CN102423603A - 变压吸附制氧设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压吸附制氧设备及方法。变压吸附制氧设备的第一干燥装置的入口与干燥空气进气管路的出口通过第一管路连接；第一干燥装置的出口与第一吸附装置的入口连接；第一吸附装置的出口与成品气输出管路可通断地连接；第二干燥装置的入口与干燥空气进气管路的出口通过第二管路连接，第二干燥装置的出口与第二吸附装置的入口连接；第一吸附装置的出口和第二干燥装置的入口通过第三管路连接；第二吸附装置的出口和第一干燥装置的入口通过第四管路连接；第一吸附装置的出口和第二吸附装置的出口通过第五管路连接。本发明采用压缩空气吸附式干燥、六阀交叉式均压流程，大幅缩短了压缩空气的净化流程，大幅降低了制造成本。

Description

变压吸附制氧设备及方法

技术领域

本发明涉及制氧机械及方法领域，更具体地，涉及一种变压吸附制氧设备及方法。

背景技术

变压吸附空气分离是一种空气分离技术，它主要是依靠分子筛(变压吸附空气分离设备的关键部件)在不同压力下对空气中各组份气体的吸附容量和吸附速率的不同来达到将各组份气体分离的目的。变压吸附空气分离设备分为制氮设备和制氧设备，广泛应用于化工、电子、医疗、煤炭、冶金、食品储存等行业。

由于变压吸附空分设备的关键部件——分子筛是一种内部含有大量微孔的颗粒状物质(如长条圆柱型、球型等)，因此怕油、水和粉尘。但是，现有技术中，出于成本和效益的考虑，一般都采用喷油螺杆的空压机作为空气分离设备的压缩空气源，因此生产出的压缩空气内含有大量的油分和水分。因此，压缩空气进入分子筛之前，必须进行深度的除油、除水和除尘。

为了除去压缩空气中的油、水和粉尘，往往采用冷干机除水，然后利用3-5级过滤器进行层层过滤才能勉强达到压缩空气的净化要求，这样不仅造成了压缩空气的压力降增大，而且冷干机本身也要消耗较多的电能。

另外，由于变压吸附制氧设备的分子筛对水非常敏感，因此对压缩空气中的水含量要求更为严格，一般情况下冷干机的除水效果已经不能满足其使用要求，必须采用吸附式干燥或者组合式干燥才能达到要求，这样不仅使压缩空气压力更大下降，而且使制造成本和后期的维护成本都居高不下。

发明内容

本发明旨在提供一种变压吸附制氧设备及方法，以解决现有技术压缩空气净化的流程长、成本高、可靠性低的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种变压吸附制氧设备，包括：干燥空气进气管路；成品气输出管路；排空管路；第一干燥装置，第一干燥装置包括入口和出口；第一干燥装置的入口与干燥空气进气管路的出口通过第一管路连接；第一吸附装置，第一吸附装置包括入口和出口，第一干燥装置的出口与第一吸附装置的入口连接；第一吸附装置的出口与成品气输出管路可通断地连接；第二干燥装置，第二干燥装置包括入口和出口；第二干燥装置的入口与干燥空气进气管路的出口通过第二管路连接，第二吸附装置，第二吸附装置包括入口和出口，第二干燥装置的出口与第二吸附装置的入口连接；第一吸附装置的出口和第二干燥装置的入口通过第三管路连接；第二吸附装置的出口和第一干燥装置的入口通过第四管路连接；第一吸附装置的出口和第二吸附装置的出口通过第五管路连接；第二吸附装置的出口与成品气输出管路可通断地连接；第一阀，第一阀串联地设置在第一管路上；第二阀，第二阀串联地设置在第二管路上；第三阀，第三阀串联地设置在第三管路上；第四阀，第四阀串联地设置在第四管路上；第五阀，第一干燥装置的入口通过第五阀与排空管路连接；和第六阀，第二干燥装置的入口通过第六阀与排空管路连接。

进一步地，变压吸附制氧设备还包括依次连接的第一过滤器、缓冲罐、空压机、冷却器和第二过滤器，第二过滤器的出口与干燥空气进气管路的入口连接。

进一步地，第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀和第六阀是气动阀；干燥空气进气管路的出口通过电磁换向阀与第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀的控制口连接。

进一步地，干燥空气进气管路的出口通过依次连接的单向阀和蓄压罐与电磁换向阀连接。

进一步地，变压吸附制氧设备还包括第七阀，第七阀串联地设置在第五管路上，第七阀是节流阀。

根据本发明的另一个方面，提供了一种变压吸附制氧方法，提供第一干燥装置、第一吸附装置、第二干燥装置和第二吸附装置，第一干燥装置的出口与第一吸附装置的入口连接，第二干燥装置的出口与第二吸附装置的入口连接，变压吸附制氧方法包括以下步骤：步骤1，向第一干燥装置的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向第二干燥装置的入口输入经过干燥的压缩空气，将第一吸附装置生成的一部分氧气输出为成品气；将第一吸附装置生成的另一部分氧气由第二吸附装置的出口输入第二吸附装置内，以使第二吸附装置和第二干燥装置再生，直到第一吸附装置吸附饱和且第二吸附装置和第二干燥装置再生完全；步骤2，继续向第一干燥装置的入口输入压缩空气，并将第一吸附装置的出口与第二干燥装置的入口连通，以使第一吸附装置内的残余气体和继续进入第一吸附装置内的压缩空气进入到第二干燥装置和第二吸附装置内，直到第一吸附装置与第二吸附装置内的压力均衡；步骤3，向第二干燥装置的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向第一干燥装置的入口输入经过干燥的压缩空气，将第二吸附装置生成的一部分氧气输出为成品气；将第二吸附装置生成的另一部分氧气由第一吸附装置的出口输入第一吸附装置内，以使第一吸附装置和第一干燥装置再生，直到第二吸附装置吸附饱和且第一吸附装置和第一干燥装置再生完全；步骤4，继续向第二干燥装置的入口输入压缩空气，并将第二吸附装置的出口与第一干燥装置的入口连通，以使第二吸附装置内的残余气体和继续进入第二吸附装置内的压缩空气进入到第一干燥装置和第一吸附装置内，直到第一吸附装置与第二吸附装置内的压力均衡；步骤5，执行步骤1。

进一步地，在步骤1中，将对第二吸附装置进行再生后的气体，由第二干燥装置的入口经过消声器排出。。

进一步地，在步骤3中，将对第一吸附装置进行再生后的气体，由第一干燥装置的入口经过消声器排出。

本发明采用压缩空气吸附式干燥、六阀交叉式均压流程，大幅缩短了压缩空气的净化流程，仅仅采用冷却器、第二过滤器和第一、第二干燥装置就达到了使用效果，从而大幅降低了制造成本，特别是在小型的变压吸附制氧设备上，效果更加明显。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的结构示意图。

图中附图标记：1、第一吸附装置；2、第一干燥装置；3、第二吸附装置；4、第二干燥装置；5、干燥空气进气管路；6、成品气输出管路；7、排空管路；8、第一管路；9、第二管路；10、第一阀；11、第二阀；12、第三管路；13、第四管路；14、第五管路；15、第三阀；16、第四阀；17、第五阀；18、第六阀；19、第一过滤器；20、缓冲罐；21、空压机；22、冷却器；23、第二过滤器；24、电磁换向阀；25、单向阀；26、蓄压罐；27、第七阀；28、单向阀；29、单向阀；30、节流阀；31、消声器；32、安全阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，提供了一种变压吸附制氧设备。如图1所示，该变压吸附制氧设备包括：干燥空气进气管路5、成品气输出管路6、排空管路7、第一干燥装置2、第一吸附装置1、第二干燥装置4和第二吸附装置3。

第一干燥装置2包括入口和出口；第一干燥装置2的入口与干燥空气进气管路5的出口通过第一管路8连接。第一吸附装置1包括入口和出口，第一干燥装置2的出口与第一吸附装置1的入口连接。第一吸附装置1的出口与成品气输出管路6可通断地连接。

第二干燥装置4包括入口和出口；第二干燥装置4的入口与干燥空气进气管路5的出口通过第二管路9连接。第二吸附装置3包括入口和出口，第二干燥装置4的出口与第二吸附装置3的入口连接。第二吸附装置3的出口与成品气输出管路6可通断地连接。

第一吸附装置1的出口和第二干燥装置4的入口通过第三管路12连接；第二吸附装置3的出口和第一干燥装置2的入口通过第四管路13连接；第一吸附装置1的出口和第二吸附装置3的出口通过第五管路14连接。

该变压吸附制氧设备还包括第一阀10、第二阀11、第三阀15、第四阀16、第五阀17和第六阀18。其中，第一阀10串联地设置在第一管路8上；第二阀11串联地设置在第二管路9上；第三阀15串联地设置在第三管路12上；第四阀16串联地设置在第四管路13上。第一干燥装置2的入口通过第五阀17与排空管路7连接；第二干燥装置4的入口通过第六阀18与排空管路7连接。优选地，第一阀10、第二阀11、第三阀15、第四阀16、第五阀17和第六阀18是气动阀。

下面详细介绍本发明中的变压吸附制氧设备的工作过程。

首先，第一干燥装置2和第一吸附装置1处于工作状态，且第二干燥装置4和第二吸附装置3处于再生状态。第一阀10和第六阀18处于打开的状态，第二阀11、第三阀15、第四阀16和第五阀17处于关闭的状态。这样，经过干燥的压缩空气由干燥空气进气管路5的出口通过第一管路8进入第一干燥装置2中，以便于对其进行深度除水，然后再进入第一吸附装置1中进行吸附，以将氧气和氮气分离开来，生成的氧气通过第一吸附装置1的出口排出，氮气被吸附在第一吸附装置1的分子筛内。从第一吸附装置1排出的氧气分成两部分，其中，一部分直接通过成品气输出管路6输出，另一部分则通过第五管路14进入第二吸附装置3中，将第二吸附装置3中吸附的氮气置换出来，从而实现对第二吸附装置3的再生。接着，来自第一吸附装置1的氧气和置换出来的氮气进入第二干燥装置4，然后对第二干燥装置内的干燥剂进行再生，以将干燥剂内吸附的水分带出，并经过排空管路7排出。优选地，在排空管路7上设置有消声器31。

当第一干燥装置2和第一吸附装置1吸附饱和、且第二干燥装置4和第二吸附装置3再生完全后，进行均压操作。此时，第一阀10和第三阀15处于打开状态，第二阀11、第四阀16、第五阀17和第六阀18处于关闭状态。经过干燥的压缩气体继续输入第一干燥装置2内并进入第一吸附装置1内，然后与第一吸附装置1内残余的气体一起通过第三管路12进入第二干燥装置4内，直到实现压力均衡为止。

接着，第一干燥装置2和第一吸附装置1处于再生状态，而第二干燥装置4和第二吸附装置3处于工作状态。此时，第二阀11和第五阀17处于打开的状态，第一阀10、第三阀15、第四阀16、和第六阀18处于关闭的状态。这样，经过干燥的压缩空气由干燥空气进气管路5的出口通过第二管路9进入第二干燥装置4中，以便于对其进行深度除水，然后再进入第二吸附装置3中进行吸附，以将氧气和氮气分离开来，生成的氧气通过第二吸附装置3的出口排出，氮气被吸附在第二吸附装置3的分子筛内。从第二吸附装置3排出的氧气分成两部分，其中，一部分直接通过成品气输出管路6输出，另一部分则通过第五管路14进入第一吸附装置1中，将第一吸附装置1中吸附的氮气置换出来，从而实现对第一吸附装置1的再生。接着，来自第二吸附装置3的氧气和置换出来的氮气进入第一干燥装置2，然后对第一干燥装置内的干燥剂进行再生，以将干燥剂内吸附的水分带出，并经过排空管路7排出。

当第二干燥装置4和第二吸附装置3吸附饱和、且第一干燥装置2和第一吸附装置1再生完全后，进行均压操作。此时，第二阀11和第四阀16处于打开状态，第一阀10、第三阀15、第五阀17和第六阀18处于关闭状态。经过干燥的压缩气体继续输入第二干燥装置4内并进入第二吸附装置3内，然后与第二吸附装置3内残余的气体一起通过第四管路13进入第一干燥装置2内，直到实现均压为止。

如此不断地循环操作，即达到了变压吸附制氧工艺的周而复始，可使整个制氧过程稳定地运行。

如图1所示，变压吸附制氧设备还包括依次连接的第一过滤器19、缓冲罐20、空压机21、冷却器22和第二过滤器23，第二过滤器的出口与干燥空气进气管路5的入口连接。空气经过第一过滤器19过滤除尘后，进入缓冲罐20内进行稳流，以消除空气流动产生漩涡时发出的噪音。然后，空气进入空压机21(优选地，采用无油空压机)中，被压缩到额定的压力；接着，由空压机21出来的压缩空气进入冷却器22(优选地，是风冷却器)内冷却，使液态水析出(当然，如果大气非常干燥，则可能没有液态水析出)。然后，被冷却的压缩空气进入第二过滤器23内，以滤除更小粒径的粉尘和上述析出的液态水，并最终形成初步干燥的过滤的压缩空气，以供第一干燥装置和第二干燥装置使用。

优选地，如图1所示，优选地，干燥空气进气管路5的出口通过依次连接的单向阀25和蓄压罐26与电磁换向阀24连接。进一步地，干燥空气进气管路5的出口通过电磁换向阀24与第一阀10、第二阀11、第三阀15、第四阀16、第五阀17和第六阀18的控制口连接。由干燥空气进气管路5输出的压缩空气的一部分经过单向阀25进入蓄压罐26内，从而保证蓄压罐26内具有稳定的压力，以便利用该稳定的压力对第一阀10、第二阀11、第三阀15、第四阀16、第五阀17和第六阀18进行操作(例如打开和关闭)。

优选地，干燥空气进气管路5与第一干燥装置2和第二干燥装置4的连接管路上设置有安全阀32，以确保压缩空气的压力保持在一定范围之内，防止由于压力过高而影响设备正常、安全运行。

如图1所示，变压吸附制氧设备还包括第七阀27，第七阀27串联地设置在第五管路14上，第七阀27是节流阀。优选地，第七阀27是球阀。通过第七阀27，可以控制由第一吸附装置1流向第二吸附装置3的氧气的流量，也可以控制由第二吸附装置3流向第一吸附装置1的氧气的流量。在再生和均压的过程中，第七阀27始终处于打开状态。

优选地，第一吸附装置1的出口与成品气输出管路6通过单向阀28可通断地连接。第二吸附装置3的出口与成品气输出管路6通过单向阀29可通断地连接。优选地，在成品气输出管路6上还设置有节流阀30。在再生和均压的过程中，节流阀30始终处于打开状态。

在上述实施例的基础上，作为本发明的第二方面，提供了一种变压吸附制氧方法。请参考并结合图1所示的实施例，本方法提供第一干燥装置2、第一吸附装置1、第二干燥装置4和第二吸附装置3；其中，第一干燥装置2的出口与第一吸附装置1的入口连接，第二干燥装置4的出口与第二吸附装置3的入口连接。

本发明中的方法包括以下步骤：

步骤1，向第一干燥装置2的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向第二干燥装置4的入口输入经过干燥的压缩空气，将第一吸附装置1生成的一部分氧气输出为成品气；将第一吸附装置1生成的另一部分氧气由第二吸附装置3的出口输入第二吸附装置3内，以使第二吸附装置3和第二干燥装置4再生，直到第一吸附装置1吸附饱和且第二吸附装置3和第二干燥装置4再生完全；

步骤2，继续向第一干燥装置2的入口输入压缩空气，并将第一吸附装置1的出口与第二干燥装置4的入口连通，以使第一吸附装置1内的残余气体和继续进入第一吸附装置1内的压缩空气进入到第二干燥装置4和第二吸附装置3内，直到第一吸附装置1与第二吸附装置3内的压力均衡；

步骤3，向第二干燥装置4的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向第一干燥装置2的入口输入经过干燥的压缩空气，将第二吸附装置3生成的一部分氧气输出为成品气；将第二吸附装置3生成的另一部分氧气由第一吸附装置1的出口输入第一吸附装置1内，以使第一吸附装置1和第一干燥装置2再生，直到第二吸附装置3吸附饱和且第一吸附装置1和第一干燥装置2再生完全；

步骤4，继续向第二干燥装置4的入口输入压缩空气，并将第二吸附装置3的出口与第一干燥装置2的入口连通，以使第二吸附装置3内的残余气体和继续进入第二吸附装置3内的压缩空气进入到第一干燥装置2和第一吸附装置1内，直到第一吸附装置1与第二吸附装置3内的压力均衡；

步骤5，执行步骤1。

因此，通过上述步骤1～步骤4的不断循环，即达到了变压吸附制氧工艺的周而复始，可使整个制氧过程稳定地运行。

优选地，在步骤1中，将对第二吸附装置3进行再生后的气体，由第二干燥装置4的入口经过消声器31排出。优选地，在步骤3中，将对第一吸附装置1进行再生后的气体，由第一干燥装置2的入口经过消声器31排出。

本发明采用压缩空气吸附式干燥、六阀(即第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀和第六阀)交叉式均压流程，大幅缩短了压缩空气的净化流程，仅仅采用冷却器、第二过滤器和第一、第二干燥装置(优选地，是吸附式干燥装置)就达到了使用效果，从而大幅降低了制造成本，特别是在小型的变压吸附制氧设备上，效果更加明显。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变压吸附制氧设备，其特征在于，包括：

干燥空气进气管路(5)；

成品气输出管路(6)；

排空管路(7)；

第一干燥装置(2)，所述第一干燥装置(2)包括入口和出口；所述第一干燥装置(2)的入口与所述干燥空气进气管路(5)的出口通过第一管路(8)连接；

第一吸附装置(1)，所述第一吸附装置(1)包括入口和出口，所述第一干燥装置(2)的出口与所述第一吸附装置(1)的入口连接；所述第一吸附装置(1)的出口与所述成品气输出管路(6)可通断地连接；

第二干燥装置(4)，所述第二干燥装置(4)包括入口和出口；所述第二干燥装置(4)的入口与所述干燥空气进气管路(5)的出口通过第二管路(9)连接；

第二吸附装置(3)，所述第二吸附装置(3)包括入口和出口，所述第二干燥装置(4)的出口与所述第二吸附装置(3)的入口连接；所述第一吸附装置(1)的出口和所述第二干燥装置(4)的入口通过第三管路(12)连接；

所述第二吸附装置(3)的出口和所述第一干燥装置(2)的入口通过第四管路(13)连接；所述第一吸附装置(1)的出口和所述第二吸附装置(3)的出口通过第五管路(14)连接；所述第二吸附装置(3)的出口与所述成品气输出管路(6)可通断地连接；

第一阀(10)，所述第一阀(10)串联地设置在所述第一管路(8)上；

第二阀(11)，所述第二阀(11)串联地设置在所述第二管路(9)上；

第三阀(15)，所述第三阀(15)串联地设置在所述第三管路(12)上；

第四阀(16)，所述第四阀(16)串联地设置在所述第四管路(13)上；

第五阀(17)，所述第一干燥装置(2)的入口通过所述第五阀(17)与所述排空管路(7)连接；和

第六阀(18)，所述第二干燥装置(4)的入口通过所述第六阀(18)与所述排空管路(7)连接。

2.根据权利要求1所述的变压吸附制氧设备，其特征在于，所述变压吸附制氧设备还包括依次连接的第一过滤器(19)、缓冲罐(20)、空压机(21)、冷却器(22)和第二过滤器(23)，所述第二过滤器(23)的出口与所述干燥空气进气管路(5)的入口连接。

3.根据权利要求1或2所述的变压吸附制氧设备，其特征在于，所述第一阀(10)、第二阀(11)、第三阀(15)、第四阀(16)、第五阀(17)和第六阀(18)是气动阀；

所述干燥空气进气管路(5)的出口通过电磁换向阀(24)与所述第一阀(10)、第二阀(11)、第三阀(15)、第四阀(16)、第五阀(17)、第六阀(18)的控制口连接。

4.根据权利要求3所述的变压吸附制氧设备，其特征在于，所述干燥空气进气管路(5)的出口通过依次连接的单向阀(25)和蓄压罐(26)与所述电磁换向阀(24)连接。

5.根据权利要求3所述的变压吸附制氧设备，其特征在于，所述变压吸附制氧设备还包括第七阀(27)，所述第七阀(27)串联地设置在所述第五管路(14)上，所述第七阀(27)是节流阀。

6.一种变压吸附制氧方法，提供第一干燥装置(2)、第一吸附装置(1)、第二干燥装置(4)和第二吸附装置(3)，所述第一干燥装置(2)的出口与所述第一吸附装置(1)的入口连接，所述第二干燥装置(4)的出口与所述第二吸附装置(3)的入口连接，其特征在于，所术变压吸附制氧方法包括以下步骤：

步骤1，向所述第一干燥装置(2)的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向所述第二干燥装置(4)的入口输入经过干燥的压缩空气，将所述第一吸附装置(1)生成的一部分氧气输出为成品气；将所述第一吸附装置(1)生成的另一部分氧气由所述第二吸附装置(3)的出口输入所述第二吸附装置(3)内，以使所述第二吸附装置(3)和所述第二干燥装置(4)再生，直到所述第一吸附装置(1)吸附饱和且所述第二吸附装置(3)和所述第二干燥装置(4)再生完全；

步骤2，继续向所述第一干燥装置(2)的入口输入所述压缩空气，并将所述第一吸附装置(1)的出口与所述第二干燥装置(4)的入口连通，以使所述第一吸附装置(1)内的残余气体和继续进入所述第一吸附装置(1)内的压缩空气进入到所述第二干燥装置(4)和所述第二吸附装置(3)内，直到所述第一吸附装置(1)与所述第二吸附装置(3)内的压力均衡；

步骤3，向所述第二干燥装置(4)的入口输入经过干燥的压缩空气，停止向所述第一干燥装置(2)的入口输入经过干燥的压缩空气，将所述第二吸附装置(3)生成的一部分氧气输出为成品气；将所述第二吸附装置(3)生成的另一部分氧气由所述第一吸附装置(1)的出口输入所述第一吸附装置(1)内，以使所述第一吸附装置(1)和所述第一干燥装置(2)再生，直到所述第二吸附装置(3)吸附饱和且所述第一吸附装置(1)和所述第一干燥装置(2)再生完全；

步骤4，继续向所述第二干燥装置(4)的入口输入所述压缩空气，并将所述第二吸附装置(3)的出口与所述第一干燥装置(2)的入口连通，以使所述第二吸附装置(3)内的残余气体和继续进入所述第二吸附装置(3)内的压缩空气进入到所述第一干燥装置(2)和所述第一吸附装置(1)内，直到所述第一吸附装置(1)与所述第二吸附装置(3)内的压力均衡；

步骤5，执行步骤1。

7.根据权利要求6所述的变压吸附制氧方法，其特征在于，在所述步骤1中，将对所述第二吸附装置(3)进行再生后的气体，由所述第二干燥装置(4)的入口经过消声器(31)排出。

8.根据权利要求6或7所述的变压吸附制氧方法，其特征在于，在所述步骤3中，将对所述第一吸附装置(1)进行再生后的气体，由所述第一干燥装置(2)的入口经过消声器(31)排出。