CN114949647A - 提取氧气制备呼吸气系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提取氧气制备呼吸气系统及方法，涉及氧气提取制备技术领域，上述提取氧气制备呼吸气系统包括一级升压组件、二级升压组件、第一分子筛吸附塔、第二分子筛吸附塔和储氧制气组件；一级升压组件的出气端与二级升压组件的进气端连通；二级升压组件的出气端通过第一阀门组件与第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔的进气端连通，以使第一分子筛吸附塔与第二分子筛吸附塔交替工作；储氧制气组件通过第二阀门组件与第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔连通，以使储氧制气组件接收氧气并制得可用于呼吸的混合气。上述系统可连续地从二氧化碳分解产生的混气中分离出氧气，且整个系统工作温度为常温，无需任何加热或降温措施，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及氧气提取制备技术领域，尤其是涉及一种提取氧气制备呼吸气系统及方法。
背景技术
21世纪以来，全球气候变暖成为了最严重的环境问题之一。全球气候变暖导致极地冰川和冻土消融、海平面上升、全球降水量重新分配等一系列生态失衡问题，威胁着人类的生存。全球气候变暖主要是由大气中的温室气体导致的，其中二氧化碳约占全球每年排放温室气体的85％。因此，如何减少大气中排放的二氧化碳气体成为人们关注的重点。此外，随着人类太空探索的逐渐深入，目前国际范围内对于行星的探测兴趣日渐高涨。地球的邻居——金星和火星都是目前行星探测的重点，两者大气的主要成分都是二氧化碳气体。尤其是火星，在未来极有可能成为人类移居的星球之一。基于这些行星的大气成分，可以使用原位资源利用技术将二氧化碳气体资源化利用，使其转化为人类生存需要的氧气和燃料，这样既可以减少宇航员对地球补给的依赖，又可以显著降低成本，对于人类的深空探索意义重大。
二氧化碳气体是一种非常稳定的气态氧化物，其中碳处于最高氧化态，常温下极难使之分解得到人们需要的氧气。最早采用的分解二氧化碳的方法是热分解法，由于碳氧双键的键能很高，热分解的温度需要达到3000K以上，能量消耗巨大，操作条件苛刻。通过催化方法(包括光催化、电催化技术)也可以分解二氧化碳，但催化剂通常难以制备且易出现失活等问题，可靠性偏低。之后，研究者们发现，采用低温等离子体技术可以在气体温度低很多的情况(可以接近室温)下有效地活化二氧化碳使之分解，从而大大地降低操作条件需求，减少分解的能量消耗。这种技术渐渐引起人们的关注，被认为是环境友好的绿色处理方法之一。然而，低温等离子体虽然可以很容易地活化二氧化碳分子使之分解，但低温等离子体化学反应过程的产物选择性很差，一般通过该方法得到的分解产气中还含有较多的二氧化碳、一氧化碳等组分。因此，如何从二氧化碳分解产气中把人们生存呼吸所需要的氧气分离提取出来成为低温等离子体技术分解二氧化碳的应用瓶颈之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提取氧气制备呼吸气系统及方法，可连续地从二氧化碳分解产生的混气中分离出氧气，且工作温度为常温，无需任何加热或降温措施，易于操作，氧气提取效率高。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种提取氧气制备呼吸气系统，包括一级升压组件、二级升压组件、第一分子筛吸附塔、第二分子筛吸附塔和储氧制气组件；
所述一级升压组件的出气端与所述二级升压组件的进气端连通；
所述二级升压组件的出气端通过第一阀门组件与所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔的进气端连通，以使所述第一分子筛吸附塔与所述第二分子筛吸附塔交替工作；
所述储氧制气组件通过第二阀门组件与所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔连通，以使所述储氧制气组件接收所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔排出的氧气并制得可用于呼吸的混合气。
进一步地，所述一级升压组件包括通过管道依次连接的第一放气阀、真空压缩机、一级储气罐和第二放气阀。
进一步地，所述二级升压组件包括通过管道依次连接的气动增压阀、二级储气罐和第一减压阀，所述气动增压阀的进气端通过管道与所述第二放气阀的出气端连接。
进一步地，所述第一阀门组件包括第一进气阀和第二进气阀，所述第一进气阀通过管道连接于所述第一减压阀与所述第一分子筛吸附塔之间，所述第二进气阀通过管道连接于所述第一减压阀与所述第二分子筛吸附塔之间。
进一步地，所述第一分子筛吸附塔与所述第二分子筛吸附塔之间连接有平衡均压阀。
进一步地，所述储氧制气组件包括氧气储气罐、产气储气罐、氮气气瓶、隔膜泵和气相色谱仪；
所述氧气储气罐的进气端通过所述第二阀门组件与所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔连通，所述氧气储气罐的第一出气端通过第三放气阀与所述产气储气罐的第一进气端连通；
所述产气储气罐的第一出气端通过所述隔膜泵与所述气相色谱仪连通；
所述氮气气瓶与所述产气储气罐的第二进气端连通。
进一步地，所述第二阀门组件包括第一排气阀和第二排气阀，所述第一排气阀通过管道连接于所述第一分子筛吸附塔与所述氧气储气罐之间，所述第二排气阀通过管道连接于所述第二分子筛吸附塔与所述氧气储气罐之间。
进一步地，所述氧气储气罐的第二出气端通过吹扫三通阀与所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔连通，所述氧气储气罐与所述吹扫三通阀之间还连接有第二减压阀。
本发明还提供一种提取氧气制备呼吸气方法，使用上述方案所述的提取氧气制备呼吸气系统，包括：
向所述一级升压组件通入二氧化碳分解后的产气，经过所述一级升压组件和所述二级升压组件逐级升压；
打开所述第一阀门组件中的第一进气阀，所述第一分子筛吸附塔作业；
打开所述第二阀门组件中的第一排气阀使得氧气存入所述储氧制气组件；
关闭所述第一进气阀和所述第一排气阀，打开平衡均压阀，令所述第一分子筛吸附塔与所述第二分子筛吸附塔之间的压力平衡后，关闭所述均压阀；
令储氧制气组件对所述第一分子筛吸附塔进行吹扫，同时打开第一阀门组件中的第二进气阀，所述第二分子筛吸附塔作业；
打开所述第二阀门组件中的第二排气阀使得氧气存入所述储氧制气组件，同时停止对所述第一分子筛吸附塔的吹扫；
关闭所述第二排气阀和所述第二进气阀，打开平衡均压阀，令所述第一分子筛吸附塔与所述第二分子筛吸附塔之间的压力平衡后，关闭所述均压阀；
令储氧制气组件对所述第二分子筛吸附塔进行吹扫，同时打开第一阀门组件中的第一进气阀，所述第一分子筛吸附塔与所述第二分子筛吸附塔交替工作。
进一步地，还包括：
所述储氧制气组件中，调节氧气储气罐的氧气流量以及氮气气瓶的氮气流量，使两者按空气氮氧比例混合后存入产气储气罐，直至产气足量，打开产气储气罐与隔膜泵之间的第四放气阀，通过隔膜泵将产气送入气相色谱仪中进行检测；
如产气与空气氮氧含量的差值在阈值以内则结束，如差值在阈值以外则继续调节氧气储气罐的氧气流量以及氮气气瓶的氮气流量直至差值在阈值以内。
本发明提供的提取氧气制备呼吸气系统及方法能产生如下有益效果：
在系统开始工作前，需要将系统中的空气抽走，然后通入二氧化碳分解后的产气，进行一级升压组件的一级升压、二级升压组件的二级升压后，获得高压分解产气，随后通入第一分子筛吸附塔或第二分子筛吸附塔中发生吸附作用，得到高纯的氧气，最后，送入储氧制气组件储存并得到可用于呼吸的混合气。在上述过程中，由于第一分子筛吸附塔以及第二分子筛吸附塔只能吸附住一定质量的二氧化碳或一氧化碳气体，当第一分子筛吸附塔吸附饱和时，第一阀门组件将高压混气转为导入第二分子筛吸附塔，第二分子筛吸附塔继续进行吸附作业，第一分子筛吸附塔通过氧气吹扫排出废气，从而恢复吸附活性，这样双塔交替作业，就可以从系统的终端连续地获得用于呼吸的混合气。
相对于现有技术来说，本发明提供的提取氧气制备呼吸气系统可连续地从二氧化碳分解产生的混气中分离出氧气，进而连续生产出可用于生命呼吸的气体，另外整个系统工作过程中，气体温度均为常温，无需任何加热或降温措施，相比于工业中的深冷分离制氧以及透氧膜高温渗透制氧而言，本方案更为简便可行。
相对于现有技术来说，本发明提供的提取氧气制备呼吸气方法可连续地提取氧气并制备可用于呼吸的气体，且整个过程不需要控制温度，操作方便、简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种提取氧气制备呼吸气系统的示意图。
图标：1-一级升压组件；11-第一放气阀；12-真空压缩机；13-一级储气罐；14-第二放气阀；2-二级升压组件；21-气动增压阀；22-二级储气罐；23-第一减压阀；3-第一分子筛吸附塔；31-第一废气排出阀；4-第二分子筛吸附塔；41-第二废气排出阀；5-储氧制气组件；51-氧气储气罐；52-产气储气罐；53-氮气气瓶；54-隔膜泵；55-气相色谱仪；56-第三放气阀；57-第四放气阀；6-第一阀门组件；61-第一进气阀；62-第二进气阀；7-第二阀门组件；71-第一排气阀；72-第二排气阀；8-平衡均压阀；9-吹扫三通阀；10-第二减压阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明第一方面的实施例在于提供一种提取氧气制备呼吸气系统，如图1所示，包括一级升压组件1、二级升压组件2、第一分子筛吸附塔3、第二分子筛吸附塔4和储氧制气组件5；一级升压组件1的出气端与二级升压组件2的进气端连通；二级升压组件2的出气端通过第一阀门组件6与第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4的进气端连通，以使第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4交替工作；储氧制气组件5通过第二阀门组件7与第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4连通，以使储氧制气组件5接收第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4排出的氧气并制得可用于呼吸的混合气。
由于二氧化碳分解反应器的工作压强通常最高只能达到0.1MPa，而第一分子筛吸附塔3以及第二分子筛吸附塔4内分子筛的工作压强在0.7-0.8MPa，通过一级升压组件1可将二氧化碳分解后得到的混气升压至0.3MPa左右，通过二级升压组件2可将混气继续升压至0.7-0.8MPa，从而满足第一分子筛吸附塔3以及第二分子筛吸附塔4作业的气压要求。
另外，由于一定质量的分子筛只能吸附住一定质量的二氧化碳或一氧化碳气体，当吸附塔中的分子筛吸附饱和时，需要吹扫排出废气，恢复吸附活性，上述实施例中的提取氧气制备呼吸气系统配置有两个分子筛吸附塔，当第一分子筛吸附塔3进行吹扫时，第二分子筛吸附塔4可进行作业，当第二分子筛吸附塔4进行吹扫时，第一分子筛吸附塔3可进行作业，如此交替可实现氧气的无间断提取，从而从系统的终端连续获得用于呼吸的“人造空气”。并且上述提取氧气制备呼吸气系统可在常温下作业，无需任何加热或降温措施，相比于工业中的深冷分离制氧以及透氧膜高温渗透制氧而言更为简便可行。
在一些实施例中，如图1所示，一级升压组件1包括通过管道依次连接的第一放气阀11、真空压缩机12、一级储气罐13和第二放气阀14。
第一放气阀11用于控制分解产气流入真空压缩机12的流量，分解产气经过真空压缩机12加压后进入一级储气罐13，一级储气罐13内的分解产气达到一定的压力后，打开第二放气阀14，分解产气进入二级升压组件2。
上述一级升压组件1结构简单，便于操作，可有效对分解产气进行升压并达到所要求的压力。
在一些实施例中，如图1所示，二级升压组件2包括通过管道依次连接的气动增压阀21、二级储气罐22和第一减压阀23，气动增压阀21的进气端通过管道与第二放气阀14的出气端连接。
与一级升压组件1类似地，分解产气首先进入气动增压阀21增压，随后进入二级储气罐22，二级储气罐22内的分解产气达到一定的压力后，打开第一减压阀23，分解产气进入第一分子筛吸附塔3或第二分子筛吸附塔4。
由于二氧化碳分解反应器流量一般较低(通常<100ml/min)，单位时间内获得的分解产气经压缩后的体积比较小，因此实时流量无法维持气动增压阀21以及后续第一分子筛吸附塔3以及第二分子筛吸附塔4的正常工作。因此，上述实施例所提供的一级升压组件1和二级升压组件2分别采用一级储气罐13和二级储气罐22将一、二级升压的气体暂存，积累至一定压强后再通入后续的吸附塔，可保证气压的稳定性，从而使得氧气能够有效得到提取。
在一些实施例中，如图1所示，第一阀门组件6包括第一进气阀61和第二进气阀62；第一进气阀61通过管道连接于第一减压阀23与第一分子筛吸附塔3之间，从而控制分解产气进入第一分子筛吸附塔3的流量；第二进气阀62通过管道连接于第一减压阀23与第二分子筛吸附塔4之间，从而控制分解产气进入第二分子筛吸附塔4的流量。
上述第一阀门组件6通过配置有两个进气阀实现第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4交替工作，易于操作，实现氧气的连续提取。
在一些实施例中，如图1所示，第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4之间连接有平衡均压阀8，打开平衡均压阀8后，第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4连通，从而使两者的气压达到平衡，使得储氧制气组件5内的氧气可以顺利进入第一分子筛吸附塔3或第二分子筛吸附塔4进行吹扫作业。
在上述实施例的基础上，第一分子筛吸附塔3具有排出废气的第一废气排出阀31，第二分子筛吸附塔4具有排出废气的第二废气排出阀41。
在一些实施例中，如图1所示，为使得储氧制气组件5所制得的可用于呼吸的混合气组分能够近似于空气，储氧制气组件5包括氧气储气罐51、产气储气罐52、氮气气瓶53、隔膜泵54和气相色谱仪55；氧气储气罐51的进气端通过第二阀门组件7与第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4连通，以接收第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4排出的氧气，氧气储气罐51的第一出气端通过第三放气阀56与产气储气罐52的第一进气端连通；产气储气罐52的第一出气端通过隔膜泵54与气相色谱仪55连通；氮气气瓶53与产气储气罐52的第二进气端连通。
在使用时，氧气储气罐51用于接收第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4排出的氧气，可通过第三放气阀56控制氧气进入产气储气罐52的流量，氮气气瓶53用于向产气储气罐52的第二进气端供氮气，氮气与氧气在产气储气罐52内混合后通过第四放气阀57进入隔膜泵54，隔膜泵54将产气送入气相色谱仪中进行气体组分检测，如产气与空气氮氧含量的差值在所设定的阈值以内则结束，如差值在设定的阈值以外则继续调节氧气储气罐51的氧气输出流量以及氮气气瓶53的氮气输出流量直至差值在阈值以内。
可以理解的是，氮气气瓶53可自调节氮气输出流量，也可以在氮气气瓶53与产气储气罐52之间设置第五放气阀来控制氮气输出流量。
上述储氧制气组件5具有反馈调节功能，从而保证产气能够达到呼吸要求，所得产气稳定可靠。上述反馈调节原理为现有技术的惯用技术手段，例如空调的变频调节，为了节省篇幅，上述原理不再详细说明。
在一些实施例中，如图1所示，第二阀门组件7包括第一排气阀71和第二排气阀72；第一排气阀71通过管道连接于第一分子筛吸附塔3与氧气储气罐51之间，从而控制第一分子筛吸附塔3输出的氧气进入氧气储气罐51的流量；第二排气阀72通过管道连接于第二分子筛吸附塔4与氧气储气罐51之间，从而控制第二分子筛吸附塔4输出的氧气进入氧气储气罐51的流量。
具体地，第一排气阀71安装于第一子管道，第二排气阀72安装于第二子管道，第一子管道的一端与第一分子筛吸附塔3连通，第二子管道的一端与第二分子筛吸附塔4连通，第一子管道的另一端与第二子管道的另一端连通并通过主管道与氧气储气罐51连通。
在一些实施例中，为实现氧气储气罐51的吹扫作业，氧气储气罐51的第二出气端通过吹扫三通阀9与第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4连通，氧气储气罐51与吹扫三通阀9之间还连接有第二减压阀10。
第二减压阀10打开状态下，吹扫三通阀9处于第一工位时，氧气储气罐51与第一分子筛吸附塔3连通，吹扫三通阀9处于第二工位时，氧气储气罐51与第二分子筛吸附塔4连通。氧气储气罐51的氧气通过减压后对第一分子筛吸附塔3或第二分子筛吸附塔4进行吹扫作业。
本发明第二方面的实施例在于提供一种提取氧气制备呼吸气方法，本发明第二方面的实施例提供的提取氧气制备呼吸气方法采用上述提取氧气制备呼吸气系统，具体包括：
向一级升压组件1通入二氧化碳分解后的产气，经过一级升压组件1和二级升压组件2逐级升压；
打开第一阀门组件6中的第一进气阀61，第一分子筛吸附塔3作业；
打开第二阀门组件7中的第一排气阀71使得氧气存入储氧制气组件5；
关闭第一进气阀61和第一排气阀71，打开平衡均压阀8，令第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4之间的压力平衡后，关均压阀8；
令储氧制气组件5对第一分子筛吸附塔3进行吹扫，同时打开第一阀门组件6中的第二进气阀62，第二分子筛吸附塔4作业；
打开第二阀门组件7中的第二排气阀72使得氧气存入储氧制气组件5，同时停止对第一分子筛吸附塔3的吹扫；
关闭第二排气阀72和第二进气阀62，打开平衡均压阀8，令第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4之间的压力平衡后，关均压阀8；
令储氧制气组件5对第二分子筛吸附塔4进行吹扫，同时打开第一阀门组件6中的第一进气阀61，第一分子筛吸附塔3与第二分子筛吸附塔4交替工作。
上述提取氧气制备呼吸气方法通过控制各个阀门的开关可实现氧气的连续提取，作业过程稳定、可靠，操作简单、方便，且无需操控任何加热或降温装置，更便于推广。
当储氧制气组件5包括有氧气储气罐51、产气储气罐52、氮气气瓶53、隔膜泵54和气相色谱仪55时，上述提取氧气制备呼吸气方法还包括：
调节氧气储气罐51的氧气流量以及氮气气瓶53的氮气流量，使两者按空气氮氧比例混合后存入产气储气罐52，直至产气足量后，打开产气储气罐52与隔膜泵54之间的第四放气阀57，通过隔膜泵54将产气送入气相色谱仪中进行检测；
如产气与空气氮氧含量的差值在阈值以内则结束，如差值在阈值以外则继续调节氧气储气罐51的氧气流量以及氮气气瓶53的氮气流量直至差值在阈值以内。
以图1为例，提取氧气制备呼吸气方法具体包括以下步骤：
1、打开第一放气阀11(其余阀门关闭)，二氧化碳分解反应后得到的混气经真空压缩机12升压；
2、读取一级储气罐13压力示数，待其升至0.2-0.3MPa；
3、打开第二放气阀14，通过气动增压阀21进行二级升压；
4、读取二级储气罐22压力示数，调节气动增压阀21合适的增压比，待压力示数升至0.7-0.8MPa；
5、调节第一减压阀23，打开第一进气阀61，第一分子筛吸附塔3开始充气升压；
6、读取第一分子筛吸附塔3压力示数，待其升至0.7-0.8MPa；
7、打开第一排气阀71，得到的高纯氧气存入氧气储气罐51中；
8、读取氧气储气罐51压力示数，待其升至0.4MPa左右；
9、关闭第一排气阀71和第一进气阀61，打开平衡均压阀8，待第一分子筛吸附塔3和第二分子筛吸附塔4达到均压后关闭平衡均压阀8；
10、调节第二减压阀10，打开吹扫三通阀9和第一分子筛吸附塔3上的第一废气排出阀31，对第一分子筛吸附塔3进行吹扫，同时，第二进气阀62打开，第二分子筛吸附塔4开始充气升压；
11、读取第二分子筛吸附塔4压力示数，待其升至0.7-0.8MPa；
12、打开第二排气阀72，得到的高纯氧气存入氧气储气罐51中，同时关闭吹扫三通阀9、第一废气排出阀31，停止对第一分子筛吸附塔3的吹扫；
13、读取氧气储气罐51压力示数，待其升至0.4MPa左右；
14、关闭第二排气阀72和第二进气阀62，打开平衡均压阀8，待第二分子筛吸附塔4和第一分子筛吸附塔3达到均压后关闭平衡均压阀8，再次调节第二减压阀10并打开吹扫三通阀9以及第二分子筛吸附塔4上的第二废气排出阀41，对第二分子筛吸附塔4进行吹扫，同时第一进气阀61打开，第一分子筛吸附塔3开始充气升压；
15、重复上述6-14步，一个吸附塔在高压下吸附作业时，另一个吸附塔处于放空或吹扫状态，双塔交替运行实现连续作业，使氧气储气罐51内储存的氧气足量；
16、打开第三放气阀56和氮气气瓶53，调节氧气和氮气流量，使两者按空气氮氧比例混合后存入产气储气罐52，直至产气足量；
17、打开第四放气阀57，通过隔膜泵54将少量产气送入气相色谱仪55中进行检测；
18、读取组分检测结果；
19、判断组分含量与空气中氮氧含量是否相近，即判断产气与空气氮氧含量的差值是否在阈值以内，如产气组分含量与空气中氮氧含量相近则结束，如产气组分含量与空气中氮氧含量不相近，则继续调节氧气储气罐51的氧气流量以及氮气气瓶53的氮气流量直至产气组分含量与空气中氮氧含量相近。
系统第一次启动的工作状态与后续双塔交替的循环工作状态略有不同，第一次启动工况下的工艺时序如表1所示：
表1变压吸附启动工况下的工艺时序
| PSA1_state | Start | Charge | Work | Work | Balance | Sweep | Off | Charge | Work |
| PSA2_state | Start | Off | Off | Off | Charge | Work | Work | Balance | Sweep |
| time/s | 0 | 45 | 100 | 100 | 10 | 20 | 180 | 10 | 20 |
表1中，“PSA1_State”、“PSA2_State”表示第一、第二分子筛吸附塔的工作状态，“Start”表示启动，“Charge”表示充气升压，“Work”表示吸附作业，“Balance”表示两个吸附塔进行平衡均压，“Sweep”表示对吸附塔进行吹扫，“Off”表示吸附塔结束一个完整的作业。表2同。
当系统处于双塔交替工作的循环工况时，对应的工艺时序如表2所示：
表2变压吸附循环工况下的工艺时序
| PSA1_state | Work | Balance | Sweep | Off | Charge | Work |
| PSA2_state | Off | Charge | Work | Work | Balance | Sweep |
| time/s | 180 | 10 | 20 | 180 | 10 | 20 |
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，包括一级升压组件(1)、二级升压组件(2)、第一分子筛吸附塔(3)、第二分子筛吸附塔(4)和储氧制气组件(5)；
所述一级升压组件(1)的出气端与所述二级升压组件(2)的进气端连通；
所述二级升压组件(2)的出气端通过第一阀门组件(6)与所述第一分子筛吸附塔(3)和所述第二分子筛吸附塔(4)的进气端连通，以使所述第一分子筛吸附塔(3)与所述第二分子筛吸附塔(4)交替工作；
所述储氧制气组件(5)通过第二阀门组件(7)与所述第一分子筛吸附塔(3)和所述第二分子筛吸附塔(4)连通，以使所述储氧制气组件(5)接收所述第一分子筛吸附塔(3)和所述第二分子筛吸附塔(4)排出的氧气并制得可用于呼吸的混合气。
2.根据权利要求1所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述一级升压组件(1)包括通过管道依次连接的第一放气阀(11)、真空压缩机(12)、一级储气罐(13)和第二放气阀(14)。
3.根据权利要求2所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述二级升压组件(2)包括通过管道依次连接的气动增压阀(21)、二级储气罐(22)和第一减压阀(23)，所述气动增压阀(21)的进气端通过管道与所述第二放气阀(14)的出气端连接。
4.根据权利要求3所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述第一阀门组件(6)包括第一进气阀(61)和第二进气阀(62)，所述第一进气阀(61)通过管道连接于所述第一减压阀(23)与所述第一分子筛吸附塔(3)之间，所述第二进气阀(62)通过管道连接于所述第一减压阀(23)与所述第二分子筛吸附塔(4)之间。
5.根据权利要求1所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述第一分子筛吸附塔(3)与所述第二分子筛吸附塔(4)之间连接有平衡均压阀(8)。
6.根据权利要求1所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述储氧制气组件(5)包括氧气储气罐(51)、产气储气罐(52)、氮气气瓶(53)、隔膜泵(54)和气相色谱仪(55)；
所述氧气储气罐(51)的进气端通过所述第二阀门组件(7)与所述第一分子筛吸附塔(3)和所述第二分子筛吸附塔(4)连通，所述氧气储气罐(51)的第一出气端通过第三放气阀(56)与所述产气储气罐(52)的第一进气端连通；
所述产气储气罐(52)的第一出气端通过所述隔膜泵(54)与所述气相色谱仪(55)连通；
所述氮气气瓶(53)与所述产气储气罐(52)的第二进气端连通。
7.根据权利要求6所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述第二阀门组件(7)包括第一排气阀(71)和第二排气阀(72)，所述第一排气阀(71)通过管道连接于所述第一分子筛吸附塔(3)与所述氧气储气罐(51)之间，所述第二排气阀(72)通过管道连接于所述第二分子筛吸附塔(4)与所述氧气储气罐(51)之间。
8.根据权利要求6所述的提取氧气制备呼吸气系统，其特征在于，所述氧气储气罐(51)的第二出气端通过吹扫三通阀(9)与所述第一分子筛吸附塔(3)和所述第二分子筛吸附塔(4)连通，所述氧气储气罐(51)与所述吹扫三通阀(9)之间还连接有第二减压阀(10)。
9.一种提取氧气制备呼吸气方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的提取氧气制备呼吸气系统，包括：
向所述一级升压组件(1)通入二氧化碳分解后的产气，经过所述一级升压组件(1)和所述二级升压组件(2)逐级升压；
打开所述第一阀门组件(6)中的第一进气阀(61)，所述第一分子筛吸附塔(3)作业；
打开所述第二阀门组件(7)中的第一排气阀(71)使得氧气存入所述储氧制气组件(5)；
关闭所述第一进气阀(61)和所述第一排气阀(71)，打开平衡均压阀(8)，令所述第一分子筛吸附塔(3)与所述第二分子筛吸附塔(4)之间的压力平衡后，关闭所述均压阀(8)；
令储氧制气组件(5)对所述第一分子筛吸附塔(3)进行吹扫，同时打开第一阀门组件(6)中的第二进气阀(62)，所述第二分子筛吸附塔(4)作业；
打开所述第二阀门组件(7)中的第二排气阀(72)使得氧气存入所述储氧制气组件(5)，同时停止对所述第一分子筛吸附塔(3)的吹扫；
关闭所述第二排气阀(72)和所述第二进气阀(62)，打开平衡均压阀(8)，令所述第一分子筛吸附塔(3)与所述第二分子筛吸附塔(4)之间的压力平衡后，关闭所述均压阀(8)；
令储氧制气组件(5)对所述第二分子筛吸附塔(4)进行吹扫，同时打开第一阀门组件(6)中的第一进气阀(61)，所述第一分子筛吸附塔(3)与所述第二分子筛吸附塔(4)交替工作。
10.根据权利要求9所述的提取氧气制备呼吸气方法，其特征在于，还包括：
所述储氧制气组件(5)中，调节氧气储气罐(51)的氧气流量以及氮气气瓶(53)的氮气流量，使两者按空气氮氧比例混合后存入产气储气罐(52)，直至产气足量，打开产气储气罐(52)与隔膜泵(54)之间的第四放气阀(57)，通过隔膜泵(54)将产气送入气相色谱仪中进行检测；
如产气与空气氮氧含量的差值在阈值以内则结束，如差值在阈值以外则继续调节氧气储气罐(51)的氧气流量以及氮气气瓶(53)的氮气流量直至差值在阈值以内。
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