CN114849424A - 一种多塔联用的大型vpsa氮氧联产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氧制氮技术领域，具体而言涉及一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置。一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置,包括空压机组，吸附装置，储气装置，管道装置和控制装置，所述的空压机组，吸附装置，储气装置通过管道装置连接，所述的空压机组包括空压机和干燥器，所述的吸附装置包括若干个氮气吸附塔和若干个氧气吸附塔，所述的储气装置包括氮气罐，回收气罐和成品氧气罐，所述的氮气吸附塔和所述的氮气罐通过管道装置连接，所述的回收气罐和所述的氮气吸附塔通过管道装置连接，所述的氧气吸附塔和所述的回收气罐通过管道装置连接，所述的成品氧气罐和所述的氧气吸附塔通过管道装置连接。本发明具有资源利用率高，耗能少，能够同时产出氮气和氧气的优势。
Description
技术领域
本发明涉及制氧制氮技术领域，具体而言涉及一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置。
背景技术
目前，变压吸附空气分离制富氧的主要工艺包括PSA工艺和VPSA工艺。PSA工艺主要采用加压吸附、常压解吸，其基本流程为：加压吸附，均压降压，顺放，逆放，冲洗，均压升压，产品气升压。VPSA工艺主要采用常压吸附、真空解吸，其基本流程为：常压吸附，均压降压，抽真空，均压升压，产品气升压。PSA工艺吸附压力较高(0.2～0.6MPa)投资小、设备简单，但能耗高，只适用于小规模制氧领域。VPSA工艺设备相对复杂，但氧收率高，能耗低，适用于较大规模制氧领域。
目前在制氮过程中会产生大量的富氧废气，其中的氧气含量可以达到78%以上，直接排出则会有引发明火的危险，目前通常采用直接将富氧废气连通到燃烧装置内进行供氧，该方法氧气利用率低，造成较大的浪费，同时目前制氧技术则直接采用空气制造氧气，存在耗能大，产能低的缺点，因此目前需要一种资源利用率高，耗能少，能够同时产出氮气和氧气的大型VPSA氮氧联产装置。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种资源利用率高，耗能少，能够同时产出氮气和氧气的大型VPSA氮氧联产装置。本发明采用以下技术方案。
一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置,包括空压机组，吸附装置，储气装置，管道装置和控制装置，所述的空压机组，吸附装置，储气装置通过管道装置连接，所述的空压机组包括空压机和干燥器，所述的吸附装置包括若干个氮气吸附塔和若干个氧气吸附塔，所述的储气装置包括氮气罐，回收气罐和成品氧气罐，所述的氮气吸附塔和所述的氮气罐通过管道装置连接，所述的回收气罐和所述的氮气吸附塔通过管道装置连接，所述的氧气吸附塔和所述的回收气罐通过管道装置连接，所述的成品氧气罐和所述的氧气吸附塔通过管道装置连接。
本发明在使用过程中，通过空压机组将空气泵入，然后压缩空气通过干燥器干燥后通入氮气吸附塔，本发明采用了三个氮气吸附塔和三个氧气吸附塔的技术方案，设置三个吸附塔可以便于使用氮气反冲以及检修过程中进行吸附塔的切换运行，也便于在需要大量生产的时候进行多塔共同作业，在氮气吸附排出后可以将吸附塔中的废气体通入到空压机中，此时空压机不从外界吸取空气，而是吸入富氧废气，将富氧废气泵入回收气罐中，通过回收气罐可以稳定向氧气吸附塔内进行供气，当制氧需求高的时候则可以切换到原有的制氧设备空压机组泵入气体进行制氧，该方案可以直接将原有的制氧和制氮设备联合起来，减少了改造成本，此过程通过切换控制阀门实现，而该过程中预先已经向其他氮气吸附塔中泵入空气进行吸附，空压机的切换不会影响到氮气吸附过程，将富氧废气通入后则重新切换阀门继续重复上述步骤泵入空气，采用该结构则不需要设置另一组空压机，极大的减少了成本，同时也减少了能源消耗，氮气吸附塔中产生氮气存储到氮气罐中，氧气吸附塔产生的氧气存储到成品氧气罐中，便于成品气体的存储和使用，也有助于减少生产压力。
作为优选，所述的管道装置包括氮气进气管，氮气出气管，回收气管，回收气体进气管，氧气出气管，所述的氮气进气管的两端分别和所述的空压机组以及氮气吸附塔连接，所述的氮气出气管的两端分别连接氮气罐和氮气吸附塔，所述的回收气管包括第一回收气管和第二回收气管，所述的第一回收气管的两端分别连接空压机组和氮气吸附塔，所述的第二回收气管连接氮气进气管和回收气罐，所述的回收气体进气管的两端分别连接回收气罐和氧气吸附塔，所述的氧气出气管两端分别连接成品氧气罐和氧气吸附塔。
本发明采用上述结构，第一回收气管可以直接回收氮气吸附塔排出的富氧废气，而第二回收气管则可以在吸附塔再生的过程中将再生过程中产生的废气泵入回收气罐中，减少损耗。
作为优选，所述的控制装置包括控制台以及多个控制阀门，所述的控制阀门分别设置在所述的氮气进气管，氮气出气管，回收气管，回收气体进气管，氧气出气管上，所述的控制台和所述的控制阀门电连接，所述的控制台和所述的空压机组电连接。
本发明采用上述结构进行自动化控制，极大地减少了人力成本。
作为优选，所述的空压机采用离心空压机组。
本发明采用离心空压机组，具有噪音小，耗能低的优势，可以实现噪音75分贝以内，远小于国家要求。
作为优选，所述的氮气罐包括第一氮气罐和第二氮气罐，所述的氮气出气管包括出气管，第一总管，第二总管和第三总管，第一总管连接第一氮气罐和第二氮气罐，所述的出气管分别和第一总管，第二总管和第三总管连接，所述的第二总管连接出气管和第一氮气罐，所述的第三总管连接出气管和第二氮气罐。
本发明采用上述结构，生产的氮气可以经第二总管通入第一氮气罐作为临时储存，当需要高浓度氮气的时候将第一氮气罐内的气体重新通过回流管导入氮气吸附塔内进行重新吸附，产出高浓度氮气可以经第三总管进入第二氮气罐内，同时第一总管可以直接连通第一氮气罐和第二氮气罐，在储存量大的时候将多余的氮气放在第一氮气罐内储存。
作为优选，所述的空压机组上设有空压机进气管和空压机出气管，其中空压机出气管与所述的氮气进气管连接，所述的空压机进气管与所述的第一回收气管连接，所述的空压机进气管的一端和过滤器连接。
本发明采用上述结构，便于将废气泵入回收气罐中，有助于减少成本。
作为优选，所述的第一氮气罐和所述的氮气进气管通过回流管连接。
作为优选，所述的第一氮气管上设有第三回收气管，所述的第三回收气管和所述的第一回收气管连接。
作为优选，所述的氮气进气管上设有排空管。
第三回收气管则可以在吸附塔再生的过程中将再生过程中产生的废气泵入回收气罐中，该过程具体如下，在再生过程中第一氮气罐的气体反通过氮气出气管进入吸附塔内，将对分子筛进行冲洗，将分子筛吸附的富氧气体，罐体内存在的富氧气体连通氮气一起从氮气进气管排出，将先排出的部分其中氧气含量高，可以通过第三回收气管进行回收，此时第三回收气管上的阀门打开而氮气进气管的阀门处于关闭状态，当随着气体的通入，氮气含量大而氧气含量减少，通过设置在第三回收气管上的检测装置可以进行实时检测，当氧气含量低于40%即可关闭第三回收气管上的阀门，同时打开排空管的阀门，将废气排出。
本发明的有益效果在于：1.本发明装置具有容量大，产量高，能耗低，噪音小，且同时可以产出高纯氮气和氧气的优势；2.相较于现有技术，本装置采用了多个收集罐将制氮过程中所产生的富氧废气收集起来，增设了多个吸附塔结构，将富氧废气进行吸附产氧，实现氮气氧气联产，一方面节约能源，另一方面有助于减少废气排放。3.本装置采用了离心空压机组，有助于减少噪音污染。4.本装置采用多塔联用的技术方案，可以针对不同需求采用不同数量的吸附塔，有助于减少能耗，同时可以保证在进行检修的过程中无需停止生产，提高了生产效率。5.本装置采用了油压控制阀门，在多塔联用的过程中可以实现快速控制大流速的气体阀门的开合，保证了装置的稳定运行。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为氮气出气管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步解释。
实施例1
一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置,包括空压机组1，吸附装置2，储气装置3，管道装置4和控制装置5，所述的空压机组1，吸附装置2，储气装置3通过管道装置4连接，所述的空压机11组包括空压机11和干燥器12，所述的吸附装置2包括3个氮气吸附塔21和3个氧气吸附塔22，所述的储气装置3包括氮气罐31，回收气罐32和成品氧气罐33，所述的管道装置4包括氮气进气管41，氮气出气管42，回收气管43，回收气体进气管44，氧气出气管45，所述的氮气吸附塔21和所述的氮气罐31通过氮气出气管42连接，所述的回收气罐32和所述的氮气吸附塔21通过回收气管43连接，所述的氧气吸附塔22和所述的回收气罐32通过回收气体进气管44连接，所述的成品氧气罐33和所述的氧气吸附塔22通过氧气出气管45连接。所述的氮气进气管41的两端分别和所述的空压机组1以及氮气吸附塔21连接，所述的氮气出气管42的两端分别连接氮气罐31和氮气吸附塔21，所述的回收气管43包括第一回收气管431，第二回收气管432和第三回收气管433，所述的第一回收气管431的两端分别连接空压机组1和氮气吸附塔21，所述的第二回收气管432连接氮气进气管41和回收气罐32，所述的回收气体进气管44的两端分别连接回收气罐32和氧气吸附塔22，所述的氧气出气管45两端分别连接成品氧气罐33和氧气吸附塔22。所述的控制装置5包括控制台51以及多个控制阀门52，所述的控制阀门52分别设置在所述的氮气进气管41，氮气出气管42，回收气管43，回收气体进气管44，氧气出气管45上，所述的控制台51和所述的控制阀门52电连接，所述的控制台51和所述的空压机组1电连接。所述的空压机11采用离心空压机组。所述的氮气罐31包括第一氮气罐311和第二氮气罐312，所述的氮气出气管42包括出气管421，第一总管422，第二总管423和第三总管424，第一总管422连接第一氮气罐311和第二氮气罐312，所述的出气管421分别和第一总管422，第二总管423和第三总管424连接，所述的第二总管423连接出气管和第一氮气罐311，所述的第三总管424连接出气管和第二氮气罐312。所述的空压机组1上设有空压机进气管111和空压机出气管112，其中空压机出气管112与所述的氮气进气管41连接，所述的空压机进气管111与所述的第一回收气管431连接，所述的空压机进气管111的一端和过滤器13连接。所述的第一氮气罐311和所述的氮气进气管41通过回流管46连接。所述的第一氮气罐上设有第三回收气管433，所述的第三回收气管和所述的第一回收气管连接。所述的氮气进气管41上设有排空管47。
本发明在使用过程中，通过空压机组1将空气泵入，然后压缩空气通过干燥器12干燥后通入氮气吸附塔21，本发明采用了三个氮气吸附塔21和三个氧气吸附塔22的技术方案，设置三个吸附塔可以便于使用氮气反冲以及检修过程中进行吸附塔的切换运行，也便于在需要大量生产的时候进行多塔共同作业，在氮气吸附排出后可以将吸附塔中的废气体通入到空压机11中，此时空压机11不从外界吸取空气，而是吸入富氧废气，将富氧废气泵入回收气罐32中，此过程中第一回收气管431可以直接回收氮气吸附塔21排出的富氧废气，而第二回收气管432则可以在吸附塔再生的过程中将再生过程中产生的废气泵入回收气罐32中，减少损耗。第三回收气管433则可以在吸附塔再生的过程中将再生过程中产生的废气泵入回收气罐32中，该过程具体如下，在再生过程中第一氮气罐311的气体反通过氮气出气管42进入吸附塔内，将对分子筛进行冲洗，将分子筛吸附的富氧气体，罐体内存在的富氧气体连通氮气一起从氮气进气管41排出，将先排出的部分其中氧气含量高，可以通过第三回收气管433进行回收，此时第三回收气管433上的阀门打开而氮气进气管41的阀门处于关闭状态，当随着气体的通入，氮气含量大而氧气含量减少，通过设置在第三回收气管433上的检测装置可以进行实时检测，当氧气含量低于40%即可关闭第三回收气管433上的阀门，同时打开排空管的阀门，将废气排出。通过回收气罐32可以稳定向氧气吸附塔22内进行供气，当制氧需求高的时候则可以切换到原有的制氧设备空压机组1泵入气体进行制氧，该方案可以直接将原有的制氧和制氮设备联合起来，减少了改造成本，此过程通过切换控制阀门52实现，而该过程中预先已经向其他氮气吸附塔21中泵入空气进行吸附，空压机11的切换不会影响到氮气吸附过程，将富氧废气通入后则重新切换阀门继续重复上述步骤泵入空气，采用该结构则不需要设置另一组空压机11，极大的减少了成本，同时也减少了能源消耗，氮气吸附塔21中产生氮气存储到氮气罐31中，氧气吸附塔22产生的氧气存储到成品氧气罐33中，便于成品气体的存储和使用，也有助于减少生产压力。同时本发明生产的氮气可以经第二总管423通入第一氮气罐311作为临时储存，当需要高浓度氮气的时候将第一氮气罐311内的气体重新通过回流管46导入氮气吸附塔21内进行重新吸附，产出高浓度氮气可以经第三总管424进入第二氮气罐312内，同时第一总管422可以直接连通第一氮气罐311和第二氮气罐312，在储存量大的时候将多余的氮气放在第一氮气罐311内储存。
Claims (9)
1.一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置,包括空压机组，吸附装置，储气装置，管道装置和控制装置，所述的空压机组，吸附装置，储气装置通过管道装置连接，所述的空压机组包括空压机和干燥器，所述的吸附装置包括若干个氮气吸附塔和若干个氧气吸附塔，所述的储气装置包括氮气罐，回收气罐和成品氧气罐，所述的氮气吸附塔和所述的氮气罐通过管道装置连接，所述的回收气罐和所述的氮气吸附塔通过管道装置连接，所述的氧气吸附塔和所述的回收气罐通过管道装置连接，所述的成品氧气罐和所述的氧气吸附塔通过管道装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的管道装置包括氮气进气管，氮气出气管，回收气管，回收气体进气管，氧气出气管，所述的氮气进气管的两端分别和所述的空压机组以及氮气吸附塔连接，所述的氮气出气管的两端分别连接氮气罐和氮气吸附塔，所述的回收气管包括第一回收气管和第二回收气管，所述的第一回收气管的两端分别连接空压机组和氮气吸附塔，所述的第二回收气管连接氮气进气管和回收气罐，所述的回收气体进气管的两端分别连接回收气罐和氧气吸附塔，所述的氧气出气管两端分别连接成品氧气罐和氧气吸附塔。
3.根据权利要求2所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的控制装置包括控制台以及多个控制阀门，所述的控制阀门分别设置在所述的氮气进气管，氮气出气管，回收气管，回收气体进气管，氧气出气管上，所述的控制台和所述的控制阀门电连接，所述的控制台和所述的空压机组电连接。
4.根据权利要求3所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的空压机采用离心空压机组。
5.根据权利要求4所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的氮气罐包括第一氮气罐和第二氮气罐，所述的氮气出气管包括出气管，第一总管，第二总管和第三总管，第一总管连接第一氮气罐和第二氮气罐，所述的出气管分别和第一总管，第二总管和第三总管连接，所述的第二总管连接出气管和第一氮气罐，所述的第三总管连接出气管和第二氮气罐。
6.根据权利要求5所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的空压机组上设有空压机进气管和空压机出气管，其中空压机出气管与所述的氮气进气管连接，所述的空压机进气管与所述的第一回收气管连接，所述的空压机进气管的一端和过滤器连接。
7.根据权利要求6所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的第一氮气罐和所述的氮气进气管通过回流管连接。
8.根据权利要求7所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的第一氮气管上设有第三回收气管，所述的第三回收气管和所述的第一回收气管连接。
9.根据权利要求8所述的一种多塔联用的大型VPSA氮氧联产装置，其特征在于，所述的氮气进气管上设有排空管。
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