CN109529532A - 一种vpsa循环压力均衡优化装置与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VPSA循环压力均衡优化装置与控制方法，通过两个吸附床之间安装两条均压管路，将均压过程分为两次，首次均压在吸附顶部进行，起到冲洗的作用，提高吸附床的再生效果；二次均压由高压吸附床顶部向低压吸附床底部进行，可以提高下一次循环产氧的浓度，并降低原料气的使用，提高了氧气回收率；真空泵对吸附床进行真空解吸，解吸气为高浓度的氮气，可用于氮气的制备。

Description

一种VPSA循环压力均衡优化装置与控制方法
技术领域
本发明涉及制氧机领域，具体为一种VPSA循环压力均衡优化装置与控制方法。
背景技术
VPSA制氧系统主要由空压机、真空泵、吸附床组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,进入其中一只吸附床内。吸附器内装填吸附剂,其中氮气吸附器入口处被装填于底部的吸附剂所吸附。与PSA制氧机反向冲洗不同，当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空进行解吸，但易残留。为了提高氧气回收率，制氧机均采用均压方式，使高压吸附床的部分气体进入低压吸附床中，目前主要有出气端均压、进气端均压、出气端向进气端均压以及进气端向出气端均压4中方式，根据制氧环境的不同各有特色，但在多塔制氧中采用向不同的低压吸附床中均压的方式，虽然提高一定的产氧浓度和氧气回收率，但均压分散，效果十分有限。
发明内容.
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种VPSA循环压力均衡优化装置与控制方法，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括第一吸附床，第二吸附床，空压机，流量计，原料气管路，三通接头Ⅰ，电磁阀Ⅰ，电磁阀Ⅱ，压力表Ⅰ，压力表Ⅱ，电磁阀Ⅲ，止回阀Ⅰ，电磁阀Ⅳ，止回阀Ⅱ，产品气管路Ⅰ，氧气浓度传感器，电磁阀Ⅴ，电磁阀Ⅵ，三通接头Ⅱ，三通接头Ⅲ，电磁阀Ⅶ，电磁阀Ⅷ，电磁阀Ⅸ，电磁阀Ⅹ，三通接头Ⅳ，真空泵，氮气浓度传感器，产品气管路Ⅱ，均压管Ⅰ，均压管Ⅱ，过渡管，氮气通路；其中空压机安装在原料气管路的底部，流量计安装在原料气管路上，位于空压机上方；原料气管路顶部连接有三通接头Ⅰ；三通接头Ⅰ左侧端口连接至第一吸附床的底部，电磁阀Ⅰ安装在三通接头Ⅰ与第一吸附床之间的管路上；三通接头Ⅰ右侧端口连接至第二吸附床的底部，电磁阀Ⅱ安装在三通接头Ⅰ与第二吸附床之间的管路上；第一吸附床顶部与产品气管路Ⅰ连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅰ、电磁阀Ⅲ和止回阀Ⅰ；第二吸附床顶部与产品气管路Ⅰ连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅱ、电磁阀Ⅳ和止回阀Ⅱ；产品气管路Ⅰ末端安装有氧气浓度传感器；第一吸附床顶部与第二吸附床顶部之间连接有均压管Ⅰ，均压管Ⅰ中部安装有三通接头Ⅱ，三通接头Ⅱ左侧管路安装有电磁阀Ⅴ，三通接头Ⅱ右侧管路安装有电磁阀Ⅵ，三通接头Ⅱ底部端口与过渡管连接；第一吸附床底部与第二吸附床底部之间连接有均压管Ⅱ，均压管Ⅱ中部安装有三通接头Ⅲ，三通接头Ⅲ左侧管路安装有电磁阀Ⅶ，三通接头Ⅲ右侧管路安装有电磁阀Ⅷ，三通接头Ⅲ顶部端口与过渡管连接；第一吸附床与第二吸附床底部供气管路之间安装有氮气通路，氮气通路两端分别位于均压管Ⅱ下方，以及电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ上方；氮气通路中部安装有三通接头Ⅳ，三通接头Ⅳ左侧管路安装有电磁阀Ⅸ，三通接头Ⅳ右侧管路安装有，电磁阀Ⅹ，三通接头Ⅳ底部端口与产品气管路Ⅱ连接，产品气管路Ⅱ自上至下安装有真空泵和氮气浓度传感器。一种VPSA循环压力均衡控制方法，包括以下步骤：
Step.1打开电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅲ，启动空压机；
Step.2关闭电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅲ，停止空压机，打开电磁阀Ⅴ与电磁阀Ⅵ，0.5S-1S后关闭电磁阀Ⅵ，打开电磁阀Ⅷ，2S-4S后关闭电磁阀Ⅴ与电磁阀Ⅷ；
Step.3打开电磁阀Ⅸ，启动真空泵；
Step.4关闭电磁阀Ⅸ，停止真空泵，打开电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅳ，启动空压机；
Step.5关闭电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅳ、停止空压机，打开电磁阀Ⅴ与电磁阀Ⅵ，0.5S-1S后关闭电磁阀Ⅴ，打开电磁阀Ⅶ，2S-4S后关闭电磁阀Ⅵ与电磁阀Ⅶ；
Step.6打开电磁阀Ⅹ，启动真空泵；
Step.7关闭电磁阀Ⅸ，停止真空泵；
Step.8重复Step.1至Step.7的操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过两个吸附床之间安装两条均压管路，将均压过程分为两次，首次均压在吸附顶部进行，起到冲洗的作用，提高吸附床的再生效果；二次均压由高压吸附床顶部向低压吸附床底部进行，可以提高下一次循环产氧的浓度，并降低原料气的使用，提高了氧气回收率；真空泵对吸附床进行真空解吸，解吸气为高浓度的氮气，可用于氮气的制备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-第一吸附床，2-第二吸附床，3-空压机，4-流量计，5-原料气管路，6-三通接头Ⅰ，7-电磁阀Ⅰ，8-电磁阀Ⅱ，9-压力表Ⅰ，10-压力表Ⅱ，11-电磁阀Ⅲ，12-止回阀Ⅰ，13-电磁阀Ⅳ，14-止回阀Ⅱ，15-产品气管路Ⅰ，16-氧气浓度传感器，17-电磁阀Ⅴ，18-电磁阀Ⅵ，19-三通接头Ⅱ，20-三通接头Ⅲ，21-电磁阀Ⅶ，22-电磁阀Ⅷ，23-电磁阀Ⅸ，24-电磁阀Ⅹ，25-三通接头Ⅳ，26-真空泵，27-氮气浓度传感器，28-产品气管路Ⅱ，29-均压管Ⅰ，30-均压管Ⅱ，31-过渡管，32-氮气通路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供一种技术方案：如图1所示，包括第一吸附床1，第二吸附床2，空压机3，流量计4，原料气管路5，三通接头Ⅰ6，电磁阀Ⅰ7，电磁阀Ⅱ8，压力表Ⅰ9，压力表Ⅱ10，电磁阀Ⅲ11，止回阀Ⅰ12，电磁阀Ⅳ13，止回阀Ⅱ14，产品气管路Ⅰ15，氧气浓度传感器16，电磁阀Ⅴ17，电磁阀Ⅵ18，三通接头Ⅱ19，三通接头Ⅲ20，电磁阀Ⅶ21，电磁阀Ⅷ22，电磁阀Ⅸ23，电磁阀Ⅹ24，三通接头Ⅳ25，真空泵26，氮气浓度传感器27，产品气管路Ⅱ28，均压管Ⅰ29，均压管Ⅱ30，过渡管31，氮气通路32；其中空压机3安装在原料气管路5的底部，流量计4安装在原料气管路5上，位于空压机3上方；原料气管路5顶部连接有三通接头Ⅰ6；三通接头Ⅰ6左侧端口连接至第一吸附床1的底部，电磁阀Ⅰ7安装在三通接头Ⅰ6与第一吸附床1之间的管路上；三通接头Ⅰ6右侧端口连接至第二吸附床2的底部，电磁阀Ⅱ8安装在三通接头Ⅰ6与第二吸附床2之间的管路上；第一吸附床1顶部与产品气管路Ⅰ15连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅰ9、电磁阀Ⅲ11和止回阀Ⅰ12；第二吸附床2顶部与产品气管路Ⅰ15连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅱ10、电磁阀Ⅳ13和止回阀Ⅱ14；产品气管路Ⅰ15末端安装有氧气浓度传感器16；第一吸附床1顶部与第二吸附床2顶部之间连接有均压管Ⅰ29，均压管Ⅰ29中部安装有三通接头Ⅱ19，三通接头Ⅱ19左侧管路安装有电磁阀Ⅴ17，三通接头Ⅱ19右侧管路安装有电磁阀Ⅵ18，三通接头Ⅱ19底部端口与过渡管31连接；第一吸附床1底部与第二吸附床2底部之间连接有均压管Ⅱ30，均压管Ⅱ30中部安装有三通接头Ⅲ20，三通接头Ⅲ20左侧管路安装有电磁阀Ⅶ21，三通接头Ⅲ20右侧管路安装有电磁阀Ⅷ22，三通接头Ⅲ20顶部端口与过渡管31连接；第一吸附床1与第二吸附床2底部供气管路之间安装有氮气通路32，氮气通路32两端分别位于均压管Ⅱ30下方，以及电磁阀Ⅰ7和电磁阀Ⅱ8上方；氮气通路32中部安装有三通接头Ⅳ25，三通接头Ⅳ25左侧管路安装有电磁阀Ⅸ23，三通接头Ⅳ25右侧管路安装有，电磁阀Ⅹ24，三通接头Ⅳ25底部端口与产品气管路Ⅱ28连接，产品气管路Ⅱ28自上至下安装有真空泵26和氮气浓度传感器27。
2、一种VPSA循环压力均衡控制方法，包括以下步骤：
Step.1打开电磁阀Ⅰ7、电磁阀Ⅲ11，启动空压机1；
Step.2关闭电磁阀Ⅰ7、电磁阀Ⅲ11，停止空压机1，打开电磁阀Ⅴ17与电磁阀Ⅵ18，0.84S后关闭电磁阀Ⅵ18，打开电磁阀Ⅷ22，3S后关闭电磁阀Ⅴ17与电磁阀Ⅷ22；
Step.3打开电磁阀Ⅸ23，启动真空泵9；
Step.4关闭电磁阀Ⅸ23，停止真空泵9，打开电磁阀Ⅱ8、电磁阀Ⅳ13，启动空压机1；
Step.5关闭电磁阀Ⅱ8、电磁阀Ⅳ13、停止空压机1，打开电磁阀Ⅴ17与电磁阀Ⅵ18，0.84S后关闭电磁阀Ⅴ17，打开电磁阀Ⅶ21，3S后关闭电磁阀Ⅵ18与电磁阀Ⅶ21；
Step.6打开电磁阀Ⅹ24，启动真空泵9；
Step.7关闭电磁阀Ⅸ23，停止真空泵9；
Step.8重复Step.1至Step.7的操作。
原料气经电磁阀Ⅰ7进入到第一吸附床1中，经吸附后产生的氧气进入产品气管路Ⅰ15中输出，此时第一吸附床1为高压吸附状态，第二吸附床2低压冲洗/再生状态，而后关闭电磁阀Ⅲ，打开电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅵ18使第一吸附床1和第二吸附床2进行均压，首次均压在第一吸附床1和第二吸附床2的顶部进行，此时第一吸附床1顶部聚集大量高浓度氧气，进入第二吸附床2后起到冲洗的作用，0.84S后改为从第一吸附床1顶部向第二吸附床2底部均压，此时第一吸附床1剩余的低浓度氧气进入第二吸附床2中，一方面在下次循环中提高了第二吸附床2的产氧浓度，另一方面降低了原料气的使用，提高了氧气回收率。均压完成后关闭均压管路，打开真空泵26进行真空解吸，解吸气为浓度较高的氮气，打开电磁阀Ⅸ23进入产品气管路Ⅱ输出，此后进入下一循环，将原料气充入第二吸附床2中进行吸附，执行步骤与第一吸附床1基本相同。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种VPSA循环压力均衡优化装置，其特征在于：包括第一吸附床(1)，第二吸附床(2)，空压机(3)，流量计(4)，原料气管路(5)，三通接头Ⅰ(6)，电磁阀Ⅰ(7)，电磁阀Ⅱ(8)，压力表Ⅰ(9)，压力表Ⅱ(10)，电磁阀Ⅲ(11)，止回阀Ⅰ(12)，电磁阀Ⅳ(13)，止回阀Ⅱ(14)，产品气管路Ⅰ(15)，氧气浓度传感器(16)，电磁阀Ⅴ(17)，电磁阀Ⅵ(18)，三通接头Ⅱ(19)，三通接头Ⅲ(20)，电磁阀Ⅶ(21)，电磁阀Ⅷ(22)，电磁阀Ⅸ(23)，电磁阀Ⅹ(24)，三通接头Ⅳ(25)，真空泵(26)，氮气浓度传感器(27)，产品气管路Ⅱ(28)，均压管Ⅰ(29)，均压管Ⅱ(30)，过渡管(31)，氮气通路(32)；其中空压机(3)安装在原料气管路(5)的底部，流量计(4)安装在原料气管路(5)上，位于空压机(3)上方；原料气管路(5)顶部连接有三通接头Ⅰ(6)；三通接头Ⅰ(6)左侧端口连接至第一吸附床(1)的底部，电磁阀Ⅰ(7)安装在三通接头Ⅰ(6)与第一吸附床(1)之间的管路上；三通接头Ⅰ(6)右侧端口连接至第二吸附床(2)的底部，电磁阀Ⅱ(8)安装在三通接头Ⅰ(6)与第二吸附床(2)之间的管路上；第一吸附床(1)顶部与产品气管路Ⅰ(15)连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅰ(9)、电磁阀Ⅲ(11)和止回阀Ⅰ(12)；第二吸附床(2)顶部与产品气管路Ⅰ(15)连接，连接管路上从下至上依次安装有压力表Ⅱ(10)、电磁阀Ⅳ(13)和止回阀Ⅱ(14)；产品气管路Ⅰ(15)末端安装有氧气浓度传感器(16)；第一吸附床(1)顶部与第二吸附床(2)顶部之间连接有均压管Ⅰ(29)，均压管Ⅰ(29)中部安装有三通接头Ⅱ(19)，三通接头Ⅱ(19)左侧管路安装有电磁阀Ⅴ(17)，三通接头Ⅱ(19)右侧管路安装有电磁阀Ⅵ(18)，三通接头Ⅱ(19)底部端口与过渡管(31)连接；第一吸附床(1)底部与第二吸附床(2)底部之间连接有均压管Ⅱ(30)，均压管Ⅱ(30)中部安装有三通接头Ⅲ(20)，三通接头Ⅲ(20)左侧管路安装有电磁阀Ⅶ(21)，三通接头Ⅲ(20)右侧管路安装有电磁阀Ⅷ(22)，三通接头Ⅲ(20)顶部端口与过渡管(31)连接；第一吸附床(1)与第二吸附床(2)底部供气管路之间安装有氮气通路(32)，氮气通路(32)两端分别位于均压管Ⅱ(30)下方，以及电磁阀Ⅰ(7)和电磁阀Ⅱ(8)上方；氮气通路(32)中部安装有三通接头Ⅳ(25)，三通接头Ⅳ(25)左侧管路安装有电磁阀Ⅸ(23)，三通接头Ⅳ(25)右侧管路安装有，电磁阀Ⅹ(24)，三通接头Ⅳ(25)底部端口与产品气管路Ⅱ(28)连接，产品气管路Ⅱ(28)自上至下安装有真空泵(26)和氮气浓度传感器(27)。
2.一种VPSA循环压力均衡控制方法，包括以下步骤：
Step.1打开电磁阀Ⅰ(7)、电磁阀Ⅲ(11)，启动空压机(1)；
Step.2关闭电磁阀Ⅰ(7)、电磁阀Ⅲ(11)，停止空压机(1)，打开电磁阀Ⅴ(17)与电磁阀Ⅵ(18)，0.5S-1S后关闭电磁阀Ⅵ(18)，打开电磁阀Ⅷ(22)，2S-4S后关闭电磁阀Ⅴ(17)与电磁阀Ⅷ(22)；
Step.3打开电磁阀Ⅸ(23)，启动真空泵(9)；
Step.4关闭电磁阀Ⅸ(23)，停止真空泵(9)，打开电磁阀Ⅱ(8)、电磁阀Ⅳ(13)，启动空压机(1)；
Step.5关闭电磁阀Ⅱ(8)、电磁阀Ⅳ(13)、停止空压机(1)，打开电磁阀Ⅴ(17)与电磁阀Ⅵ(18)，0.5S-1S后关闭电磁阀Ⅴ(17)，打开电磁阀Ⅶ(21)，2S-4S后关闭电磁阀Ⅵ(18)与电磁阀Ⅶ(21)；
Step.6打开电磁阀Ⅹ(24)，启动真空泵(9)；
Step.7关闭电磁阀Ⅸ(23)，停止真空泵(9)
Step.8重复Step.1至Step.7的操作。
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