CN108069400B - 多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法，氧气提纯系统通过富氧气高压缓冲罐T6、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4连接初步分离富氧系统，并通过高纯氧提速管道和干燥净化尾气回收管路连接气体干燥净化系统，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统、压缩机CP1连接空气入口缓冲罐T1，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料组分，提高提纯氧气效率。采用本发明多重尾气回收、气体压缩功回收、多步均压及流量控制技术可实现低能耗同时制取高品质氮气和氧气，同时有效缩短了开机时间。

Description

多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法

技术领域

本发明涉及一种空气分离机械设备，更具体地，涉及一种基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的设备和方法。

背景技术

变压吸附空分技术主要依靠吸附剂在不同压力下对空气中各组分气体的吸附容量不同来达到将各组分气体分离的目的。

变压吸附采用洁净空气为原料，其能源消耗基本来源于压缩机功率消耗，制取成本基本来源于能源消耗费用，如何有效提高单位压缩总功的产气能力，是技术研发的核心方向，对于常规变压吸附空气分离制氮制氧设备而言，降低设备的空氮/氧比（或称提高氮/氧气的回收率）主要从吸附剂的选择出发，不同吸附剂在空氮/氧比的表现差异很大；其次从工艺流程调整出发，不同流程在不同气体品质要求下表现也有明显差异；之外还可以从吸附塔结构、气体分布等细节进行优化。但对于气体压缩功的回收利用及原料空气的组分调整均未见提及，气体压缩功的回收利用能降低单位压缩总功，原料空气的组分调整，对于变压吸附制氧可明显提升产气效率，特别对于氩气比例的调整，将有利于设备减少获得高品质氧气的难度。

相对于传统深冷空分而言，变压吸附空气分离不能同时获得高品质的氮气和氧气是限制其发展的一个重要因素，其中通过变压吸附空气分离制氧一般无法将氧气与氩气进行有效分离，故常规变压吸附制氧设备制取出来的氧气浓度不超过96.0%，专利公开号CN201410053554.8及CN201710160677.5均各自介绍了一种通过多步获得高纯度氧气的方法，但氮气没有得到回收及提纯，仍都是一种单一的变压吸附空气分离制气方式。同时随着其介绍的二级提纯的循环压缩机的加入，其功率总功大幅增加，致使单位制氧成本居高不下，此循环压缩机因为是对90%以上高纯度氧气进行抽负压循环压缩，空压缩对密封的要求很高，否则系统将很难获得99.5%以上纯度的产品氧气，这些都使得设备总体成本很高，在产品气品质上，两者提纯阶段均采用对气体组分中的强吸附剂进行抽负压，使得产品气中的水分、碳氧化合物、碳氢化合物的含量不可控，对高纯氧产品的品质存在疑惑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法的不足，提供一种可同时获得高品质氮气和氧气、压缩总功低、开机时间短的变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备，包括空气过滤器、空气入口电磁阀SV、空气入口缓冲罐T1、压缩机CP1、压缩空气净化系统、气体干燥净化系统、富氧提纯尾气回收罐T2、干燥后缓冲罐T3、高纯氧提速管道、电磁阀SV2、初步分离富氧系统、氮气提纯系统、氧气缓冲系统、氧气提纯系统、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4、富氧气高压缓冲罐T6、富氧气压缩机CP2、富氧提纯尾气回收管路、干燥净化尾气回收管路，所述氧气提纯系统通过富氧气高压缓冲罐T6、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4连接初步分离富氧系统，并通过高纯氧提速管道和干燥净化尾气回收管路连接气体干燥净化系统，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统、压缩机CP1连接空气入口缓冲罐T1，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气、氮气、氩气组分，提高氧气提纯系统的提纯氧气效率；所述初步分离富氧系统连接氮气提纯系统，使富氧出口端的普通氮气作为氮气提纯系统的气源，缩短高品质氮气的提纯时间；所述初步分离富氧系统通过干燥后缓冲罐T3和高纯氧提速管道连接气体干燥净化系统，所述富氧气低压缓冲罐T4与富氧气高压缓冲罐T6之间连接富氧气压缩机CP2，通过初步分离富氧系统的压力回收及富氧气压缩机CP2增压，使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率提高；所述气体干燥净化系统与干燥净化尾气回收管路之间连接有富氧提纯尾气回收罐T2，通过富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气和零辅助再生功耗。

所述气体干燥净化系统包括吸附干燥塔A、吸附干燥塔B，吸附干燥塔A的入口通过进气管路分别与压缩空气管路、排空管路连接，吸附干燥塔A的出口通过出气管路分别与干燥气管路、再生置换管路连接，吸附干燥塔B的入口通过进气管路分别与压缩空气管路、排空管路连接，吸附干燥塔B出口通过出气管路分别与干燥气管路、再生置换管路连接，在压缩空气管路、排空管路、出气管路、干燥气管路、再生置换管路上设置可通断阀门，吸附干燥塔A和吸附干燥塔B出口各支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，排空管路上设置调节流量的孔板废气排空和连接干燥净化尾气回收管路的通断阀门，再生管路上设置与富氧提纯尾气回收罐T2的连接通断阀门，干燥气管路与高纯氧提速管道连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。

所述初步分离富氧系统包括吸附分离塔C、吸附分离塔D，吸附分离塔C和吸附分离塔D的入口分别通过进气管路与干燥原料气管路、排空管路、入口均压管路连接，出口分别通过出气管路与普氮气管路、出口均压管路连接，在进气管路、干燥原料气管路、排空管路、入口均压管路、出气管路、普氮气管路、出口均压管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔C和吸附分离塔D出口普氮气管道支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，干燥原料气管路与干燥后缓冲罐T3连接上设置调节流量的节流阀，排空管路的第一出口与富氧气中压缓冲罐T5通过通断阀门连接，之后再与氧气提纯系统的中压富氧气管路连接，排空管路第二出口与富氧气低压缓冲罐T4通过通断阀门连接，之后与富氧气压缩机CP2、富氧气高压缓冲罐T6、氧气提纯系统的高压富氧气管路32连接，并设置调节流量的孔板或者节流阀。

所述氧气提纯系统包括吸附分离塔E、吸附分离塔F，吸附分离塔E和吸附分离塔F的入口分别通过进气管路与高压富氧气管路、中压富氧气管路、富氧提纯尾气回收管路连接，出口分别通过出气管路与高纯氧气管路连接，所述吸附分离塔E的出口通过E出F入均压管路与吸附分离塔F的入口连接，所述吸附分离塔F的出口通过F出E入均压管路与吸附分离塔E的入口连接，在进气管路、高压富氧气管路、中压富氧气管路、富氧提纯尾气回收管路、出气管路、高纯氧气管路、E出F入均压管路、F出E入均压管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔F的出口与吸附分离塔E的出口设置通断阀门和可调节流量的孔板或者节流阀，富氧提纯尾气回收管路上设置连接干燥净化尾气回收管路的通断阀门和连接富氧提纯尾气回收罐T2的通断阀门，高压富氧气管路与富氧气高压缓冲罐T6连接上设置调节流量的孔板或者节流阀，中压富氧气管路与富氧气中压缓冲罐T5连接，高纯氧气管路第一出口与氧气缓冲系统连接，第二出口通过单向的电磁阀SV2与高纯氧提速管道连接。

所述空气入口缓冲罐T1设置在气体干燥净化系统上游，第一入口与空气入口管路连接，空气入口管路设置空气入口电磁阀SV1，第二入口与干燥净化尾气回收管路连接，出口与压缩机CP1管路连接；所述富氧提纯尾气回收罐T2及干燥后缓冲罐T3设置在气体干燥净化系统下游，富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4及富氧气高压缓冲罐T6设置在初步分离富氧系统下游；所述富氧气压缩机CP2设置在初步分离富氧系统下游，入口端接富氧气低压缓冲罐T4管路连接，出口端接富氧气高压缓冲罐T6；所述气体干燥净化系统的排空管路与干燥净化尾气回收管路通过通断阀门连接，所述氧气提纯系统的富氧提纯尾气回收管路与干燥净化尾气回收管路通过通断阀门连接；所述富氧提纯尾气回收罐T2入口与富氧提纯尾气回收管路通过通断阀门连接，出口与气体干燥净化系统的再生管路通过通断阀门连接。

一种利用多级回收变压吸附快速制氧氮设备制取高品质氧气和氮气的方法，包括：

1）原料空气经空气过滤器及空气入口电磁阀SV1进入处于负压状态下的空气入口缓冲罐T1，气体干燥净化系统及氧气提纯系统排空的富氧气均部分定时进入空气入口缓冲罐T1，氧气提纯系统排空的富氧气部分带压定时进入富氧提纯尾气回收罐T2，当气体干燥净化系统的吸附干燥塔A或吸附干燥塔B处于泄压后再生状态时，富氧提纯尾气回收罐T2与再生塔接通，提高干燥富氧气再生，再生后切断再生管路上与富氧提纯尾气回收罐T2的通断阀门，再生塔进入置换升压状态，升压后切换进入工作状态；

2）初步分离富氧系统排放的富氧气体，在均泄压的过程分为两步：中高压泄压气体进入富氧气中压缓冲罐T5，中低压泄压气体进入氧气低压缓冲罐T4，同时，氧气提纯系统进入的富氧气体，在均升压的过程分为三或四步：富氧气中压缓冲罐T5提供初始升压，氧气提纯系统的吸附分离塔E及吸附分离塔F均压提供二次升压，均压过程可分为吸附分离塔出口端均压及吸附分离塔出口入口端均压两个阶段，当采用其中一个阶段时为第二步，当两个阶段均采用时为第二步与第三步，最后一次升压由富氧气压缩机CP2增压后汇入的富氧气高压缓冲罐T6提供，高纯氧提速管道在开机阶段氧气纯度不合格时，将较高浓度氧气的气体通过此管路送入干燥后缓冲罐T3，之后作为初步分离富氧系统的气源从而加快提高富氧气浓度，作为氧气提纯系统气源的富氧气浓度的提高使得高纯氧浓度更快提升，从而使设备能快速提供合格的高纯氧气输出；

3）初步分离富氧系统的入口端的富氧气体经过氧气提纯系统被提纯为高品质的氧气送入氧气缓冲系统再输出，初步分离富氧系统的出口端的普氮气体经过氮气提纯系统被提纯为高品质氮气输出。

本发明的有益效果是：

1、采用多重尾气回收方法，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气氮气氩气组分，特别是对氩气的稀释作用使得高品质氧气提纯更简单；

2、采用气体压缩功回收方法，将初步分离富氧系统的富氧气通过多重泄压及氧气提纯系统多重升压相结合，降低了压缩机功率，节省能耗；

3、采用氧气提纯系统多步升压，各步升压流量精确控制，多种均压方式混合使用技术能显著提升氧气纯度，而且保持稳定；

4、采用开机制氧提速方法，在开机阶段将氧气提纯系统的产品气送入初步分离富氧系统入口，使设备获得高品质氧气的时间大幅缩短。同时采用富氧出口端普氮作为氮气提纯系统的气源，高品质氮气的时间也大幅缩短；

5、采用气体干燥净化系统、初步分离富氧系统、氧气提纯系统、氮气提纯系统四级变压吸附分离技术进行空气分离，此方法在航空、航天、医疗、军工等领域可替代传统深冷空分低温运行风险、开机时间长而被采用，使得用户在常温工作条件下即可快速获得高品质的氮气和氧气。

附图说明

图1为本发明的多级回收变压吸附快速制氧氮设备的具体实施例的示意图。

图中附图标记：1、空气过滤器；2、空气入口电磁阀SV1；3、空气入口缓冲罐T1；4、空气源压缩机CP1；5、压缩空气净化系统；6、吸附干燥塔A；7、吸附干燥塔A的出气管路；8、干燥净化系统的干燥气管路；9、吸附干燥塔B的出气管路；10、干燥净化系统的再生置换管路；11、吸附干燥塔B；12、高纯氧提速管道；13、高纯氧提速电磁阀SV2；14、吸附分离塔C；15、吸附分离塔C的出气管路；16、初步分离富氧系统的出口均压管路；17、初步分离富氧系统的普氮气管路；18、吸附分离塔D的出气管路；19、吸附分离塔D；20、氮气提纯系统；21、氧气缓冲系统；22、吸附分离塔E；23、吸附分离塔E的出气管路；24、高纯氧气管路；25、E出F入均压管路；26、F出E入均压管路；27、吸附分离塔F的出气管路；28、吸附分离塔F；29、氧气提纯系统；30、吸附分离塔F的进气管路；31、富氧提纯尾气回收管路；32、高压富氧气管路；33、吸附分离塔E的进气管路；34、中压富氧气管路；35、富氧气高压缓冲罐T6；36、富氧气中压缓冲罐T5；37、富氧气压缩机CP2；38、富氧气低压缓冲罐T4；39、初步分离富氧系统的排空管路；40、吸附分离塔D的进气管路；41、初步分离富氧系统的干燥原料气管路；42、初步分离富氧系统的入口均压管路；43、吸附分离塔C的进气管路；44、初步分离富氧系统；45、干燥后缓冲罐T3；46、富氧提纯尾气回收罐T2；47、吸附干燥塔B的进气管路；48、干燥净化尾气回收管路；49、气体干燥净化系统的排空管路；50、气体干燥净化系统的进气管路；51、吸附干燥塔A的进气管路；52、气体干燥净化系统；53、空气入口管路。

具体实施方式

构成本发明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。为更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示的基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的设备，主要包括空气过滤器1、空气入口电磁阀SV1 2、空气入口缓冲罐T1 3、压缩机CP1 4、压缩空气净化系统5、气体干燥净化系统52、富氧提纯尾气回收罐T2 46、干燥后缓冲罐T3 45、高纯氧提速管道12、电磁阀SV2 13、初步分离富氧系统44、氮气提纯系统20、氧气缓冲系统21、氧气提纯系统29、富氧气高压缓冲罐T6 35、富氧气中压缓冲罐T5 36、富氧气压缩机CP237、富氧气低压缓冲罐T4 38、富氧提纯尾气回收管路31、干燥净化尾气回收管路48。

所述气体干燥净化系统52包括吸附干燥塔A6、干燥净化系统的出气管路7、干燥净化系统的干燥气管路8、吸附干燥塔B的出气管路9、干燥净化系统的再生置换管路10、吸附干燥塔B11、吸附干燥塔B的进气管路47、气体干燥净化系统的排空管路49、气体干燥净化系统的进气管路50、吸附干燥塔A的进气管路51；吸附干燥塔A6的入口通过进气管路51分别与压缩空气管路50、排空管路49连接，出口通过出气管路7分别与干燥气管路8、再生置换管路10连接，吸附干燥塔B11的入口通过进气管路47分别与压缩空气管路50、排空管路49连接，出口通过出气管路9分别与干燥气管路8、再生置换管路10连接，在各个管路上设置有可通断阀门，吸附干燥塔A6和吸附干燥塔B11出口各支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，排空管路49上设置调节流量的孔板废气排空和连接干燥净化尾气回收管路48的通断阀门，再生管路10上设置与富氧提纯尾气回收罐T2 46的连接通断阀门，干燥气管路8与高纯氧提速管道12连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。

所述初步分离富氧系统44包括吸附分离塔C14、吸附分离塔C的出气管路15、初步分离富氧系统的出口均压管路16、初步分离富氧系统的普氮气管路17、吸附分离塔D的出气管路18、吸附分离塔D19、初步分离富氧系统的排空管路39、吸附分离塔D的进气管路40、初步分离富氧系统的干燥原料气管路41、初步分离富氧系统的入口均压管路42、吸附分离塔C的进气管路43；吸附分离塔C14的入口通过进气管路43分别与干燥原料气管路41、排空管路39、入口均压管路42连接，出口通过出气管路15分别与普氮气管路17、出口均压管路16连接，吸附分离塔D19的入口通过进气管路40分别与干燥原料气管路41、排空管路39、入口均压管路42连接，出口通过出气管路18分别与普氮气管路17、出口均压管路16连接，在各个管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔C14和吸附分离塔D19出口普氮气管道支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，干燥原料气管路41与干燥后缓冲罐T3 45连接上设置调节流量的节流阀，排空管路39上设置连接富氧气低压缓冲罐T4 38的通断阀门和连接富氧气中压缓冲罐T5 36的通断阀门，普氮气管路17与氮气提纯系统20连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。

所述氧气提纯系统29包括吸附分离塔E22、吸附分离塔E的出气管路23、高纯氧气管路24、E出F入均压管路25、F出E入均压管路26、吸附分离塔F的出气管路27、吸附分离塔28、吸附分离塔F的进气管路30、富氧提纯尾气回收管路31、高压富氧气管路32、吸附分离塔E的进气管路33、中压富氧气管路34；吸附分离塔E22的入口通过进气管路33分别与高压富氧气管路32、中压富氧气管路34、富氧提纯尾气回收管路31连接，出口通过出气管路23与高纯氧气管路24连接，吸附分离塔F28的入口通过进气管路30分别与高压富氧气管路32、中压富氧气管路34、富氧提纯尾气回收管路31连接，出口通过出气管路27与高纯氧气管路24连接，所述吸附分离塔E22的出口通过E出F入均压管路25与吸附分离塔F28的入口连接，所述吸附分离塔F28的出口通过F出E入均压管路26与吸附分离塔E22的入口连接，在各个管路上设置有可通断阀门，吸附分离塔F28的出口与吸附分离塔E22的出口设置通断阀门和可调节流量的孔板或者节流阀，富氧提纯尾气回收管路31上设置连接干燥净化尾气回收管路48的通断阀门和连接富氧提纯尾气回收罐T2 46的通断阀门，高压富氧气管路32与富氧气高压缓冲罐T6 35连接上设置调节流量的孔板或者节流阀，中压富氧气管路34与富氧气中压缓冲罐T5 36连接，高纯氧气管路24第一出口与氧气缓冲系统21连接，第二出口与高纯氧提速管道12连接上设置单向至提速管道阀门及电磁阀SV2 13。

所述空气入口缓冲罐T13设置在气体干燥净化系统52上游，第一入口与空气入口管路53连接，第二入口与干燥净化尾气回收管路48连接，出口与压缩机CP1 4管路连接。富氧提纯尾气回收罐T2 46及干燥后缓冲罐T3 45设置在气体干燥净化系统52下游，富氧气中压缓冲罐T5 36、富氧气低压缓冲罐T4 38及富氧气高压缓冲罐T6 35设置在初步分离富氧系统44下游。

所述压缩机CP1 4、富氧气压缩机CP2 37为常规成套压缩机组，含主机、电机、控制器电源、前置过滤设备及冷却设备。富氧气压缩机CP2 37设置在初步分离富氧系统44下游，入口端接富氧气低压缓冲罐T4 38管路连接，出口端接富氧气高压缓冲罐T6 35。

所述氮气提纯系统20为常见变压吸附碳分子筛制氮系统，一般含原料气缓冲罐、分离提纯系统、高纯氮气缓冲罐及配套流量纯度压力仪表等。氧气缓冲系统21为常见氧气缓冲系统，一般包括氧气缓冲罐及配套流量纯度压力仪表等。

以上所述基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的成套设备的仪器仪表及控制阀被总成在一套控制系统下，通过设置周期时间进行循环连续工作。

本发明还提供了一种基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的设备的方法，包括以下几个方面：

所述原料空气经空气过滤器1及空气入口电磁阀SV1 2进入处于负压状态下的空气入口缓冲罐T1 3，气体干燥净化系统52及氧气提纯系统29排空的富氧气均部分定时进入空气入口缓冲罐T1 3，所述氧气提纯系统29排空的富氧气部分带压定时进入富氧提纯尾气回收罐T2 46，当气体干燥净化系统52的吸附干燥塔A6或吸附干燥塔B11处于泄压后再生状态时，富氧提纯尾气回收罐T2 46与再生塔接通，提高干燥富氧气再生，再生后切断再生管路10上与富氧提纯尾气回收罐T2 46的通断阀门，再生塔进入置换升压状态，升压后切换进入工作状态。

所述初步分离富氧系统44排放的富氧气体，在均泄压的过程分为两步，中高压泄压气体进入富氧气中压缓冲罐T5 36，中低压泄压气体进入氧气低压缓冲罐T4 38，同时，氧气提纯系统29进入的富氧气体，在均升压的过程分为三或四步，富氧气中压缓冲罐T5 36提供初始升压，氧气提纯系统29的吸附分离塔E22及吸附分离塔F28均压提供二次升压，均压过程可分为吸附分离塔E22及吸附分离塔F28出口端均压及它们出入口交叉均压两个阶段，当采用其中一个阶段时为第二步或当两个阶段均采用时为第二步与第三步，最后一次升压由富氧气压缩机CP2 37增压后汇入的富氧气高压缓冲罐T6 35提供，所述高纯氧提速管道12在开机阶段氧气纯度不合格时，将较高浓度氧气的气体通过此管路送入干燥后缓冲罐T345，之后作为初步分离富氧系统44的气源从而加快提高富氧气浓度，作为氧气提纯系统29气源的富氧气浓度的提高使得高纯氧浓度更快提升，从而使设备能快速提供合格的高纯氧气输出。

所述初步分离富氧系统44的入口端的富氧气体经过氧气提纯系统29被提纯为高品质的氧气送入氧气缓冲系统21再输出，如氧气达到纯度99.5%以上，露点-70℃以下等品质要求的医用氧气源要求，初步分离富氧系统44的出口端的普氮气体经过氮气提纯系统20被提纯为高品质氮气输出，如氮气达到纯度99.9997%以上，露点-70℃以下等品质要求的高纯氮气源要求。

采用本发明将氧气提纯系统的富氧尾气回收与空气配比汇入空气入口缓冲罐，空气管路电磁阀可以调整进入空气源的量，从而调整进入后部压缩的原料气组分，对于制取高品质氧气更困难的过程，提高空气中氧气组分，因为富氧尾气几乎可忽略的氩气浓度使得气源中氩气的比例得以减少，从而使的氧气提纯系统将有效更高的效率。采用本发明的初步分离富氧系统压力回收及富氧循环增压泵，可使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率更高。采用本发明的富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气零辅助再生功耗，较传统工艺降低能耗25%,同时改善再生后塔内空气组分使得系统下游对高品质氧气制取效率更高。采用本发明的高纯氧提速管道使得高品质氧供应时间有效缩短。采用本发明的方法，初步分离富氧系统出口端的普氮气为高压气源，后部接入氮气提纯系统即可制取高品质氮气，此发明的氧气和氮气提纯系统均采用对气体组分中的弱吸附剂富集获得，产品气中的水分、碳氧化合物、碳氢化合物的含量可控，从而使得设备既能获得高品质氧气，又能获得高品质氮气，如高品质氧气达到纯度99.5%以上，露点-70℃以下等品质要求的医用氧气要求，高品质氮气达到纯度99.9997%以上，露点-70℃以下等品质要求的高纯氮气要求。获得高品质氮气和氧气的设备运行成本仅为两台压缩机功耗，常温压缩，气源相对空气均为富氧25%-60%，对密封的要求不高，对入口负压的要求不高，使得对压缩机的采购成本可控，设备总功耗较同类设备大幅降低。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备，包括空气过滤器（1）、空气入口电磁阀SV1（2）、空气入口缓冲罐T1（3）、压缩机CP1（4）、压缩空气净化系统（5）、气体干燥净化系统（52）、富氧提纯尾气回收罐T2（46）、干燥后缓冲罐T3（45）、高纯氧提速管道（12）、电磁阀SV2（13）、初步分离富氧系统（44）、氮气提纯系统（20）、氧气缓冲系统（21）、氧气提纯系统（29）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）、富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气压缩机CP2（37）、富氧提纯尾气回收管路（31）、干燥净化尾气回收管路（48），其特征在于：所述氧气提纯系统（29）通过富氧气高压缓冲罐T6（35）、富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）连接初步分离富氧系统（44），并通过高纯氧提速管道（12）和干燥净化尾气回收管路（48）连接气体干燥净化系统（52），将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统（5）、压缩机CP1（4）连接空气入口缓冲罐T1（3），通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料氧气、氮气、氩气组分，提高氧气提纯系统的提纯氧气效率；所述初步分离富氧系统（44）连接氮气提纯系统（20），使富氧出口端的普通氮气作为氮气提纯系统的气源，缩短高品质氮气的提纯时间；所述初步分离富氧系统（44）通过干燥后缓冲罐T3（45）和高纯氧提速管道（12）连接气体干燥净化系统（52），所述富氧气低压缓冲罐T4（38）与富氧气高压缓冲罐T6（35）之间连接富氧气压缩机CP2（37），通过初步分离富氧系统的压力回收及富氧气压缩机CP2（37）增压，使得设备单位压缩总功降低，氧气提纯系统产气效率提高；所述气体干燥净化系统（52）与干燥净化尾气回收管路（48）之间连接有富氧提纯尾气回收罐T2（46），通过富氧提纯尾气回收罐使得气体干燥净化系统实现零再生气和零辅助再生功耗。

2.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述气体干燥净化系统（52）包括吸附干燥塔A（6）、吸附干燥塔B（11），吸附干燥塔A（6）的入口通过第二进气管路（51）分别与压缩空气管路（50）、第一排空管路（49）连接，吸附干燥塔A（6）的出口通过第一出气管路（7）分别与干燥气管路（8）、再生置换管路（10）连接，吸附干燥塔B（11）的入口通过第一进气管路（47）分别与压缩空气管路（50）、第一排空管路（49）连接，吸附干燥塔B（11）出口通过出气管路（9）分别与干燥气管路（8）、再生置换管路（10）连接，在压缩空气管路（50）、第一排空管路（49）、第一出气管路（7）、干燥气管路（8）、再生置换管路（10）上设置可通断阀门，吸附干燥塔A（6）和吸附干燥塔B（11）出口各支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，第一排空管路（49）上设置调节流量的孔板废气排空和连接干燥净化尾气回收管路（48）的通断阀门，再生管路（10）上设置与富氧提纯尾气回收罐T2（46）的连接通断阀门，干燥气管路（8）与高纯氧提速管道（12）连接上设置调节流量的孔板或者节流阀。

3.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述初步分离富氧系统（44）包括吸附分离塔C（14）、吸附分离塔D（19），吸附分离塔C（14）和吸附分离塔D（19）的入口分别通过进气管路与干燥原料气管路（41）、第二排空管路（39）、入口均压管路（42）连接，出口分别通过出气管路与普氮气管路（17）、出口均压管路（16）连接，在进气管路、干燥原料气管路（41）、第二排空管路（39）、入口均压管路（42）、第二出气管路（15）、普氮气管路（17）、出口均压管路（16）上设置有可通断阀门，吸附分离塔C（14）和吸附分离塔D（19）出口普氮气管道支路处设置调节流量的孔板或者节流阀，干燥原料气管路（41）与干燥后缓冲罐T3（45）连接上设置调节流量的节流阀，第二排空管路（39）的第一出口与富氧气中压缓冲罐T5（36）通过通断阀门连接，之后再与氧气提纯系统（29）的中压富氧气管路（34）连接，第二排空管路（39）第二出口与富氧气低压缓冲罐T4（38）通过通断阀门连接，之后与富氧气压缩机CP2（37）、富氧气高压缓冲罐T6（35）、氧气提纯系统（29）的高压富氧气管路（32）连接，并设置调节流量的孔板或者节流阀。

4.根据权利要求2所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述氧气提纯系统（29）包括吸附分离塔E（22）、吸附分离塔F（28），吸附分离塔E（22）和吸附分离塔F（28）的入口分别通过进气管路与高压富氧气管路（32）、中压富氧气管路（34）、富氧提纯尾气回收管路（31）连接，出口分别通过出气管路与高纯氧气管路（24）连接，所述吸附分离塔E（22）的出口通过E出F入均压管路（25）与吸附分离塔F（28）的入口连接，所述吸附分离塔F（28）的出口通过F出E入均压管路（26）与吸附分离塔E（22）的入口连接，在进气管路、高压富氧气管路（32）、中压富氧气管路（34）、富氧提纯尾气回收管路（31）、出气管路、高纯氧气管路（24）、E出F入均压管路（25）、F出E入均压管路（26）上设置有可通断阀门，吸附分离塔F（28）的出口与吸附分离塔E（22）的出口设置通断阀门和可调节流量的孔板或者节流阀，富氧提纯尾气回收管路（31）上设置连接干燥净化尾气回收管路（48）的通断阀门和连接富氧提纯尾气回收罐T2（46）的通断阀门，高压富氧气管路（32）与富氧气高压缓冲罐T6（35）连接上设置调节流量的孔板或者节流阀，中压富氧气管路（34）与富氧气中压缓冲罐T5（36）连接，高纯氧气管路（24）第一出口与氧气缓冲系统（21）连接，第二出口通过单向的电磁阀SV2（13）与高纯氧提速管道（12）连接。

5.根据权利要求1所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备，其特征在于：所述空气入口缓冲罐T1（3）设置在气体干燥净化系统（52）上游，第一入口与空气入口管路（53）连接，空气入口管路（53）上设置空气入口电磁阀SV1（2），第二入口与干燥净化尾气回收管路（48）连接，出口与压缩机CP1（4）管路连接；所述富氧提纯尾气回收罐T2（46）及干燥后缓冲罐T3（45）设置在气体干燥净化系统（52）下游，富氧气中压缓冲罐T5（36）、富氧气低压缓冲罐T4（38）及富氧气高压缓冲罐T6（35）设置在初步分离富氧系统（44）下游；所述富氧气压缩机CP2（37）设置在初步分离富氧系统（44）下游，入口端接富氧气低压缓冲罐T4（38）管路连接，出口端接富氧气高压缓冲罐T6（35）；所述气体干燥净化系统（52）的排空管路（49）与干燥净化尾气回收管路（48）通过通断阀门连接，所述氧气提纯系统（29）的富氧提纯尾气回收管路（31）与干燥净化尾气回收管路（48）通过通断阀门连接；所述富氧提纯尾气回收罐T2（46）入口与富氧提纯尾气回收管路（31）通过通断阀门连接，出口与气体干燥净化系统（52）的再生管路（10）通过通断阀门连接。

6.一种利用权利要求4所述的多级回收变压吸附快速制氧氮设备制取高品质氧气和氮气的方法，其特征在于：

1）原料空气经空气过滤器（1）及空气入口电磁阀SV1（2）进入处于负压状态下的空气入口缓冲罐T1（3），气体干燥净化系统（52）及氧气提纯系统（29）排空的富氧气均部分定时进入空气入口缓冲罐T1（3），氧气提纯系统（29）排空的富氧气部分带压定时进入富氧提纯尾气回收罐T2（46），当气体干燥净化系统（52）的吸附干燥塔A（6）或吸附干燥塔B（11）处于泄压后再生状态时，富氧提纯尾气回收罐T2（46）与再生塔接通，提高干燥富氧气再生，再生后切断再生置换管路（10）上与富氧提纯尾气回收罐T2（46）的通断阀门，再生塔进入置换升压状态，升压后切换进入工作状态；

2）初步分离富氧系统（44）排放的富氧气体，在均泄压的过程分为两步：中高压泄压气体进入富氧气中压缓冲罐T5（36），中低压泄压气体进入氧气低压缓冲罐T4（38），同时，氧气提纯系统（29）进入的富氧气体，在均升压的过程分为三或四步：富氧气中压缓冲罐T5（36）提供初始升压，氧气提纯系统（29）的吸附分离塔E（22）及吸附分离塔F（28）均压提供二次升压，均压过程分为吸附分离塔出口端均压及吸附分离塔出口入口端均压两个阶段，当采用其中一个阶段时为第二步，当两个阶段均采用时为第二步与第三步，最后一次升压由富氧气压缩机CP2（37）增压后汇入的富氧气高压缓冲罐T6（35）提供，高纯氧提速管道（12）在开机阶段氧气纯度不合格时，将较高浓度氧气的气体通过此管路送入干燥后缓冲罐T3（45），之后作为初步分离富氧系统（44）的气源从而加快提高富氧气浓度，作为氧气提纯系统（29）气源的富氧气浓度的提高使得高纯氧浓度更快提升，从而使设备能快速提供合格的高纯氧气输出；

3）初步分离富氧系统（44）的入口端的富氧气体经过氧气提纯系统（29）被提纯为高品质的氧气送入氧气缓冲系统（21）再输出，初步分离富氧系统（44）的出口端的普氮气体经过氮气提纯系统（20）被提纯为高品质氮气输出。

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