CN116020235A - 一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩空气干燥吸附技术领域，公开了一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置。吸附干燥装置包括吸附塔A、吸附塔B、空压机、回热器、冷却器、水分离器、过滤器组件、消音器组件、风机、再生加热器、真空泵、控制柜、检测仪和阀门组件；各部件之间通过管道连接；控制柜通过线缆与露点仪、CO₂检测仪、真空泵、阀门组件中的各阀门以及再生加热器连接。吸附干燥装置能够干燥吸附出超低露点超低二氧化碳含量的空气，还能够高效再生吸附剂，同时实现自动调节，具有工程实用价值。

Description

一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置

技术领域

本发明属于压缩空气干燥吸附技术领域，具体涉及一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置。

背景技术

压缩空气吸附干燥装置广泛应用于工业生产的各个领域。被压缩过的空气经过吸附塔时，吸附剂会把空气中的水分除去，即吸附过程；当吸附剂吸附水分达到饱和时，吸附剂则需要进行脱水处理，恢复其吸附水分的能力，即再生过程。再生方式分为无热再生和加热再生。无热再生是在压力状态下吸附，在常压状态下将再生气通入吸附塔，带出吸附剂中的水分，实现吸附剂再生；加热再生是将再生气的温度升高，当热气流通过吸附塔时，加热吸附剂，带出吸附剂中的水分，实现吸附剂再生过程。随着技术的发展，一些场合对气体组分有着更严格的标准，如超低露点（露点温度不高于-70℃）、超低二氧化碳含量（含量不高于5ppm），此种情况下，传统压缩式吸附干燥装置不能满足要求。

中国专利文献库公开的发明专利“一种压缩空气干燥吸附系统”（申请号：201410362624.8，公开日：2015-12-09）是一种压缩空气吸附干燥装置，包括两台吸附塔、双向风机、若干阀门；吸附塔内设置有换热管，两台吸附塔的换热管互相连通，且在换热管之间设置有双向风机；两台吸附塔之间通过阀门连接，并分别与压缩空气入口和出口连接，通过控制阀门实现吸附塔的吸附、再生过程。

该装置单纯利用吸附剂对压缩空气干燥除湿，干燥除湿效果有限；其次，没有考虑对空气中二氧化碳的吸附，吸附塔出口压缩空气的二氧化碳含量仍很高；在吸附塔内设置换热管，换热效果有限，而且增加了结构的复杂性。

中国专利文献库公开的实用新型专利“一种空气遇冷的吸附式压缩空气干燥机”（申请号：201721628839.5，公开日：2018.07.03）是一种空气遇冷的吸附式压缩空气干燥机，包括空压机、换热器、蒸发器、气水分离器、吸附塔、加热器以及管路阀门等配件。空压机排出的高温湿热压缩空气首先经过换热器和蒸发器降温后再进入吸附塔进行吸附干燥，每个塔各运行5分钟，循环时长10分钟。再生过程需要一部分成品气对吸附剂进行再生。

该装置增加了蒸发器，使压缩空气在进入吸附塔之前先遇冷除去一部分水分，在吸附塔再进一步干燥。但该装置不能去除二氧化碳，吸附周期很短，阀门管路切换频繁，不利于干燥气的稳定输出；同时再生过程依靠再生气加热和冷却，再生效果有限。

因此，现有技术存在的问题是：主要用于干燥压缩空气中的水分，没有考虑如何吸附除去压缩空气中的二氧化碳，干燥吸附效果有限，在要求指标高的应用场合，干燥吸附后的气体不能满足要求；再生过程不彻底，导致吸附能力有限。

当前，亟需发展一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置，用于获得具有超低露点超低二氧化碳含量的空气。

本发明的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置，其特点是，所述的吸附干燥装置包括吸附塔A、吸附塔B、空压机、回热器、冷却器、水分离器、过滤器组件、消音器组件、风机、再生加热器、真空泵、控制柜、检测仪和阀门组件；各部件之间通过管道连接；

冷却器包括后冷却器、水冷却器、再生一级冷却器、再生二级冷却器，其中后冷却器和再生一级冷却器的供水为冷却水，水冷却器和再生二级冷却器的供水为冷冻水；

过滤器包括前置过滤器、后置过滤器；

阀门组件包括闸阀系列，闸阀V1、闸阀V2…闸阀V7；阀门系列Ⅰ，阀门VA1、阀门VA2…阀门VA5；阀门系列Ⅱ，阀门VB1、阀门VB2…阀门VB5；

消音器组件包括消音器Ⅰ和消音器Ⅱ；

检测仪包括露点仪和CO₂检测仪；

按照环境空气流动方向，空压机位于回热器上游，回热器与高温气体管道和再生气管道相连，回热器的下游依次与后冷却器、水冷却器、水分离器相连；水分离器分别通过阀门VA5与吸附塔A的塔底相连，通过阀门VB5与吸附塔B的塔底相连；后置过滤器的后端分别通过阀门VA1与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB1与吸附塔B的塔顶相连；后置过滤器的下游依次与露点仪、CO₂检测仪相连；前置过滤器的下游依次连接闸阀V1、闸阀V2、再生一级冷却器、再生二级冷却器和风机，风机的下游分别通过阀门VA3与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB3与吸附塔B的塔顶相连；再生加热器通过闸阀V4与回热器相连，还分别通过阀门VA2与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB2与吸附塔B的塔顶相连；真空泵的上游经闸阀V7，分别通过阀门VA4与吸附塔A的塔底相连，通过阀门VB4与吸附塔B的塔底相连；吸附塔A的塔底通过闸阀V5与消音器Ⅰ相连，吸附塔B的塔底通过闸阀V6与消音器Ⅱ相连；再生二级冷却器的下游和闸阀V2的上游之间并联闸阀V3；控制柜通过线缆与露点仪、CO₂检测仪、真空泵、阀门组件中的各阀门以及再生加热器连接；

按照吸附塔A吸附、吸附塔B再生，所述的吸附干燥装置的吸附过程如下：

环境空气→空压机→回热器→后冷却器→水冷却器→水分离器→阀门VA5→吸附塔A→阀门VA1→后置过滤器→露点仪→CO₂检测仪；

所述的吸附干燥装置的再生过程包括：

环境气再生加热：环境空气→前置过滤器→闸阀V1→闸阀V3→风机→闸阀V4→回热器→加热器→阀门VB2→吸附塔B→闸阀V6→消音器Ⅱ；

成品气再生加热：成品气→阀门VA3→阀门VB3→吸附塔B→闸阀V6→消音器Ⅱ；

负压解析：成品气→阀门VA3→阀门VB3→吸附塔B→阀门VB4→闸阀V7→真空泵；

闭式循环冷吹：成品气→阀门VB3→吸附塔B→阀门VB4→闸阀V2→再生一级冷却器→再生二级冷却器→风机→阀门VB3→吸附塔B。

进一步地，所述的控制柜通过露点仪获取成品气的露点，通过CO₂检测仪获取成品气的CO₂含量，在露点和CO₂含量不满足预先设置的阈值要求时，通过预先设定的程序，自动控制吸附干燥装置中的各部件完成吸附过程和再生过程。

进一步地，所述的再生一级冷却器采用冷却水，再生二级冷却器采用冻水，实现高温气体阶梯降温。

本发明的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置具有以下特点：

1.干燥吸附效果好：吸附干燥装置采用两级冷冻除湿和吸附剂吸附组合形式，对压缩空气进行干燥吸附，冷冻除湿首先将压缩空气处理到温度在2℃的饱和湿空气，再经过吸附塔进一步干燥吸附，吸附塔出口露点温度可达-70℃、CO₂含量低于5ppm。

2.吸附剂再生效果好：再生过程包括环境气再生加热、成品气再生加热、负压解析、闭式循环冷吹四个流程，首先利用环境空气将吸附塔内需要再生的吸附剂加热到一定温度，再利用成品气继续加热吸附剂，同时带走吸附剂中的一部分水分，然后负压解析，将吸附剂再生彻底，最后利用成品气闭式循环冷吹，将吸附剂降温至可吸附温度。

3.能耗降低：通过吸附优化，使吸附塔工作压力在0.2Mpa左右，降低了空压机能耗；增加回热器，利用空气机出口温度高的特点，预加热环境气再生气；干燥吸附过程和成品气吹冷再生过程均采用两级冷却器，提高了换热效率，降低了运行能耗。

本发明的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置能够干燥吸附出超低露点超低二氧化碳含量的空气，还能够高效再生吸附剂，同时实现自动调节，具有工程实用价值。

附图说明

图1为本发明的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置的结构示意图。

图中，A.吸附塔A；B.吸附塔B；

1.空压机；2.回热器；31.后冷却器；32.水冷却器；33.再生一级冷却器；34.再生二级冷却器；4.水分离器；51.前置过滤器；52.后置过滤器；61.消音器Ⅰ；62.消音器Ⅱ；7.风机；8.加热器；9.真空泵；10.控制柜；101.露点仪；102.CO₂检测仪；

V1.闸阀V1；V2.闸阀V2；V3.闸阀V3；V4.闸阀V4；V5.闸阀V5；V6.闸阀V6；V7.闸阀V7；

VA1.阀门VA1；VA2.阀门VA2；VA3.阀门VA3；VA4.阀门VA4；VA5.阀门VA5；

VB1.阀门VB1；VB2.阀门VB2；VB3.阀门VB3；VB4.阀门VB4；VB5.阀门VB5。

实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置包括吸附塔A、吸附塔B、空压机1、回热器2、冷却器、水分离器4、过滤器组件、消音器组件、风机7、再生加热器8、真空泵9、控制柜10、检测仪和阀门组件；各部件之间通过管道连接；

冷却器包括后冷却器31、水冷却器32、再生一级冷却器33、再生二级冷却器34，其中后冷却器31和再生一级冷却器33的供水为冷却水，水冷却器32和再生二级冷却器34的供水为冷冻水；

过滤器包括前置过滤器51、后置过滤器52；

阀门组件包括闸阀系列，闸阀V1、闸阀V2…闸阀V7；阀门系列Ⅰ，阀门VA1、阀门VA2…阀门VA5；阀门系列Ⅱ，阀门VB1、阀门VB2…阀门VB5；

消音器组件包括消音器Ⅰ61和消音器Ⅱ62；

检测仪包括露点仪101和CO₂检测仪102；

按照环境空气流动方向，空压机1位于回热器2上游，回热器2与高温气体管道和再生气管道相连，回热器2的下游依次与后冷却器31、水冷却器32、水分离器4相连；水分离器4分别通过阀门VA5与吸附塔A的塔底相连，通过阀门VB5与吸附塔B的塔底相连；后置过滤器52的后端分别通过阀门VA1与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB1与吸附塔B的塔顶相连；后置过滤器52的下游依次与露点仪101、CO₂检测仪102相连；前置过滤器51的下游依次连接闸阀V1、闸阀V2、再生一级冷却器33、再生二级冷却器34和风机7，风机7的下游分别通过阀门VA3与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB3与吸附塔B的塔顶相连；再生加热器8通过闸阀V4与回热器2相连，还分别通过阀门VA2与吸附塔A的塔顶相连，通过阀门VB2与吸附塔B的塔顶相连；真空泵9的上游经闸阀V7，分别通过阀门VA4与吸附塔A的塔底相连，通过阀门VB4与吸附塔B的塔底相连；吸附塔A的塔底通过闸阀V5与消音器Ⅰ61相连，吸附塔B的塔底通过闸阀V6与消音器Ⅱ62相连；再生二级冷却器34的下游和闸阀V2的上游之间并联闸阀V3；控制柜10通过线缆与露点仪101、CO₂检测仪102、真空泵9、阀门组件中的各阀门以及再生加热器8连接；

按照吸附塔A吸附、吸附塔B再生，所述的吸附干燥装置的吸附过程如下：

环境空气→空压机1→回热器2→后冷却器31→水冷却器32→水分离器4→阀门VA5→吸附塔A→阀门VA1→后置过滤器52→露点仪101→CO₂检测仪102；

所述的吸附干燥装置的再生过程包括：

环境气再生加热：环境空气→前置过滤器51→闸阀V1→闸阀V3→风机7→闸阀V4→回热器2→加热器8→阀门VB2→吸附塔B→闸阀V6→消音器Ⅱ62；

成品气再生加热：成品气→阀门VA3→阀门VB3→吸附塔B→闸阀V6→消音器Ⅱ62；

负压解析：成品气→阀门VA3→阀门VB3→吸附塔B→阀门VB4→闸阀V7→真空泵9；

闭式循环冷吹：成品气→阀门VB3→吸附塔B→阀门VB4→闸阀V2→再生一级冷却器33→再生二级冷却器34→风机7→阀门VB3→吸附塔B。

进一步地，所述的控制柜10通过露点仪101获取成品气的露点，通过CO₂检测仪102获取成品气的CO₂含量，在露点和CO₂含量不满足预先设置的阈值要求时，通过预先设定的程序，自动控制吸附干燥装置中的各部件完成吸附过程和再生过程。

进一步地，所述的再生一级冷却器33采用冷却水，再生二级冷却器34采用冻水，实现高温气体阶梯降温。

本实施例的吸附再生周期约16小时，吸附时长不低于8小时，再生时长不超过8小时，其中环境气再生加热3小时、成品气再生加热1小时、负压解析1小时，闭式循环冷吹1.5小时，并塔、均压、泄压以及阀门和管路切换时间不超过1小时。

吸附塔A的工作压力在2bar左右；再生时负压解析的吸附塔B内压力为-0.2~-0.4bar。再生环境气加热过程中，再生加热器8出口温度在200℃左右，将吸附剂升温到150℃左右；闭式循环冷吹过程中，再生二级冷却器34的出口温度在20℃左右，最终将吸附剂降温到30℃左右。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的高速自由射流压力匹配模式方法领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置，其特征在于，所述的吸附干燥装置包括吸附塔（A）、吸附塔（B）、空压机（1）、回热器（2）、冷却器、水分离器（4）、过滤器组件、消音器组件、风机（7）、再生加热器（8）、真空泵（9）、控制柜（10）、检测仪和阀门组件；各部件之间通过管道连接；

冷却器包括后冷却器（31）、水冷却器（32）、再生一级冷却器（33）、再生二级冷却器（34），其中后冷却器（31）和再生一级冷却器（33）的供水为冷却水，水冷却器（32）和再生二级冷却器（34）的供水为冷冻水；

过滤器包括前置过滤器（51）、后置过滤器（52）；

阀门组件包括闸阀系列，闸阀（V1）、闸阀（V2）…闸阀（V7）；阀门系列Ⅰ，阀门（VA1）、阀门（VA2）…阀门（VA5）；阀门系列Ⅱ，阀门（VB1）、阀门（VB2）…阀门（VB5）；

消音器组件包括消音器Ⅰ（61）和消音器Ⅱ（62）；

检测仪包括露点仪（101）和CO₂检测仪（102）；

按照环境空气流动方向，空压机（1）位于回热器（2）上游，回热器（2）与高温气体管道和再生气管道相连，回热器（2）的下游依次与后冷却器（31）、水冷却器（32）、水分离器（4）相连；水分离器（4）分别通过阀门（VA5）与吸附塔（A）的塔底相连，通过阀门（VB5）与吸附塔（B）的塔底相连；后置过滤器（52）的后端分别通过阀门（VA1）与吸附塔（A）的塔顶相连，通过阀门（VB1）与吸附塔（B）的塔顶相连；后置过滤器（52）的下游依次与露点仪（101）、CO₂检测仪（102）相连；前置过滤器（51）的下游依次连接闸阀（V1）、闸阀（V2）、再生一级冷却器（33）、再生二级冷却器（34）和风机（7），风机（7）的下游分别通过阀门（VA3）与吸附塔（A）的塔顶相连，通过阀门（VB3）与吸附塔（B）的塔顶相连；再生加热器（8）通过闸阀（V4）与回热器（2）相连，还分别通过阀门（VA2）与吸附塔（A）的塔顶相连，通过阀门（VB2）与吸附塔（B）的塔顶相连；真空泵（9）的上游经闸阀（V7），分别通过阀门（VA4）与吸附塔（A）的塔底相连，通过阀门（VB4）与吸附塔（B）的塔底相连；吸附塔（A）的塔底通过闸阀（V5）与消音器Ⅰ（61）相连，吸附塔（B）的塔底通过闸阀（V6）与消音器Ⅱ（62）相连；再生二级冷却器（34）的下游和闸阀（V2）的上游之间并联闸阀（V3）；控制柜（10）通过线缆与露点仪（101）、CO₂检测仪（102）、真空泵（9）、阀门组件中的各阀门以及再生加热器（8）连接；

按照吸附塔（A）吸附、吸附塔（B）再生，所述的吸附干燥装置的吸附过程如下：

环境空气→空压机（1）→回热器（2）→后冷却器（31）→水冷却器（32）→水分离器（4）→阀门（VA5）→吸附塔（A）→阀门（VA1）→后置过滤器（52）→露点仪（101）→CO₂检测仪（102）；

所述的吸附干燥装置的再生过程包括：

环境气再生加热：环境空气→前置过滤器（51）→闸阀（V1）→闸阀（V3）→风机（7）→闸阀（V4）→回热器（2）→加热器（8）→阀门（VB2）→吸附塔（B）→闸阀（V6）→消音器Ⅱ（62）；

成品气再生加热：成品气→阀门（VA3）→阀门（VB3）→吸附塔（B）→闸阀（V6）→消音器Ⅱ（62）；

负压解析：成品气→阀门（VA3）→阀门（VB3）→吸附塔（B）→阀门（VB4）→闸阀（V7）→真空泵（9）；

闭式循环冷吹：成品气→阀门（VB3）→吸附塔（B）→阀门（VB4）→闸阀（V2）→再生一级冷却器（33）→再生二级冷却器（34）→风机（7）→阀门（VB3）→吸附塔（B）。

2.根据权利要求1所述的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置，其特征在于，所述的控制柜（10）通过露点仪（101）获取成品气的露点，通过CO₂检测仪（102）获取成品气的CO₂含量，在露点和CO₂含量不满足预先设置的阈值要求时，通过预先设定的程序，自动控制吸附干燥装置中的各部件完成吸附过程和再生过程。

3.根据权利要求1所述的制备超低露点超低二氧化碳含量空气的吸附干燥装置，其特征在于，所述的再生一级冷却器（33）采用冷却水，再生二级冷却器（34）采用冻水，实现高温气体阶梯降温。

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