CN115806274A - 一种高效再生的吸附法制氧方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种高效再生的吸附法制氧方法，包括：采用第一吸附塔和第二吸附塔交替进行加压步骤、收集步骤及再生步骤、吹扫步骤；再生步骤包括对第一吸附塔和第二吸附塔进行二次泄压来实现脱氮再生；二次泄压包括第一次的快速泄压及第二次的缓慢泄压。本发明通过在再生阶段的二次泄压操作，实现高效的将氮气排出，从而在下一制取阶段的步骤中可获得较高纯度的氧气，同时，本设备还克服了现有的锂基分子筛仅可使用在2.5个大气压以下制取氧气并且需要配备负压设备的缺陷，节省了设备成本；具有可采用至高到6个大气压的压力来快速制取氧气的优点。
Description
技术领域
本发明属于领域工业制氧领域中的制氧方法及相应机械的改进，具体涉及的是一种高效再生的制氧方法及设备。
背景技术
现有的工业制氧包括物理分离法、分子筛制氧(也称为吸附法)、膜分离法和电解法等多种。分子筛制氧法也称为变压吸附制氧分子筛制氧法，变压吸附制氧设备（也称PSA制氧设备），在常温常压的条件下，利用PSA专用分子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，从而取得纯度较高的氧气(93%±2)。变压吸附制氧设备自进入工业化以来，技术发展迅速，由于其价格性能比在中低产量范围及纯度要求不太高的场合具有较强的竞争力，因此被广泛地应用于炼钢助熔、高炉富氧、纸浆漂白、玻璃炉窑、废水处理等领域。但现有的PSA制氧设备采用的分子筛有锂基材料及沸石基材料，而采用锂基分子筛的话，在再生阶段需要采用负压进行清扫才能有效的排出氮气，这也限制了在制取阶段的正压最高压力，目前现有锂基材料制氧技术中，正常的制备过程普遍采用0.2MPa，至高到0.25MPa，此时负压设备的成本也随着增高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可以克服上述缺陷，无需采用负压设备进行清扫的高效再生的吸附法制氧方法及设备。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高效再生的吸附法制氧方法，关键在于所述高效制氧方法包括：采用第一吸附塔和第二吸附塔交替进行加压步骤、收集步骤及再生步骤、吹扫步骤；即一个吸附塔进行加压步骤、收集步骤的同时，另外一个吸附塔进行再生步骤、吹扫步骤;
其中；所述的再生步骤包括对第一吸附塔和第二吸附塔进行二次泄压来实现脱氮再生；所述的二次泄压包括第一次1～10S的快速泄压及第二次10～100S的缓慢泄压，所述的吹扫步骤为第一吸附塔和第二吸附塔相互利用对方的收集步骤获得的富氧气体来进行吹扫再生。
所述的二次泄压包括：1）在原有第一吸附塔或第二吸附塔的气压基础上降低0.08～0.15MPa进行第一次快速泄压，泄压时间2～5S，2）通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.2～0.5MPa进行二次缓慢泄压，并在50～70S内将压力下降至大气压。
所述的加压步骤为加压至0.3～0.6MPa，所述的第一吸附塔及第二吸附塔中所用分子筛为锂基分子筛材料。
所述吹扫再生所用的富氧气体为进行氧气收集后的低氧气体，经过所述的吹扫再生步骤后，将剩余的低氧气体继续输入至另一吸附塔至气压均衡。
所述二次泄压步骤中，在原有的气压基础上降低0.1～0.12MPa压力进行第一次快速泄压，泄压时间3～4秒。
所述二次泄压步骤中，通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.3～0.4MPa而进行二次缓慢泄压，并在60～70S内将压力下降至大气压。
所述的泄压限制装置包括泄压桶、缓冲材料、及排放限流机构。
所述的泄压桶的容积是第一吸附塔或第二吸附塔的5%～10%。
所述的排放限流机构为设置在泄压桶内部的限流挡板。
本发明的另外一个目的是提出一种可使用高效再生的吸附法制氧方法的设备，关键在于所述设备包括空气压缩机、第一吸附塔和第二吸附塔、泄压限制装置、控制主机、及若干连接第一吸附塔和第二吸附塔所需的管路及阀门，所述的泄压限制装置设有排放限流机构。
本发明的高效再生的吸附法制氧方法通过在再生阶段的二次泄压操作，实现高效的将氮气排出，从而在下一制取阶段的步骤中可获得较高纯度的氧气，同时，本设备还克服了现有的锂基分子筛仅可使用在2.5个大气压以下制取氧气并且需要配备负压设备的缺陷，节省了设备成本；具有可采用至高到6个大气压的压力来快速制取氧气的优点。
附图说明
图1为本发明设备结构示意图。
图2为本发明泄压限制装置结构示意图。
图3为本发明泄压限制装置另外一实施例结构示意图。
实施方式
如图1至图3所示，一种高效再生的吸附法制氧方法，所述高效制氧吸附法方法包括：采用第一吸附塔和第二吸附塔交替进行加压步骤、收集步骤及再生步骤、吹扫步骤；即一个吸附塔进行加压步骤、收集步骤的同时，另外一个吸附塔进行再生步骤、吹扫步骤;
其中；所述的再生步骤包括对第一吸附塔和第二吸附塔进行二次泄压来实现脱氮再生；所述的二次泄压包括第一次1～10S的快速泄压及第二次10～100S的缓慢泄压，其中，第一次的快速泄压和第二次的缓慢泄压的时间比为1：5～1：30，比如第一次的快速泄压所需时间为2～5S，第二次的缓慢泄压的时间为10S～150S，所述的吹扫步骤为第一吸附塔和第二吸附塔相互利用对方的收集步骤获得的富氧气体来进行吹扫再生。利用另外一吸收塔的富氧气体来清扫再生可提高清扫效果，减少氮气的残留量。本发明过滤、压缩、输气、制备阶段所用的设备与现有技术中的吸附法设备相同，不再详述。
所述的二次泄压包括：1）在原有第一吸附塔或第二吸附塔的气压基础上降低0.08～0.15MPa进行第一次快速泄压，泄压时间2～5S，第一吸附塔或第二吸附塔的原有制备压力可比现有技术的0.2MPa的制备压力提高1～3个压力，达到0.3～0.6MPa。2）通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.2～0.5MPa进行二次缓慢泄压，并在50～70S内将压力下降至大气压。
优选的，所述的加压步骤为加压至0.3～0.6MPa，所述的第一吸附塔及第二吸附塔中所用分子筛为锂基分子筛材料，所述的锂基分子筛材料的特性及结构为现有技术，不再详述。
所述吹扫再生所用的富氧气体为进行氧气收集后的低氧气体，经过所述的吹扫再生步骤后，将剩余的低氧气体继续输入至另一吸附塔至气压均衡。使用另外一吸附塔的富氧尾气进行吹扫再生，需要对管道和阀门进行连接，并由控制主机进行控制，控制阀门的启闭、切分，从而使另外一个气罐的气体输出到另外一个气罐进行吹扫再生。
所述二次泄压步骤中，在原有的气压基础上降低0.1～0.12MPa压力进行第一次快速泄压，泄压时间3～4S。优选的为3S。通过第一次快速泄压将大部分氮气吸出吸附材料。
所述二次泄压步骤中，通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.3～0.4MPa而进行二次缓慢泄压，并在60～70S内将压力下降至大气压。通过第二次是缓慢泄压使得剩余的氮气分子在适当的压力差下进行有效运动而从吸附材料中流出。
本发明中的二次泄压可单纯依靠泄压限制装置的物理结构实现，也可以配合相关阀门的启闭来实现泄压时间的控制。
所述的泄压限制装置1包括泄压桶10、缓冲材料11、及排放限流机构12。所述的泄压桶10用于承接泄出的气体，所述的缓冲材料11起消音和进一步缓冲限压作用，所述的缓冲材料11可采用棉布或者是海绵、棕榈等多孔或纤维材料；所述的排放限流机构12用于控制气体溢出速度，从而实现控制泄压时间，具体结构可为设置在泄压桶内部的限压挡板或者是安装在泄压桶开口处的可调间隙的盖板。
所述的泄压桶10的容积是第一吸附塔或第二吸附塔的5%～10%。优选的泄压桶10的容积为6%～8%。泄压控制阀门后段的体积需要计算在泄压桶内。
所述的排放限流机构可以为弹簧及桶盖，所述的弹簧设有多个，桶盖通过多个弹簧连接在泄压桶开口处。通过调整弹簧的弹力来控制出口的间隙，以控制溢出量而达到控制泄压时间。优选的为3～6个螺栓配合穿设弹簧。
优选的，所述的限流机构为设置在泄压桶内部的限流挡板，所述的限流挡板设有多个，并成错开设置，通过延长排气管道长度及与缓冲材料配合，达到限压目的。
本发明的另外一个目的是提出一种可使用高效再生的吸附法制氧方法的设备，所述设备包括空气压缩机（附图无示出）、第一吸附塔和第二吸附塔、泄压限制装置、控制主机（附图无示出）、及若干连接第一吸附塔和第二吸附塔所需的管路及阀门，所述的泄压限制装置1设有排放限压机构12。设备中所述的排放限压机构为设置在泄压桶内部的限流挡板，所述的限流挡板设有多个，并成错开设置，用于通过延长排气管道长度及与缓冲材料11配合，达到限压目的。所述控制主机连接并控制空气压缩机运行及各阀门的启闭。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述高效制氧方法包括：采用第一吸附塔和第二吸附塔交替进行加压步骤、收集步骤及再生步骤、吹扫步骤；即一个吸附塔进行加压步骤、收集步骤的同时，另外一个吸附塔进行再生步骤、吹扫步骤;
其中；所述的再生步骤包括对第一吸附塔和第二吸附塔进行二次泄压来实现脱氮再生；所述的二次泄压包括第一次1～10S的快速泄压及第二次10～100S的缓慢泄压，所述的吹扫步骤为第一吸附塔和第二吸附塔相互利用对方的收集步骤获得的富氧气体来进行吹扫再生。
2.根据权利要求1所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述的二次泄压包括：1）在原有第一吸附塔或第二吸附塔的气压基础上降低0.08～0.15MPa进行第一次快速泄压，泄压时间2～5S，2）通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.2～0.5MPa进行二次缓慢泄压，并在50～70S内将压力下降至大气压。
3.根据权利要求2所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述的加压步骤为加压至0.3～0.6MPa，所述的第一吸附塔及第二吸附塔中所用分子筛为锂基分子筛材料。
4.根据权利要求3所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述吹扫再生所用的富氧气体为进行氧气收集后的低氧气体，经过所述的吹扫再生步骤后，将剩余的低氧气体继续输入至另一吸附塔至气压均衡。
5.根据权利要求3所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述二次泄压步骤中，在原有的气压基础上降低0.1～0.12MPa压力进行第一次快速泄压，泄压时间3～4秒。
6.根据权利要求5所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述二次泄压步骤中，通过泄压限制装置将废气释放压力限制为0.3～0.4MPa而进行二次缓慢泄压，并在60～70S内将压力下降至大气压。
7.根据权利要求6所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述的泄压限制装置包括泄压桶、缓冲材料、及排放限流机构。
8.根据权利要求7所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述的泄压桶的容积是第一吸附塔或第二吸附塔的5%～10%。
9.根据权利要求8所述的高效再生的吸附法制氧方法，其特征在于所述的排放限流机构设置在泄压桶内部的限流挡板。
10.一种可使用高效再生的吸附法制氧方法的设备，其特征在于所述设备包括空气压缩机、第一吸附塔和第二吸附塔、泄压限制装置、控制主机、及若干连接第一吸附塔和第二吸附塔所需的管路及阀门，所述的泄压限制装置设有排放限流机构。
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