CN103693624A - 一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机 - Google Patents

Abstract

一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，由空压机、预处理装置、空气缓冲罐、一体化分子筛吸附塔、步进电机、增压机、氧气储罐组成，其特征在于，一体化分子筛吸附塔由六个隔开的扇形分子筛吸附柱构成，由步进电机控制旋转，进气管道和出气管道分别由两级节流孔板隔开，形成六个区，使得压力逐级变化。本发明提供的连续制氧机通过步进电机控制一体化分子筛吸附塔旋转，节省了电磁阀及电磁阀切换控制系统，降低了能耗，提高了制氧稳定性。各分子筛吸附柱压力逐级变化，避免了分子筛吸附柱的过大压力变化和温度变化，延长了分子筛寿命。本发明可实现连续制氧，省去了反吹过程，提高了氧气回收率。本发明可适用于纯度要求不太高的简易家庭制氧。

Description

一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机

技术领域

本发明涉及一种连续制氧装置，特别涉及一种一体化分子筛吸附塔及连续型制氧机。

背景技术

变压吸附制氧装置是利用分子筛在不同压力下对氮气和氧气吸附速率及吸附容量的不同而将氮气氧气分离的装置。空气经空压机加压后进入分子筛吸附塔，分子筛在较高压力下吸附氮气，而氧气则通过分子筛吸附塔进入氧气收集装置。分子筛吸附饱和后降压解吸氮气。如此吸附、解吸交替进行。

现有变压吸附装置的吸附塔多为两塔、三塔、四塔间歇工作。现有变压吸附装置采用电磁阀开关切换，控制各吸附塔工作状态，电磁阀频繁切换操作复杂，对控制系统要求很高。如变压吸附制氧装置(公开号CN1814543A)采用进气程控阀实现各塔连通和工作状态转换，对控制系统要求很高。又如制氧机(公开号CN101683971A)装有若干电磁阀，控制点较多，增加了控制难度。

现有变压吸附装置中单个吸附塔频繁迅速升压、降压，冷热交替，导致分子筛寿命缩短，影响氧气质量；单个吸附塔内压力波动大，会使有规则排列的吸附剂床层不规则化，导致气流不稳定，影响吸附效果，降低吸附剂生产能力。如高效节能变压吸附制氧设备及制氧工艺(公开号CN1951540A)旨在提高分子筛利用率，但只是通过控制进气、出氧时间，并未考虑到较大压力变化和温度变化对分子筛吸附效率和寿命的影响。

现有吸附塔多采用连续反吹方式，降低了氧气回收率。如六塔吸附制氧方法(公开号101049911A)通过增加吸附塔个数提高氧气回收率，但忽略了连续反吹对氧气回收率的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续制氧装置。该装置核心部件是一体化分子筛吸附塔。一体化分子筛吸附塔为吸附和解吸一体化结构，可避免电磁阀切换，降低运行成本，增加系统运行可靠性；还可避免吸附塔高压吸附和常压解吸工作状态直接切换造成的过大压力变化和温度变化，延长分子筛寿命；此外，在氧气纯度要求不太高的情况下，省去反吹过程，可大幅度提高氧气回收率。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，由空压机(1)、预处理装置(2)、空气缓冲罐(3)、一体化分子筛吸附塔(4)、步进电机(5)、增压机(6)、氧气储罐(7)组成，其中一体化分子筛吸附塔(4)由六个隔开的扇形分子筛吸附柱构成，由步进电机控制旋转，进气管道和出气管道分别由两级节流孔板(8)隔开，形成六个区，使得压力逐级变化。

如上所述一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其中一体化分子筛吸附塔由六个隔开的扇形分子筛吸附柱构成，六个扇形分子筛吸附柱构成一个圆柱整体，由步进电机控制其旋转，分子筛吸附柱分别连通各自下方的进气、出气区。三个进气区之间由两级节流孔板隔开，使得进气区气体压力逐级改变。三个出气区之间由两级节流孔板隔开，使得出气区气体压力逐级改变。一体化分子筛吸附塔可旋转，由步进电机控制。分子筛吸附塔下方的进气、出气区固定。

如上所述一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其中预处理装置中包含了多层过滤装置、除油装置和干燥装置，除去微细颗粒物、油和水分。

如上所述一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其中步进电机旋转周期由分子筛吸附柱动态吸附容量确定。

如上所述一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其中进气、出气区由节流孔板分隔而成，进气管路由两级节流孔板分隔成三个压力区，出气管路由两级节流孔板分隔成三个压力区，分子筛吸附柱进行区域切换时压力变化较小，温度变化较小。

如上所述一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其中节流孔板的孔可为圆形或多边形，孔个数及孔径大小根据节流孔板前后两区压差确定。

分子筛吸附柱a、b、c中进行的是升压吸附过程。距离进气口最近的分子筛吸附柱c中气体压力最大，为0.3～0.5MPa。经过一级节流孔板后分子筛吸附柱b中气体压力降低，为0.24～0.36MPa。经过第二级节流孔板后分子筛吸附柱a中气体压力进一步降低，为0.17～0.23MPa。分子筛吸附柱d、e、f中进行的是降压解吸过程。距离出气口最近的分子筛吸附柱f中气体压力最低，为大气压0.09～0.11MPa。分子筛吸附柱e经一级节流孔板与分子筛吸附柱f连通，分子筛吸附柱e中气体压力为0.17～0.23MPa。分子筛吸附柱d经一级节流孔板与分子筛吸附柱e连通，分子筛吸附柱d中气体压力为0.24～0.36MPa。同一时刻来看，分子筛吸附柱f→a→b→c→d→e→f形成一个压力由大气压0.09～0.11MPa逐级升高至进气口压力0.3～0.5MPa，再逐级降低至大气压0.09～0.11MPa的压力闭环。

如上所述的进气口压力为0.3～0.5MPa，出气口压力为大气压0.09～0.11MPa。经节流孔板后每个分子筛吸附柱压力以固定压差逐级改变。各级节流孔板孔径及孔个数不同，孔径及孔个数由节流孔板前后两区压差计算得出。

通过步进电机控制分子筛吸附柱的旋转实现各扇形分子筛吸附柱工作状态的切换。分子筛吸附柱经过一定时间顺时针(俯视)旋转60°，从而实现了分子筛吸附柱与相邻进气、出气区相连。单个分子筛吸附柱经六次旋转完成一个吸附、解吸周期。单个分子筛吸附柱内气体压力经历逐级升高再逐级降低的过程，确保了分子筛吸附柱的吸附稳定性，避免了分子筛吸附柱内过大的压力变化和温度变化。

本发明具有以下优点：

1、一体化分子筛吸附塔可实现连续制氧；

2、各分子筛吸附柱压力逐级变化，避免了过大压力变化和温度变化，延长分子筛寿命；

3、连续制氧机通过步进电机控制一体化分子筛吸附塔旋转，简便易行，节省了电磁阀及电磁阀切换控制系统，提高了制氧稳定性；

4、在氧气纯度要求不太高的情况下，省去了反吹过程，大幅度提高了氧气回收率。

附图说明

图1为本发明的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机的构造示意图

图2为本发明的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机的一体化分子筛吸附塔构造示意图

图3为本发明的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机的节流孔板构造示意图

其中：1-空压机，2-预处理装置，3-空气缓冲罐，4-一体化分子筛吸附塔，5-步进电机，6-增压机，7-氧气储罐，8-节流孔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如附图1所示，一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，由空压机(1)、预处理装置(2)、空气缓冲罐(3)、一体化分子筛吸附塔(4)、步进电机(5)、增压机(6)、氧气储罐(7)组成，空压机(1)为制氧系统提供压缩空气，预处理装置(2)由多层过滤膜片、除油膜片、干燥剂组成，可去除微细颗粒物、油和水分，空气缓冲罐(3)可以保证进气气流和气压的稳定性，一体化分子筛吸附塔(4)为核心制氧部件，根据氮气氧气在不同压力下吸附容量和吸附速率不同，将空气中的氮气与氧气分离，步进电机(5)控制一体化分子筛吸附塔旋转，达到各分子筛吸附柱工作状态切换的目的，增压机(6)用以加压分离制得的氧气，氧气储罐(7)用以存储氧气。

具体工作流程如下：空气由空压机(1)加压后进入预处理装置(2)净化，除去微细颗粒物、油和水分。净化后的空气进入空气缓冲罐(3)，用以保障进气气流及压力稳定。从空气缓冲罐(3)出来的空气经进气口进入进气管道，进气管道由两级节流孔板(8)分隔成三个压力区，自进气口处由近及远压力逐级降低。三个压力区分别连通三个进行升压吸附过程的分子筛吸附柱a，b，c。空气中的氮气被分子筛吸附，氧气则通过分子筛吸附柱。通过分子筛吸附柱的氧气经增压风机(6)增压后进入氧气储罐(7)。

如附图2所示一体化分子筛吸附塔(4)由六个隔开的扇形分子筛吸附柱a、b、c、d、e、f构成，由步进电机(5)控制一体化分子筛吸附塔(4)旋转。分子筛吸附塔可旋转，分子筛吸附塔下方的进气、出气区固定。分子筛吸附塔隔一定时间顺时针(俯视)旋转60°，使得a、b、c、d、e、f分子筛吸附柱分别与相邻下一进气、出气区连通，实现各分子筛吸附柱工作状态的切换。由步进电机控制的分子筛吸附柱旋转周期依据分子筛吸附柱吸附容量确定。单个吸附柱依次经历三次升压、吸附过程和三次降压、解吸过程，完成一个周期。

如附图2所示进气管道和出气管道分别由两级节流孔板(8)隔开，形成六个区，使得压力逐级变化。空气从进气口进入，压力为0.3～0.5MPa。出气口压力为大气压0.09～0.11MPa。经节流孔板(8)后每个分子筛吸附柱压力以固定压差逐级改变，各级节流孔板孔径及孔个数不同。a、b、c分子筛吸附柱吸附氮气，氧气从吸附柱上端流出进入氧气收集装置。吸附饱和的分子筛吸附柱旋转依次经过三级出气区，逐级降压解吸，解吸氮气进入出气管道，再由出气口排出。此分子筛吸附塔为一体化结构，利于各吸附柱间热量传递，避免了较大温差对吸附容量的影响。

如附图2所示分子筛吸附柱a、b、c中进行的是升压吸附过程。距离进气口最近的分子筛吸附柱c中气体压力最大，为0.3～0.5MPa。经过一级节流孔板后分子筛吸附柱b中气体压力降低，为0.24～0.36MPa。经过第二级节流孔板后分子筛吸附柱a中气体压力进一步降低，为0.17～0.23MPa。分子筛吸附柱d、e、f中进行的是降压解吸过程。距离出气口最近的分子筛吸附柱f中气体压力最低，为大气压常压，为0.09～0.11MPa。分子筛吸附柱e经一级节流孔板与分子筛吸附柱f连通，分子筛吸附柱e中气体压力为0.17～0.23MPa。分子筛吸附柱d经第二级节流孔板与分子筛吸附柱e连通，分子筛吸附柱d中气体压力为0.24～0.36MPa。

如附图3所示节流孔板(8)上有多个圆形孔或多边形孔，孔径大小和孔的个数根据节流孔板前后两区压差计算确定。

Claims (6)

1.一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，由空压机、预处理装置、空气缓冲罐、一体化分子筛吸附塔、步进电机、增压机、氧气储罐在气路上顺次连接组成，其特征在于，一体化分子筛吸附塔由六个隔开的扇形分子筛吸附柱构成，由步进电机控制旋转，进气管道和出气管道分别由两级节流孔板隔开，形成六个区，使得压力逐级变化。

2.如权利要求1所述的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其特征在于，一体化分子筛吸附塔由六个隔开的扇形分子筛吸附柱构成，六个扇形分子筛吸附柱构成一个圆柱整体，由步进电机控制其旋转，分子筛吸附柱分别连通各自下方的进气、出气区。三个进气区之间由两级节流孔板隔开，使得进气区气体压力逐级改变。三个出气区之间由两级节流孔板隔开，使得出气区气体压力逐级改变。一体化分子筛吸附塔可旋转，由步进电机控制。分子筛吸附塔下方的进气、出气区固定。

3.如权利要求1所述的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其特征在于，预处理装置中包含了多层过滤装置、除油装置和干燥装置，除去微细颗粒物、油和水分。

4.如权利要求1所述的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其特征在于，步进电机旋转周期由分子筛吸附柱动态吸附容量确定。

5.如权利要求1所述的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其特征在于，进气、出气区由节流孔板分隔而成，进气管路由两级节流孔板分隔成三个压力区，出气管路由两级节流孔板分隔成三个压力区，分子筛吸附柱进行区域切换时压力变化较小，温度变化较小。

6.如权利要求1所述的一种设有一体化分子筛吸附塔的连续制氧机，其特征在于，节流孔板的孔可为圆形或多边形，孔个数及孔径大小根据节流孔板前后两区压差确定。

Images