸附塔B的进气管路设置有单向电磁阀V5、氮气排放管路设置有单向电磁阀V8、氧气输出管路设置有止逆阀CV2，各所述氮气排放管与进气管均连在吸附塔的进气端，各所述氧气输出管连在吸附塔的出气端，所述制氧设备还包含有第三个装填有沸石分子筛的吸附塔C，所述吸附塔C的进气管路设置有单向电磁阀V6、氮气排放管路设置有单向电磁阀V9、氧气输出管路设置有止逆阀CV3；吸附塔A出气端和吸附塔B出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V1，吸附塔B出气端和吸附塔C出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V2，吸附塔C出气端和吸附塔A出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V3；吸附塔A、B、C的进气管路均接入总进气管路1，吸附塔A、B、C的氮气排放管路均接入总氮气排放管路2；吸附塔A、B、C的氧气输出管路均接入总氧气输出管路3。
所述制氧设备还有设置用导线与上述电磁阀V1至V9电连接的程序控制器。
本发明的另一目的是提供一种使用上述制氧设备的制氧方法，其技术方案是：
干燥压缩空气进入总进气管路1后，由程序控制器控制各电磁阀定时启闭，连续和周期性地包括以下步骤进行制氧：
(1)电磁阀V1、V4、V9开启，A塔进气，B塔向A塔加压直至压力平衡，C塔排氮，持续时间为t1；
(2)电磁阀V2、V4、V9开启，A塔继续进气，B塔向C塔反冲，C塔排氮，持续时间为t2；
(3)电磁阀V2、V4开启，A塔继续进气，B塔向C塔加压直至压力平衡，持续时间为t3；
(4)电磁阀V3、V4、V8开启，A塔继续进气，A塔向C塔加压，为C塔建立吸附压力，B塔排氮，持续时间为t4；
(5)电磁阀V3、V6、V8开启，C塔进气，A塔向C塔加压直至压力平衡，B塔排氮，持续时间为t5；
(6)电磁阀V1、V6、V8开启，C塔继续进气，A塔向B塔反冲，B塔排氮，持续时间为t6；
(7)电磁阀V1、V6开启，C塔继续进气，A塔向B塔加压直至压力平衡，持续时间为t7；
(8)电磁阀V2、V6、V7开启，C塔继续进气，C塔向B塔加压，为B塔建立吸附压力，A塔排氮，持续时间为t8；
(9)电磁阀V2、V5、V7开启，B塔进气，C塔向B塔加压直至压力平衡，A塔排氮，持续时间为t9；
(10)电磁阀V3、V5、V7开启，B塔继续进气，C塔向A塔反冲，A塔排氮，持续时间为t10；
(11)电磁阀V3、V5开启，B塔继续进气，C塔向A塔加压直至压力平衡，持续时间为t11；
(12)电磁阀V1、V5、V9开启，B塔继续进气，B塔向A塔加压，为A塔建立吸附压力，C塔排氮，持续时间为t12。
根据t1至t12各阶段的时间，由程序控制器控制电磁阀V1至V9的启闭，使吸附塔周期交替地进行轮流工作将氮、氧分离制取氧气。
所述的制氧方法，由于使用了三个分子筛吸附塔，能使进气和排气过程的循环时间周期缩短，提高了吸附剂的利用率。
本发明的有益效果是，实现制氧流程进气和排气都是连续的，因而还可以去除气体储罐，从而提高产氧效率，降低了产品的能耗，大大降低制氧系统的占地面积与成本。
附图说明
图1为所述制氧设备的制氧流程图；
图2为所述制氧方法的工作时序图。
具体实施方式
下面以实施例结合附图作分析说明：
如图1所示，本发明包含三个装填有沸石分子筛的吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C，在管路上设置有双向电磁阀V1、V2、V3和单向电磁阀V4、V5、V6、V7、V8、V9及止逆阀CV1、CV2、CV3。
吸附塔A的进气管路设置有单向电磁阀V4，吸附塔B的进气管路设置有单向电磁阀V5，吸附塔C的进气管路设置有单向电磁阀V6；吸附塔A、B、C的进气管路均接入总进气管路1。
吸附塔A的氮气排放管路设置有单向电磁阀V7，吸附塔B的氮气排放管路设置有单向电磁阀V8，吸附塔C的氮气排放管路设置有单向电磁阀V9，吸附塔A、B、C的氮气排放管路均接入总氮气排放管路2。
吸附塔A的氧气输出管路设置有止逆阀CV1，吸附塔B的氧气输出管路设置有止逆阀CV2，吸附塔C的氧气输出管路设置有止逆阀CV3，吸附塔A、B、C的氧气输出管路均接入总氧气输出管路3。
各所述氮气排放管与进气管均连在吸附塔的进气端，各所述氧气输出管连在吸附塔的出气端。
吸附塔A出气端和吸附塔B出气端之间设置有扫气增压管路4，扫气增压管路4上设置有双向电磁阀V1，当电磁阀V1导通时，吸附塔A和吸附塔B相连通；吸附塔B出气端和吸附塔C出气端之间设置有扫气增压管路5，扫气增压管路5上设置有双向电磁阀V2，当电磁阀V2导通时，吸附塔B和吸附塔C相连通；吸附塔C出气端和吸附塔A出气端之间设置有扫气增压管路6，扫气增压管路6上设置有双向电磁阀V3，当电磁阀V3导通时，吸附塔C和吸附塔A相连通。
电磁阀V1至V9通过导线与程序控制器电连接。
下面以使用16升的吸附塔、产氧量为5m3/hr的制氧设备举例说明制氧方法。
如图2所示，横坐标上t1至t12代表1个周期中各阶段时间，纵坐标上V1至V9代表电磁阀的启闭状态。
使用上述实施例制氧设备的制氧方法工作流程如下：干燥压缩空气从总进气管路1进入，由程序控制器控制电磁阀V1至V9的定时启闭，连续和周期性地按以下步骤进行制氧：
1.流程t1阶段：电磁阀V1、V4、V9开启，A塔进气，B塔向A塔加压直至压力平衡，C塔排氮。此时，电磁阀V4开启，吸附塔A的进气管路导通，压缩空气进入吸附塔A制氧；同时，电磁阀V1开启，吸附塔A与吸附塔B的扫气增压管路导通，B塔内较高的气压流向A塔进行加压直到平衡，快速为A塔建立吸附压力，A塔经止逆阀CV1输出氧气；同时，电磁阀V9开启，吸附塔C的氮气排放管路导通，C塔排出氮气。
本阶段的持续时间t1为2.5秒。
2.流程t2阶段：电磁阀V2、V4、V9开启，A塔继续进气，B塔向C塔反冲，C塔排氮。此时，电磁阀V4开启，压缩空气继续进入吸附塔A制氧，经止逆阀CV1输出氧气；同时，电磁阀V9开启，C塔继续排出氮气至压力接近大气压；同时，电磁阀V2开启，吸附塔B与吸附塔C的扫气增压管路导通，B塔内较高的气压向C塔进行反冲，将C塔内部的氮气全部扫出。
本阶段的持续时间t2为6.7秒。
3.流程t3阶段：电磁阀V2、V4开启，A塔继续进气，B塔向C塔加压直至压力平衡。此时，电磁阀V4继续开启，压缩空气继续进入吸附塔A制氧，经止逆阀CV1输出氧气；电磁阀V9关闭，C塔氮气已排尽并停止向外排气；同时，电磁阀V2继续开启，B塔气体继续向C塔快速增压，直至该两塔的压力平衡。
本阶段的持续时间t3为5秒。
4.流程t4阶段：  电磁阀V3、V4、V8开启，A塔继续进气，A塔向C塔加压，为C塔建立吸附压力，B塔排氮。此时，电磁阀V4继续开启，压缩空气继续进入吸附塔A制氧，经止逆阀CV1输出氧气，使A塔达到工作压力的最高值；同时，电磁阀V8开启，吸附塔B的氮气排放管路导通，B塔排出氮气；同时，电磁阀V3开启，吸附塔A与吸附塔C的扫气增压管路导通，A塔内较高的气压向C塔进行加压，快速为C塔建立吸附压力做准备。
本阶段的持续时间t4为3.3秒。
5.流程t5阶段：电磁阀V3、V6、V8开启，C塔进气，A塔向C塔加压直至压力平衡，B塔排氮。此时，电磁阀V6开启，吸附塔C的进气管路导通，压缩空气进入吸附塔C制氧；同时，电磁阀V3开启，吸附塔C与吸附塔A的扫气增压管路导通，A塔内较高的气压继续向C塔进行加压直到平衡，快速为C塔建立吸附压力，C塔经止逆阀CV3输出氧气；同时，电磁阀V8开启，吸附塔B的氮气排放管路导通，B塔排出氮气。
本阶段的持续时间t5为2.5秒。
6.流程t6阶段：电磁阀V1、V6、V8开启，C塔继续进气，A塔向B塔反冲，B塔排氮。此时，电磁阀V6开启，压缩空气继续进入吸附塔C制氧，经止逆阀CV3输出氧气；同时，电磁阀V8开启，B塔继续排出氮气至压力接近大气压；同时，电磁阀V1开启，吸附塔A与吸附塔B的扫气增压管路导通，A塔内较高的气压向B塔进行反冲，将B塔内部的氮气全部扫出。
本阶段的持续时间t6为6.7秒。
7.流程t7阶段：电磁阀V1、V6开启，C塔继续进气，A塔向B塔加压直至压力平衡。此时，电磁阀V6继续开启，压缩空气继续进入吸附塔C制氧，经止逆阀CV3输出氧气；电磁阀V8关闭，B塔氮气已排尽并停止向外排气；同时，电磁阀V1继续开启，A塔气体继续向B塔快速增压，直至该两塔的压力平衡。
本阶段的持续时间t7为5秒。
8.流程t8阶段：电磁阀V2、V6、V7开启，C塔继续进气，C塔向B塔加压，为了B塔建立吸附压力，A塔排氮。此时，电磁阀V6继续开启，压缩空气继续进入吸附塔C制氧，经止逆阀CV3输出氧气，使C塔达到工作压力的最高值；同时，电磁阀V7开启，吸附塔A的氮气排放管路导通，A塔排出氮气；同时，电磁阀V2开启，吸附塔B与吸附塔C的扫气增压管路导通，C塔内较高的气压向B塔进行加压，快速为B塔建立吸附压力做准备。
本阶段的持续时间t8为3.3秒。
9.流程t9阶段：电磁阀V2、V5、V7开启，B塔进气，C塔向B塔加压直至压力平衡，A塔排氮。此时，电磁阀V5开启，吸附塔B的进气管路导通，压缩空气进入吸附塔B制氧；同时，电磁阀V2开启，吸附塔B与吸附塔C的扫气增压管路导通，C塔内较高的气压继续向B塔进行加压直到平衡，快速为B塔建立吸附压力，B塔经止逆阀CV2输出氧气；同时，电磁阀V7开启，吸附塔A的氮气排放管路导通，A塔排出氮气。
本阶段的持续时间t9为2.5秒。
10.流程t10阶段：电磁阀V3、V5、V7开启，B塔继续进气，C塔向A塔反冲，A塔排氮。此时，电磁阀V5开启，压缩空气继续进入吸附塔B制氧，经止逆阀CV2输出氧气；同时，电磁阀V7开启，A塔继续排出氮气至压力接近大气压；同时，电磁阀V3开启，吸附塔C与吸附塔A的扫气增压管路导通，C塔内较高的气压向A塔进行反冲，将A塔内部的氮气全部扫出。
本阶段的持续时间t10为6.7秒。
11.流程t11阶段：电磁阀V3、V5开启，B塔继续进气，C塔向A塔加压直至压力平衡。此时，电磁阀V5继续开启，压缩空气继续进入吸附塔B制氧，经止逆阀CV2输出氧气；电磁阀V7关闭，A塔氮气已排尽并停止向外排气；同时，电磁阀V3继续开启，C塔气体继续向A塔快速增压，直至该两塔的压力平衡。
本阶段的持续时间t11为5秒。
12.流程t12阶段：电磁阀V1、V5、V9开启，B塔继续进气，B塔向A塔加压，为A塔建立吸附压力，C塔排氮。此时，电磁阀V5继续开启，压缩空气继续进入吸附塔B制氧，经止逆阀CV2输出氧气，使B塔达到工作压力的最高值；同时，电磁阀V9开启，吸附塔C的氮气排放管路导通，C塔排出氮气；同时，电磁阀V1开启，吸附塔B与吸附塔A的扫气增压管路导通，B塔内较高的气压向A塔进行加压，快速为A塔建立吸附压力做准备。
本阶段的持续时间t12为3.3秒。
上述12个流程阶段为1个周期，其总持续时间T为52.5秒。
一个周期的总持续时间T及各分段持续时间t1至t12，可根据使用不同容积的吸附塔制氧设备和产氧量的大小，对程序控制器进行不同的时间设定。
所述的制氧方法，实现了吸附塔进气和排气都是连续的，管路的电磁阀在程序控制器的控制下定时启闭，使运作周期交替进行，各吸附塔轮流工作将氮、氧分离制取氧气。

Claims (1)

1.一种使用制氧设备的制氧方法，所述制氧设备包括两个装填有沸石分子筛的吸附塔A和吸附塔B，所述吸附塔A的进气管路设置有单向电磁阀V4、氮气排放管路设置有单向电磁阀V7、氧气输出管路设置有止逆阀CV1，所述吸附塔B的进气管路设置有单向电磁阀V5、氮气排放管路设置有单向电磁阀V8、氧气输出管路设置有止逆阀CV2，各所述氮气排放管与进气管均连在吸附塔的进气端，各所述氧气输出管连在吸附塔的出气端，其特征在于，还包含有第三个装填有沸石分子筛的吸附塔C，所述吸附塔C的进气管路设置有单向电磁阀V6、氮气排放管路设置有单向电磁阀V9、氧气输出管路设置有止逆阀CV3；吸附塔A出气端和吸附塔B出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V1，吸附塔B出气端和吸附塔C出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V2，吸附塔C出气端和吸附塔A出气端之间的扫气增压管路设置有双向电磁阀V3；吸附塔A、B、C的进气管路均接入总进气管路(1)，吸附塔A、B、C的氮气排放管路均接入总氮气排放管路(2)；吸附塔A、B、C的氧气输出管路均接入总氧气输出管路(3)；所述制氧设备还设置用导线与所述电磁阀V1至V9电连接的程序控制器；所述制氧方法具体是：干燥压缩空气进入总进气管路(1)后，其特征是，连续和周期性地包括以下步骤进行制氧：
(1)电磁阀V1、V4、V9开启，A塔进气，B塔向A塔加压直至压力平衡，C塔排氮，持续时间为t1；
(2)电磁阀V2、V4、V9开启，A塔继续进气，B塔向C塔反冲，C塔排氮，持续时间为t2；
(3)电磁阀V2、V4开启，A塔继续进气，B塔向C塔加压直至压力平衡，持续时间为t3；
(4)电磁阀V3、V4、V8开启，A塔继续进气，A塔向C塔加压，为C塔建立吸附压力，B塔排氮，持续时间为t4；
(5)电磁阀V3、V6、V8开启，C塔进气，A塔向C塔加压直至压力平衡，B塔排氮，持续时间为t5；
(6)电磁阀V1、V6、V8开启，C塔继续进气，A塔向B塔反冲，B塔排氮，持续时间为t6；
(7)电磁阀V1、V6开启，C塔继续进气，A塔向B塔加压直至压力平衡，持续时间为t7；
(8)电磁阀V2、V6、V7开启，C塔继续进气，C塔向B塔加压，为B塔建立吸附压力，A塔排氮，持续时间为t8；
(9)电磁阀V2、V5、V7开启，B塔进气，C塔向B塔加压直至压力平衡，A塔排氮，持续时间为t9；
(10)电磁阀V3、V5、V7开启，B塔继续进气，C塔向A塔反冲，A塔排氮，持续时间为t10；
(11)电磁阀V3、V5开启，B塔继续进气，C塔向A塔加压直至压力平衡，持续时间为t11；
(12)电磁阀V1、V5、V9开启，B塔继续进气，B塔向A塔加压，为A塔建立吸附压力，C塔排氮，持续时间为t12。
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