CN114471082B - 节能型vpsa制氧方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型VPSA制氧方法及设备，包括升压吸附和降压解吸，两组吸附塔组并联运行，两组吸附塔组分别配有鼓风机，两组吸附塔的鼓风机连接于第一电机，且两鼓风机的轴功率总和与第一电机的功率相匹配；两组吸附塔组分别配有真空泵；两组吸附塔的真空泵同时连接同一电机，且两真空泵的轴功率总和与电机的功率相匹配；升压吸附与降压解吸同时进行。本发明提供了一种节能型VPSA制氧方法及设备，鼓风机轴功率与其电机功率合适匹配，真空泵轴功率与其电机功率合适匹配，与常规的VPSA制氧设备相比，运行能耗可降低15～20％。

Description

节能型VPSA制氧方法及设备
技术领域
本发明属于制氧技术领域，特别涉及一种节能型VPSA(VSA)制氧设备。
背景技术
制取氧气的方法主要有：深冷制氧、VPSA(PSA、VPSA、VSA)制氧、膜分离制氧、水电解制氧及化学制氧。
随工业的发展，氧气的需求量越来越大。VPSA(VSA)制氧作为一种生产氧气的工艺，其设备也逐步往大型化方面发展，其运行电耗也越来越被重视。
VPSA制氧工艺，每只吸附塔内的压力都由常压至高压(设定值，约0.05MPa左右)、再回到常压，再到低负压(设定值，约-0.05MPa)周期循环过程。常压至高压由鼓风机鼓空气实现，常压至低负压由真空泵抽真空实现。按常用VPSA(VSA)VPSA制氧工艺，会产生一个高能耗问题：鼓风机的电机功率需按高压点时鼓风机所需轴功率配置，同样，真空泵的电机功率也需按低负压点时真空泵所需轴功率配置，都为周期循环运行过程中轴功率的最大值，这样一来，鼓风机及真空泵配置的电机，在周期循环工作过程中，大部分时间存在“大马拉小车”的情况，无用功增多，耗电量大。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种节能型VPSA制氧工艺及制氧设备，解决了电机“大马拉小车”的情况，降低无用功率，与常规的VPSA制氧方法、制氧设备相比，运行能耗可降低15～20％。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
本发明提供一种节能型VPSA制氧方法，包括如下步骤：
升压吸附：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有鼓风机，且每组吸附塔组运行过程中，该组内鼓风机先送风给组内一吸附塔使其内部压力自常压升至高正压，再送风给组内另一吸附塔使其内部压力自常压升至高正压，该组内鼓风机依次给两吸附塔循环送风；两组吸附塔的鼓风机连接于第一电机，且两鼓风机在周期循环运行过程中轴功率总和与第一电机的功率相匹配；
降压解吸：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有真空泵，且每组吸附塔组运行过程中，该组内真空泵先给组内一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至低负压，再给组内另一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至低负压，该组内真空泵依次给两吸附塔循环抽气；两组吸附塔的真空泵连接于第二电机，且两真空泵在周期循环运行过程中轴功率总和与第二电机的功率相匹配；
升压吸附步骤与降压解吸步骤同时进行。
进一步地说，升压吸附步骤中，一鼓风机处于轴功率高值时，另一鼓风机处于轴功率相对低值。
进一步地说，降压解吸步骤中，一真空泵处于轴功率高值时，另一真空泵处于轴功率相对低值。
本发明还提供了一种节能型VPSA制氧设备，包括两组并联的吸附塔组，每组吸附塔组包括两并联的吸附塔及与两吸附塔连接的动力设备，所述动力设备包括鼓风机和真空泵，所述吸附塔设有进排气口和氧气出口，同组两吸附塔的进排气口皆连接于同一鼓风机，且进排气口皆连接于同一真空泵；同组内任一吸附塔吸附时，另一吸附塔处于解吸工作状态；
两组吸附塔组连接的两鼓风机连接于第一电机，两鼓风机在周期循环运行过程中轴功率总和与第一电机的功率相匹配；
两组吸附塔组连接的两真空泵连接于第二电机，两真空泵在周期循环运行过程中轴功率总和与第二电机的功率相匹配；
进一步地说，两组吸附塔组的吸附塔氧气出口皆连接氧气缓冲罐。
进一步地说，所述氧气缓冲罐为一个或多个并联的氧气缓冲罐。
进一步地说，所述吸附塔与所述鼓风机之间可设有冷却器。
进一步地说，所述吸附塔为一个吸附塔或进排气口和氧气出口分别并联相通的多个吸附塔。
进一步地说，所述鼓风机为罗茨式或离心式鼓风机；所述真空泵为罗茨式或水环式真空泵。
进一步地说，所述吸附塔与所述鼓风机之间以及所述吸附塔与所述真空泵之间分别设有控制阀，所有所述控制阀按照时序进行切换。
本发明的有益效果是：
本发明设置两并联的吸附塔组，两组吸附塔组各自连接有一鼓风机和一真空泵，两组吸附塔组连接的鼓风机皆连接于第一电机，其中一台鼓风机处于轴功率高值时，另一台鼓风机处于轴功率相对低值，实现第一电机功率与二台鼓风机在周期循环运行过程中轴功率总和匹配；两组吸附塔组连接的真空泵皆连接于第二电机，其中一台真空泵处于轴功率高值时，另一台真空泵处于轴功率相对低值，实现第二电机功率与二台真空泵在周期循环运行过程中轴功率总和匹配，解决了电机“大马拉小车”的情况，避免产生过多无用功，本发明与常规的VPSA(VSA)制氧设备相比，运行能耗可降低15～20％。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的吸附塔的气压与工作周期的关系图；
图3是本发明的鼓风机的轴功率与工作周期的关系图；
图4是本发明的真空泵的轴功率与工作周期的关系图；
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例：一种节能型VPSA制氧方法，包括如下步骤：
升压吸附：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有鼓风机，且每组吸附塔组运行过程中，该组内鼓风机先送风给组内一吸附塔使其内部压力自常压升至高正压，再送风给组内另一吸附塔使其内部压力自常压升至高正压，该组内鼓风机依次给两吸附塔循环送风；两组吸附塔的鼓风机连接于第一电机，且两鼓风机在周期循环运行过程中轴功率总和与第一电机的功率相匹配；
降压解吸：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有真空泵，且每组吸附塔组运行过程中，该组内真空泵先给组内一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至低负压，再给组内另一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至低负压，该组内真空泵依次给两吸附塔循环抽气；两组吸附塔的真空泵连接于第二电机，且两真空泵在周期循环运行过程中轴功率总和与第二电机的功率相匹配；
升压吸附步骤与降压解吸步骤同时进行。
本发明使用上述制氧方法的制氧设备包括两组并联的吸附塔组，每组吸附塔组包括两并联的吸附塔及与两吸附塔连接的动力设备，所述动力设备包括鼓风机和真空泵，所述吸附塔设有进排气口和氧气出口，同组两吸附塔的进排气口皆连接于同一鼓风机，且进排气口皆连接于同一真空泵；同组内任一吸附塔吸附时，另一吸附塔处于解吸工作状态。
本实施例中，一个或多个吸附塔进排气口和氧气出口直接并联接通的统称为一个吸附塔。
以下，结合附图来详细说明本发明的发明内容，如图1-图4所示，两组吸附塔组分别包括两并联的吸附塔(A，B)和两并联的吸附塔(C，D),吸附塔A和吸附塔B分别连接鼓风机1a，吸附塔A与鼓风机1a之间连接有控制阀K1，吸附塔B与鼓风机1a之间连接有控制阀K2，吸附塔C和吸附塔D分别连接鼓风机1b，吸附塔C与鼓风机1b之间连接有控制阀K5，吸附塔D与鼓风机1b之间连接有控制阀K6；吸附塔(A,B)与鼓风机1a之间连接有冷却器E1,吸附塔(C，D)与鼓风机1b之间连接有冷却器E2,鼓风机1a和鼓风机1b连接于第一电机G1。
当鼓风机1a处于轴功率高值时，鼓风机1b处于轴功率相对低值(该相对低值是与前述轴功率高值相比较而言，因两者总和近似一个平稳值，其中一个数值较高时，另一数值则较低)；当循环至鼓风机1b处于轴功率高值时，鼓风机1a处于轴功率相对低值(该相对低值是与前述轴功率高值相比较而言，因两者总和近似一个平稳值，其中一个数值较高时，另一数值则较低)；实现第一电机G1功率与二台鼓风机在周期循环运行过程中轴功率总和匹配；所述鼓风机1a和鼓风机1b分别为罗茨式或离心式鼓风机。
吸附塔A和吸附塔B分别连接真空泵2a，吸附塔A与真空泵2a之间连接有控制阀K3，吸附塔B与真空泵2a之间连接有控制阀K4，吸附塔C和吸附塔D分别连接真空泵2b，吸附塔C与真空泵2b之间连接有控制阀K7，吸附塔D与真空泵2b之间连接有控制阀K8；真空泵2a和真空泵2b连接于第二电机G2。
当真空泵2a处于轴功率高值时，真空泵2b处于轴功率相对低值；当循环至真空泵2b处于轴功率高值时，真空泵2a处于轴功率相对低值；实现第二电机G2功率与二台真空泵在周期循环运行过程中轴功率总和匹配；所述真空泵2a和真空泵2b分别为罗茨式或水环式真空泵
设备运行制氧时，控制阀K1、控制阀K2、控制阀K3、控制阀K4、控制5、控制阀K6、控制阀K7、控制阀K8分别按照时序进行切换，具体流程如下：
控制阀K1打开，鼓风机1a往吸附塔A送风，塔A内压力从常压升至高正压后，关闭控制阀K1，打开控制阀K2，往吸附塔B送风，塔B也从常压升至高正压；同时，鼓风机1b经控制阀K5继续往吸附塔C送风至高正压时后；关闭控制阀K5，打开控制阀K6，往吸附塔D送风，吸附塔D也从常压升至高正压后；关闭控制阀K6，打开控制阀K5，吸附塔C从常压升至一个正压。上述循环运行,完成升压吸附流程。
控制阀K4打开，真空泵2a从吸附塔B抽空，塔B内压力从常压降至低真空值后，关闭控制阀K4，打开控制阀K3，往吸附塔A抽空，塔A内压力从常压降至低真空值；同时，真空泵2b经控制阀K8继续抽取吸附塔D负压至低负压时后；关闭控制阀K8，打开控制阀K7，从吸附塔C抽空，塔C也从常压降至低真空值后；关闭控制阀K7，打开控制阀K8，塔C从常压抽至一个负压。上述循环运行,完成降压解吸流程。
上述，升压吸附流程与降压解吸流程同时进行。
上述，正压值与负压值按配置不同而不同。
两组吸附塔组的吸附塔氧气出口分别连接氧气缓冲罐3；一个或多个氧气缓冲罐的进排气口直接并联接通的统称为一个氧气缓冲罐。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种节能型VPSA制氧方法，其特征在于：包括如下步骤：
升压吸附：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有鼓风机，且每组吸附塔组运行过程中，该组内鼓风机先送风给组内一吸附塔使其内部压力自常压升至设定的高正压，再送风给组内另一吸附塔使其内部压力自常压升至设定的高正压，该组内鼓风机依次给两吸附塔循环送风；两组吸附塔的鼓风机连接于第一电机，且两鼓风机的轴功率总和与第一电机的功率相匹配；
降压解吸：两组吸附塔组并联且同时运行，两组吸附塔组分别配有真空泵，且每组吸附塔组运行过程中，该组内真空泵先给组内一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至设定的低负压，再给组内另一吸附塔抽气使其内部压力自常压降至设定的低负压，该组内真空泵依次给两吸附塔循环抽气；两组吸附塔的真空泵连接于第二电机，且两真空泵的轴功率总和与第二电机的功率相匹配；
同组内任一吸附塔吸附时，另一吸附塔处于解吸状态。
2.根据权利要求1所述的节能型VPSA制氧方法，其特征在于：升压吸附步骤中，一鼓风机处于轴功率高值时，另一鼓风机处于轴功率相对低值。
3.根据权利要求1所述的节能型VPSA制氧方法，其特征在于：降压解吸步骤中，一真空泵处于轴功率高值时，另一真空泵处于轴功率相对低值。
4.一种使用权利要求1-3中任一所述的节能型VPSA制氧方法的制氧设备，其特征在于：
包括两组并联的吸附塔组，每组吸附塔组包括两并联的吸附塔及与两吸附塔连接的动力设备，所述动力设备包括鼓风机和真空泵，所述吸附塔设有进排气口和氧气出口，同组两吸附塔的进排气口皆连接于同一鼓风机，且进排气口皆连接于同一真空泵；
两组吸附塔组连接的两鼓风机连接于第一电机，两鼓风机的轴功率总和与第一电机的功率匹配；
两组吸附塔组连接的两真空泵连接于第二电机，两真空泵的轴功率总和与第二电机的功率匹配。
5.根据权利要求4所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：两组吸附塔组的吸附塔氧气出口皆连接于氧气缓冲罐。
6.根据权利要求5所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：所述氧气缓冲罐为一个或多个并联的氧气缓冲罐。
7.根据权利要求4所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：所述吸附塔与所述鼓风机之间设有冷却器。
8.根据权利要求7所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：所述吸附塔为一个吸附塔或进排气口和氧气出口分别并联相通的多个吸附塔。
9.根据权利要求4所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：所述鼓风机为罗茨式或离心式鼓风机；所述真空泵为罗茨式或水环式真空泵。
10.根据权利要求4所述的节能型VPSA制氧设备，其特征在于：所述吸附塔与所述鼓风机之间以及所述吸附塔与所述真空泵之间分别设有控制阀，所有所述控制阀按照时序进行切换。
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