CN1219578C - 一种变压吸附分子筛制氧装置 - Google Patents

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Abstract

一种变压吸附分子筛制氧装置，属于空气分离领域，广泛应用于医疗和保健领域。本发明由装有沸石分子筛的吸附塔、自动控制阀门、无油空气压缩机、冷却盘管、节流孔以及稳压罐等部件构成。其特征在于：采用节流孔反吹清洗结构替代常用的节流阀反吹形式，该反吹结构可以避免吸附塔反吹量不同而导致的系统不平衡，并且可以准确控制反吹量的大小、维持吸附压力。本发明装置具有结构简单，产品气浓度和回收率高的特点。

Description

一种变压吸附分子筛制氧装置
技术领域
本发明涉及空气分离领域的一种变压吸附分子筛制氧装置。
背景技术
变压吸附技术最早由Skarstrom提出，近年来，随着采用变压吸附技术的进一步成熟，采用该技术分离空气制氧装置越来越多地应用于工业以及民用领域。但由于变压吸附工艺流程的复杂性以及设备结构等原因，目前大部分变压吸附制氧装置存在着体积大、噪音大、能耗高、可靠性差等缺点。在变压吸附过程中，系统的不平衡性会导致产品气的浓度和回收率的降低，进而影响整个制氧装置的性能。变压吸附装置工作过程中吸附塔之间反吹量的不同是产生系统不平衡现象的主要原因之一。尤其是对于小型变压吸附制氧装置，反吹量的大小直接影响产品气中氧气的纯度和回收率，准确控制系统中的反吹量可以有效提高制氧机的性能。
通常的变压吸附制氧装置是由无油空气压缩机、冷却盘管、四个控制交替进气和排气的自动控制阀门、两个装填5A沸石分子筛的吸附塔、反吹清洗系统以及稳压罐等部件构成。空气经无油压缩机压缩后进入冷却器冷却，然后通过阀门的切换，进入沸石分子筛吸附塔，混合组分中的强吸附组分氮气被分子筛吸附，而弱吸附组分氧气穿过吸附床从吸附塔出口排出。从吸附塔流出的氧气一部分进入稳压罐作为产品气，另一部分通过反吹清洗系统对处于解吸的吸附床反吹，促进分子筛的解吸再生。在吸附床达到饱和之前，通过自动控制阀门的切换，实现两个吸附床的角色对调。接近饱和的吸附床降压解吸，而另一个吸附床升压吸附，完成一个变压吸附循环。采用普通的节流阀反吹清洗系统，由于阀门内部节流件不完全对称，气体向不同方向流动时，节流阀的阻力特性不同，从而导致两个吸附塔反吹量的差异，其直接结果就是制氧装置性能的下降。
发明内容
本发明目的在于解决变压吸附装置工作过程中由于吸附塔之间反吹量不同所造成的系统不平衡的问题。
一种变压吸附分子筛制氧装置，该装置由过滤器1、无油空气压缩机2、冷却器3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、吸附塔8、吸附塔9、单向阀12、单向阀13、稳压罐14，流量计15和流量调节阀16构成，其特征在于在吸附塔8与吸附塔9之间设置了节流孔10。空气经过滤器1进入无油空气压缩机2，压缩后的空气在冷却器3冷却。此时，阀门4、7开启，5、6关闭，压缩空气经阀门4进入吸附塔8。氮气被沸石分子筛吸附，富氧气体从吸附塔8出口排出，富氧气体中的60～80％作为产品气经单向阀12进入稳压罐13，经流量计15计量后流出。从吸附塔8排出的富氧气体的20～40％经节流孔10进入吸附塔9，对处于解吸阶段的吸附床逆向反吹清洗，以促进分子筛吸附床的解吸再生。在吸附塔8内的分子筛吸附达到饱和之前，阀门5、6开启，阀门4、7关闭，吸附塔9升压吸附，从吸附塔9流出的富氧气体60～80％作为产品气，其余通过节流孔10对处于解吸状态的吸附塔8逆向反吹。由于节流孔具有完全对称的结构特点，可以保证气体在不同流动方向时阻力特性的相同，从而保证了工作过程中两个吸附塔的反吹量相同，避免了由于反吹量不同而导致的系统不平衡现象的出现。另外，节流孔通过其节流作用可以保持处于高压吸附阶段分子筛床层的压力，以促进氮气在分子筛上的吸附，提高氧、氮分离效果。同时，节流孔的节流降压作用可以准确控制反吹量的大小，以得到变压吸附装置的最佳运行工况。本发明涉及两种节流孔反吹清洗结构：单节流阀反吹清洗结构(见图1)和双节流阀反吹清洗结构(见图2)；节流孔的详细结构见图3，其中各尺寸的范围如下：
长度L1：2mm～20mm；
长度L2：0.2mm～2mm；
直径D1：1mm～10mm；
直径D2：0.1mm～5mm；
角度A：21°～75°。
在小型变压吸附制氧装置中采用节流孔反吹清洗系统还具有以下优点：1、设备简单可靠，体积小、成本低；2、通过改变节流孔的孔径大小可以准确地调节反吹气量和节流阻力。3、系统平衡性好，产品气浓度波动小，回收率高。
附图说明
图1为单节流孔反吹变压吸附制氧装置流程图。
图2为双节流孔反吹制氧变压吸附装置流程图。1-空气过滤器，2-无油空气压缩机，3-空气冷却器，4、5、6、7-气动阀门，8、9-吸附塔，10、11-节流孔，12、13-单向阀，14-稳压罐，15-流量计，16-流量调节阀。
图3为节流孔结构图，图中详细尺寸如下：
L1：0.2mm～2mm；
L2：2mm～20mm；
D2：0.1mm～5mm；
D1：1mm～10mm；
A：21°～75°。
具体实施办法
实施例1，单节流阀反吹清洗变压吸附制氧装置。
参见图1，空气经过滤器1进入无油空气压缩机2，压缩后的原料气在冷却器3冷却。此时，阀门4、7开启，5、6关闭，原料气经阀门4进入吸附塔8。混合组分中的强吸附组分氮气被沸石分子筛吸附，富氧气体从吸附塔出口排出，其中的60～80％作为产品气经单向阀12进入稳压罐13，经流量计15计量后流出。从吸附塔8排出的富氧气体的20～40％经节流孔10进入吸附塔9，对处于解吸阶段的吸附床逆向反吹清洗，以促进分子筛吸附床的解吸再生。此时，节流孔10的作用是控制从吸附塔8进入吸附塔9内的反吹量，同时保持吸附塔8的压力，促进氮气组分在分子筛上的吸附。在吸附塔8内的分子筛吸附达到饱和之前，阀门5、6开启，阀门4、7关闭，吸附塔9升压吸附，从吸附塔9流出的富氧气体60～80％作为产品气，其余通过节流孔10对处于解吸状态的吸附塔8逆向反吹。此时，节流孔10的作用是控制吸附塔9进入吸附塔8的反吹气量，同时保持吸附塔9内的吸附压力，促进氮气组分在分子筛上的吸附。
实施例2，双节流阀反吹变压吸附制氧装置
参见图2，空气经过滤器1进入无油空气压缩机2，压缩后的原料气在冷却器3冷却。此时，阀门4、7开启，5、6关闭，原料气经阀门4进入分子筛吸附塔8。混合组分中的强吸附组分氮气被沸石分子筛吸附，富氧气体从吸附塔出口流出，其中的60～80％作为产品气经节流孔11、单向阀12进入稳压罐13，经流量计15计量后流出。从吸附塔8排出的富氧气体中的20～40％经节流孔11、10节流降压后进入吸附塔9，对处于解吸阶段的吸附床逆向反吹清洗，以促进分子筛吸附床的解吸再生。此时，节流孔11的作用是控制吸附塔8流出的富氧气量，维持吸附塔8内的吸附压力，促进氮气组分在分子筛上的吸附。而节流孔10的作用是节流降压，控制从吸附塔8进入吸附塔9的反吹气量。在吸附塔8内的分子筛床层接近饱和之前，阀门5、6开启，阀门4、7关闭，吸附塔9升压吸附，从吸附塔9流出的富氧气体的60～80％作为产品气通过节流孔10、单向阀12进入稳压罐14，其余部分通过节流孔10、11对处于解吸状态的吸附塔8逆向反吹。此时，节流孔10的作用是控制从吸附塔9流出的富氧气量，维持吸附塔9内的吸附压力，促进氮气组分在分子筛上的吸附。而节流孔11的作用是节流降压，控制从吸附塔8进入吸附塔9的反吹气量。两个吸附塔周期性地交替工作，可以连续不断地得到93％左右的氧气。

Claims (1)

1、一种变压吸附分子筛制氧装置，该装置由过滤器(1)、无油空气压缩机(2)、冷却器(3)、阀门(4)、阀门(5)、阀门(6)、阀门(7)、吸附塔(8)、吸附塔(9)、单向阀(12)、单向阀(13)、稳压罐(14)，流量计(15)和流量调节阀(16)构成，其特征在于在吸附塔(8)与吸附塔(9)之间设置了节流孔(10)；空气经过滤器(1)进入无油空气压缩机(2)，压缩后的空气在冷却器(3)冷却，此时，阀门(4)、(7)开启，(5)、(6)关闭，压缩空气经阀门(4)进入吸附塔(8)，氮气被沸石分子筛吸附，富氧气体从吸附塔(8)出口排出，富氧气体中的60～80％作为产品气经单向阀(12)进入稳压罐(13)，经流量计(15)计量后流出，从吸附塔(8)排出的富氧气体的20～40％经节流孔(10)进入吸附塔(9)，对处于解吸阶段的吸附床逆向反吹清洗，以促进分子筛吸附床的解吸再生；在吸附塔(8)内的分子筛吸附达到饱和之前，阀门(5)、(6)开启，阀门(4)、(7)关闭，吸附塔(9)升压吸附，从吸附塔(9)流出的富氧气体60～80％作为产品气，其余通过节流孔(10)对处于解吸状态的吸附塔(8)逆向反吹；节流孔(10)的结构中各尺寸的范围如下：长度L1：2mm～20mm；长度L2：0.2mm～2mm；直径D1：1mm～10mm；直径D2：0.1mm～5mm；角度A：21°～75°。
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