CN1256959A - 用于双床真空变压吸附系统的回转阀 - Google Patents

Abstract

一种有周边开口的可旋转转鼓的双室、四端口回转阀用于双床VPSA(真空变压吸附)系统取代分开的阀选择性地使真空和/或空气源和放空口与吸附室相连,通过降低能耗、增加可靠性、降低复杂性和成本,来生产低成本的富氧气体。

Description

用于双床真空变压吸附系统的回转阀

本发明涉及用于从空气中选择吸附氮气生产富氧气流的真空变压吸附系统，特别涉及用多点阀操作此系统的设备和方法。

近年来利用真空变压吸附(VPSA)系统分离空气生产氧气或氮气已变得在经济上有吸引力。此类系统所采用的循环一般时间相对较短。VPSA系统的改进涉及缩短每个步骤的时间。此时间缩短使工艺阀的操作在成功操作新循环中相当关键。已发现开关工艺阀所需时间是重要因素。目前可用于此类操作的自动阀在其响应循环需要的能力方面受限制。

目前使用众多的VPSA系统。这些系统一般采用多个分开的双点阀按具体循环引导流体的流动。这些阀通过复杂且昂贵的管道系统相互连接。结果，这些VPSA系统的辅助投资成本高，系统最优化受阀的物性限制，导致操作成本高。

例如，US5 549 733公开了一种用于由空气生产氧气的真空型循环，其设备中包括六个独立的自动阀来控制循环。另一例US5 223 004中，通过压力变化再生吸附剂且使用两个吸附器的此类气体吸附分离方法也包括至少六个自动阀控制循环的流动、压力和定时。US5 144 440中公开的以三床法利用真空变压吸附系统生产富氧空气的方法使用多个单独的自动阀。有两个阀件用旋塞引导流动的阀组件公开在US5 114 441中用于氧浓缩器系统。US5 122 164中公开的双床变压吸附法使用六个自动阀控制循环，以及两个自动阀用于均压步骤。因此希望省去VPSA系统中与进料和真空系统相连的所有或多数阀底部滑动管道和转换阀。

考虑到现有技术的这些问题和不足，因此，本发明的目的之一是提供一种利用更少的阀从流体如空气中选择性去除所要组分如氮气的系统。

本发明另一目的是提供进一步省去连接系统组成部分的多余管道的这种系统。

本发明再一目的是提供循环时间和效率改进的VPSA系统。

本发明再另一目的是提供一种使用较少能量的VPSA系统。

本发明的其它目的和优点部分是显而易见的，部分由说明书中体现。

本发明实现了上述和其它目的和优点，这些目的和优点对于本领域技术人员是显而易见的，一方面，本发明涉及从流体混合物中分离组分的设备，包括在第一压力下的流体源、在与所述第一压力不同的第二压力下的流体源、和至少一个室，该室包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂。所述设备还包括可操作地通过第一流动通道与所述第一压力流体相连并通过第二流动通道与所述第二压力流体相连的阀。所述阀还通过第一流动端口与所述室相连，通过第二流动端口与放空口相连。所述阀有多个位置同时使所述第一和第二流动通道与所选流动端口互连。阀处于第一位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述室间形成流动。阀处于第二位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述放空口间形成流动。

另一方面，本发明提供一种从流体混合物中分离组分的设备，包括进料流体源、真空源、及第一和第二室，每个室均包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂。优选地，所述进料流体源包括进料空气源，所述室包含从空气中选择吸附氮气的吸附剂床。所述设备还包括可操作地与通过第一流动通道与所述进料流体源或真空源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连和通过第二流动端口与所述第二室相连的阀。所述阀有多个位置同时使所述第一流动通道与所选流动端口互连。阀处于第一位置适于使所述第一流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述流体源或所述真空源与所述第一室之间的流动通道。阀处于第二位置适于使所述第一流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第二流体源或所述真空源与所述第二室之间的流动通道。

优选地，所述阀有两个阀部分。第一阀部分可操作地与所述进料流体源相连，第二阀部分可操作地与所述真空源相连。在第一位置，所述阀同时使所述流体源与所述第一室相连并使所述真空源与所述第二室相连。在第二位置，所述阀同时使所述流体源与所述第二室相连并使所述真空源与所述第一室相连。所述阀可进一步包括与通至大气的放空口相连的第三流动端口。

再另一方面，本发明提供一种从流体混合物中分离组分的设备，包括进料流体源、真空源、及第一和第二室，每个室均包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂。所述设备还包括有第一和第二部分的阀。所述第一阀部分可操作地与通过第一流动通道与所述进料流体源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连、通过第二流动端口与所述第二室相连和通过第三流动端口与通至大气的放空口相连。所述第二阀部分可操作地通过第二流动通道与所述真空源相连、通过第四流动端口与所述第一室相连、通过第五流动端口与所述第二室相连和通过第六流动端口与通至大气的放空口相连。所述阀有多个位置使所述流动通道与所述流动端口互连。阀处于第一位置适于使所述第一流动通道与所述第一流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第五流动端口相连。阀处于第二位置适于使所述第一流动通道与所述第三流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连。阀处于第三位置适于使所述第一流动通道与所述第二流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连。阀处于第四位置适于使所述第一流动通道与所述第三流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连。

在优选实施方案中，所述阀有一壳体，所述流动端口布置在所述壳体的外壁上。所述阀可还包括适于使所述流动通道与所述流动端口相连的转鼓，其中所述第一和第二阀部分沿转鼓的轴纵向间隔开。所述转鼓可在阀中两室之间分开，两室之一对应于所述第一阀部分，另一室对应于所述第二阀部分。各室可相互独立地定位。所述阀可包括可绕纵轴旋转的室中分开的转鼓部分。

在优选的回转阀中，流动端口布置在其外壁上。所述阀可还包括可旋转而在各位置间移动并含有使流动通道与流动端口相连的开口的内部旋塞件。所述阀可进一步包括在壳体和内部旋塞件之间的动密封，其可伸缩的允许旋塞在各位置之间更自由地移动。

在相关的方面中，本发明提供一种从流体混合物中分离组分的方法。首先提供在第一压力下的流体源、在与所述第一压力不同的第二压力下的流体源、和适于选择性地从所述流体中除去一组分的室。还提供可操作地通过第一流动通道与所述第一压力流体相连、通过第二流动通道与所述第二压力流体相连、通过第一流动端口与所述室相连和通过第二流动端口与放空口相连的阀。所述阀有多个位置同时使所述第一和第二流动通道与所选流动端口互连。所述方法包括将所述阀移至第一位置使所述第一或第二流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体与所述室之间形成流动。所述方法进一步包括将所述阀移至第二位置使所述第一或第二流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体与所述放空口间形成流动。

在另一相关方面中，本发明提供一种从流体混合物中分离组分的方法。提供进料流体源；真空源；和第一和第二室，各室均适于选择性地从所述流体中除去一组分。优选地，所述进料流体源包括进料空气源和室，所述室包含用于选择性地从空气中吸附氮气的吸附剂。还提供可操作地通过第一流动通道与进料流体源或真空源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连和通过第二流动端口与所述第二室相连的阀。所述阀有多个位置同时使所述第一流动通道与所选流动端口互连。所述方法包括将所述阀移至第一位置使所述进料流体源与所述第一室相连并将流体(优选空气)引入其中，从所述流体中选择性地除去所要组分(优选氮气)，同时使所述真空源与所述第二室相连以抽空所述第二室中的流体。然后将所述阀移至第二位置以密封所述第一室同时使所述真空源与第二室相连以抽空所述第二室。然后将所述阀移至第三位置使所述流体源与所述第二室相连将所述进料流体(优选空气)引入其中，从所述流体中选择性地除去所要组分(优选氮气)，同时使所述真空源与所述第一室相连以抽空所述第一室中的流体。最后，将所述阀移至第四位置以密封所述第二室，同时使所述真空源与所述第一室相连以抽空所述第一室。

在优选实施方案中，所述阀有第一和第二部分。所述第一阀部分可操作地通过第一流动通道与进料流体源相连、通过第一流动端口与第一室相连、通过第二流动通道与第二室相连和通过第三流动端口与通至大气的放空口相连。所述第二阀部分可操作地通过第二流动通道与真空源相连、通过第四流动端口与第一室相连、通过第五流动端口与第二室相连和通过第六流动端口与通至大气的放空口相连。所述阀有多个位置使流动通道与流动端口互连。所述阀处于第一位置使所述第一流动通道与第一流动端口相连和使第二流动通道与第五流动端口相连。所述阀处于第二位置使第一流动通道与第三流动端口相连和使第二流动通道与第四流动端口相连。所述阀处于第三位置使第一流动通道与第二流动端口相连和使第二流动通道与第四流动端口相连。所述阀处于第四位置使第一流动通道与第三流动端口相连和使第二流动通道与第四流动端口相连。第一和第二阀部分相互独立地移动、或者可相互连接而一起移动。

所述阀可包括壳体和有内部通道使所述流动通道与所选流动端口相连的可转动的内部旋塞。所述方法可进一步包括在各步骤之前旋转所述转鼓使所述流动通道与所选流动端口相连。

更优选地，所述阀包括壳体、可在各位置间移动使所述流动通道与所选流动端口相连的内部旋塞、和所述壳体与所述内部旋塞件之间的动密封。所述方法进一步包括将所述阀移至所述位置之前收缩所述密封使所述旋塞更自由地在各位置间移动。

确信本发明的特征是新的，本发明的要素特征在所附权利要求书中提出。这些图仅用于说明并非按比例绘制。然而，结合以下详细描述及附图可最好地理解发明本身(关于布局和操作方法)，其中：

图1为现有技术VPSA系统的示意图。

图2为用于VPSA系统的本发明优选的双室多点回转阀的平面图。

图3为去掉导管套的图2的双室多点回转阀的平面图，示出内部阀组件。

图4a为沿图3中4a-4a线的剖视图，示出第一室(空气进料侧)中的回转阀。

图4b为沿图3中4b-4b线的剖视图，示出第二室(真空侧)中的回转阀。

图5为用于图2中阀的阀密封的透视图。

图6为本发明多点回转阀在VPSA系统中连接的示意图。

图7为装有本发明多点回转阀的优选VPSA系统的示意图。

图8a-8d为操作所述优选VPSA循环步骤期间空气进料侧回转阀第一室的位置图，类似于图4a中所示。

图8e-8h为操作所述优选VPSA循环步骤期间真空侧回转阀第二室的位置图，类似于图4b中所示。

描述本发明优选实施方案中，将参考图1-8，其中用相同的标号表示本发明的相同特征。图中无必要按比例示出本发明的特征。

本发明在其优选实施方案中使用多室、多点阀用于VPSA系统，从而更经济地分离空气。虽然举例说明的VPSA系统用于从空气中分离氮气生产富氧空气产品，但优选分离流体的所要组分的任何类似系统均可采用本发明的多点阀。该阀结构取代现有技术中所用多个分开的阀，还具有低压降、快动作、低磨损、低扭矩和为经济的VPSA应用减少连接管线的低成本等优点。

图1示出现有技术传统的VPSA系统。该系统包括装有氮吸附材料的室床A110和室床B109、包括排气消音器的真空部分101、第一和第二级真空泵103和102分别从系统中除去废气、进料鼓风机106、用于富氧产品的集气罐11、放空口108、和连接各设备的相伴阀门和管线。床A和B中所含氮吸附材料优选为钙、钠或锂X或A骨架的沸石吸附剂。该VPSA系统典型地产生包含约92％(重)氧气的富氧产品。(除非另有说明，所有组成百分率均基于重量。)

过滤后的大气空气从进料空气入口104通过管线95和脉冲瓶105经管线94吸入叶型压缩机或进料鼓风机106。进料鼓风机的出料经消音器107接收在管线92中。排出的空气经管线92和88分入管82和87中。进料阀83和86按循环控制器的指示打开，分别经管线84和85向床A110或床B109提供空气进料。由于连续运行进料鼓风机106是有利的，在不向床A或床B提供进料空气的时间间隔期间，过剩的进料空气由管线92经管线89、打开的阀90、管线91和放空消音器108排放至大气中。

在系统的真空侧，分别通过操作阀63和79，分别经管线62和112、和管线61和57将空气从床A或B抽至真空泵第一级103。经管线56排放的气体再经真空泵第二级102，经消音器101排放。由于真空泵102、103也优选连续运行，在床A和B不抽真空的时间间隔期间，过载再经管线60、阀92和管线58循环回泵103。在各循环时在管线56中形成的过剩压力通过打开阀54经管线55和管线53放空。

如果床A110要被加压，则打开自动控制阀83使床A中的压力升高。空气经管线84和65进入床A，在其中发生氮吸附。富氧产品收集在产品管线67a中，经产品阀68通入产品管线70、阀71和管线72至产品收集罐11。收集罐11起到使用于消耗的富氧产品气的输送平稳，经管线73至流动控制阀74的通道调节这种产品气用于消耗的供应，在77处排出之前通过管线75并经计量仪76计量。

在床A110处于吸附循环周期期间，床B109处于解吸或再生循环。此周期期间，先通过打开阀68和78允许通过管线69流动与床A110均压降低床B109的压力。均压后，关闭阀78。然后通过真空泵102、103降低床B中的压力。经由管线81、阀79、管线112、管线62、管线61和57、真空泵103、管线56、真空泵102、管线51和消音器101流过真空泵。

当床B109完成再生循环时，则通过管线88和87、阀86、管线85和管线81接收进料空气，并通过管线67b和与管线70相连的阀78排出富氧空气。当床A110处于解吸或再生循环时，通过管线65、阀63和管线62以类似于对床B所述的方式抽空。

按本发明，已开发出一种多点阀，它将现有技术中使用的所有六个双点阀的功能合并在单一的多点阀中。结果，显著减少的复杂的管线，省去使用许多双点阀。该阀的快动作操作缩短了循环时间，而由于VPSA设备的循环时间相对较短，循环时间成为总性能的重要因素。而且，阀的快速动作因更精确的截断流动减少混合损失可更有效地利用床中的吸附剂。因此，对于相同的床深度，生产率可能更高，对于相同的生产可采用更短的床深度，循环时间更短。因而设备的单位投资成本下降。本发明还能开发更优化的VPSA循环，进一步降低操作成本。本发明阀中优化的、较低的压降、以及简化的互连管线均加入本发明的优点中。

本发明优选的阀合并了图1中所示所有六个自动阀即阀63、79、83、86、90和92的功能。本发明优选的双室多点回转阀示于图2-5和8中。该回转阀装入VPSA系统中示于图6和7中。回转阀200包含两套独立的位置间隔120°的三个端口，每套有通常的进/出口。阀的中空圆筒形鼓状体201装有内部相应鼓状圆筒形旋塞202a和202b，分别设置在第一和第二分室中，可独立地绕中心轴203旋转。如后面将详述的，阀的进料和真空侧在中心处被堵塞，彼此独立操作。阀的外壳体是圆筒形的，沿其外围包含多个流动端口用于操作与其它VPSA系统组件的连接。回转阀的横截面示于图4a中说明端口C、D和F的位置，示于图4b中说明端口H、I和J的位置。回转阀的各部分或各室中，端口绕阀壳体的外周边用角度量间隔约120°。端口D和H在外部通过与床A110相连的集流管222互连。端口F和J在外部通过与床B109相连的集流管224互连。端口C和I分别与系统的放空口108和101相连。

如图2和图3的机械示意图中所示，回转阀200在阀体的相对两端有两个进/出通道206a和206b。虽然所述进出通道可互换，但通道206a与真空源相连，而通道206b与大气进料空气源相连。出料口C、D和F可与真空进口206a相连，而出料口H、I和J可与进料空气进口206b相连。阀200的阀体201包含旋塞202a和202b。旋塞和阀被隔板205分成两个室可通过相互独立地转换旋塞202a和202b的角度处理两股分开的物流。如图4a和4b所示，旋塞的旋转可以是逆时针或顺时针的。旋塞202a有在其面对真空进口206a端的开口218a，和与之内部相通的在其外周边的开口220a。同样，旋塞202b有在其面对进料空气进口206b的开口218b，和与之内部相通的在其外周边的开口220b。旋转旋塞202a、202b时，可转换角度使外开口220a、220b对准所要端口使真空和/或进料空气流向与该端口相通的系统组件。

旋塞202a和202b优选为壁较薄的鼓使质量较低从而可以高速操作。旋塞202a和202b各端由撑杆207中心支承，撑杆207含有轴承204，轴203在其上旋转。伺服电机或其它驱动型电机208a和208b分别通过齿轮箱209a和209b驱动提供动能，分别使旋塞202a和202b旋转和定位。旋塞202a和202b中各开口周围的密封217提供不漏操作。如图4a、4b和5中所示，在端口之间绕阀壳体201内侧设有三个密封组件217，当旋塞开口未对准阀出料口时封闭旋塞的开口。

虽然低质量的旋塞以及低质量的薄壁旋塞可高速操作(这对于VPSA应用是非常理想的)，但也带来变形的可能性。使密封217这样构形以降低或消除变形问题。如图5中所示，相对刚性的框架223配备包括截面221a-d的相对刚性的密封。密封截面优选由耐磨、易弯的材料如橡胶或特氟隆制成。纵向密封截面221a和221c为直的，与转鼓的纵轴平行。圆环形密封截面221b和221d绕转鼓环形定线，弯曲成符合转鼓的曲率。此密封组件217沿阀体201的圆筒形内壁放置在阀端口之间。固定于阀体201上的圆柱状充气促动器222控制密封组件在阀鼓的旋转开始之前收缩密封组件使之不与转鼓紧密接触，在旋转停止之后伸展密封组件使之与转鼓紧密接触。以此方式不仅使确定的密封具有足以随转鼓变形的柔性，而且通过消除密封221和阀鼓206a、206b之间的滑动磨损防止密封实体磨损。因阀体和旋塞间无摩擦阻碍旋塞移动，旋塞的动作加速。此构造还使密封的周长最小，从而使通过密封泄漏的潜势最小。

本发明优选的多点回转阀详细地描述在与本文同日申请的题为“回转阀”的US申请No.＿＿＿(代理号D-20410)中。图2-5中所示回转阀组件200适用于完成采用双进料阀、双真空阀和双卸载放空的现有技术系统的任务。图6中所示示意图中，多点回转阀200可并入现有技术VPSA系统中。回转阀通道206a与真空鼓风机102、103相连，通道206b与进料鼓风机106相连。端口D和H通过集流管222与容器A110相连，端口F和J通过集流管224与容器B109相连。端口C和I与放空口相连。

图7中示出本发明回转阀并入完整的优选VPS系统。除回转阀的连接之外，所有系统组件与图2中所示相同。空气进料管92与回转阀进料通道206b相连。可通过旋转旋塞202b与端口H相连将进料空气送入床A110。进料空气通过集流管222经管线65通入床A以除去氮气。或者可通过旋转旋塞202b与端口J和集流管224相连将进料空气送入床B109，然后进料空气经管线81通入床B用于去除氮气。

通过集流管224、阀端口F(对准旋塞202a)和真空进/出口206a并通过管线61至真空鼓风机102、103抽真空时，床B发生真空清洗。完成此循环的第一半时，该循环继续以同样方式在床B中进行吸附，在床A中进行再生，通过集流管222、阀端口D(现在对准旋塞202a)和真空进/出口206a并通过管线61和真空鼓风机102、103抽真空。

操作VPSA循环期间通过独立地旋转两室中的旋塞实现要求的端口次序。图8a-8h示出各种阀旋转次序和优选的端口排列。阀的内转鼓或旋塞以任一方向旋转至三个位置之一，使进料和真空泵独立地与两床之一或放空位置相连。如需要可在每床的加压周期之间进行放空步骤。放空位置还用于启动、阻塞两床，和使鼓风机放空。正常操作下真空端从端口D与床A相连旋转至端口F与床B相连而不停在放空位置(端口C)。按需要用于卸载、阻塞两床和使鼓风机放空时，阀将停在放空端口位置。此放空卸载特征要求阀能在任何时间由控制系统指示转换至放空位置。

通过使用独立旋转的两室实现要求的端口次序。这些室优选在操作过程中反向旋转实现要求的循环次序。下表1中描述了用于优选VPSA循环的阀旋转和端口排列，进料阀和真空阀相应的图示。在括号中示出各步骤大约的时间和压力范围，并示出优选的时间和压力。除非另有说明，所有压力均为psia。

                               表1

步骤描述        持续时间          压力(psia)     进料阀端口  真空阀端口

                 (sec.)     步骤开始时 步骤结束时 打开位置    打开位置1.升压进料并均压     (1-3)      (5-15)     (10-18)    床A         床B

                   2          5          13      (图8a)2.升压进料并产品加   (1-4)      (10-18)    (15-20)    床A         床B压                     3          13         17      (图8a)3.升压进料           (2-10)     (15-20)    (17-24)    床A         床B

                   7          17         22      (图8a)      (图8e)4.恒压进料并制备产   (2-10)     (17-24)    (17-25)    床A         床B品                     10         22         22      (图8a)      (图8e)5.降压均压           (1-2)      (17-25)    (14-21)    放空        床B

                   2          22         19      (图8b)      (图8f)6.降压抽空并均压     (1-2)      (14-21)    (10-16)    床B         床A

                   2          19         15      (图8c)      (图8g)7.降压抽空           (3-20)     (10-16)    (4-15)     床B         床A

                   17         15         4       (图8c)      (图8g)8.恒压抽空及氧气清   (1-5)      (4-15)     (4-15)     床B         床A洗                     3          4          4       (图8c)      (图8g)9.升压抽空并均压     (1-4)      (4-15)     (5-15)     放空        床A

                   2          4          5       (图8d)      (图8h)

图8a-8d是沿图2和3中的线4b-4b绘制，图8e-8h是沿图2和3中的线4a-4a绘制。在图8a-8e所示第一阀位置，转鼓以所示方向旋转使转鼓202b中的开口220b对准端口H，从而允许进料空气流入床A110，转鼓202a中的开口220a对准端口F，从而允许床B109抽真空。在各转鼓室中，阻断进料和真空与其它端口的连接。表1的步骤1-4在转鼓处于第一位置的情况下发生。步骤1期间，上面的阀68和78打开。进料空气泵入床A底部，同时来自床B的加压富氧空气移至床A中。步骤2中，阀78关闭，通过真空泵102、103使床B抽真空。阀68仍保持打开，富氧空气从罐11进入床A顶部，同时仍通过回转阀200从底部加入空气。床B中，阀78关闭，该室继续抽真空。步骤3中，阀68关闭，床A继续通过回转阀200接收进料空气。床B如步骤2中继续抽真空。步骤4中，阀68打开同时仍通过回转阀22接收进料空气，因氮气被吸收，富氧空气继续流入产品罐11。

在图8b和8f所示第二阀位置，转鼓以所示方向旋转使转鼓202b中的开口220b对准端口I，从而允许进料空气流向放空口(如需要)，转鼓202a中的开口220a对准端口F，从而允许床B109抽真空。同样，各转鼓室中，阻断进料和真空与其它端口的连接。表1的步骤5在转鼓处于第二位置的情况下发生。步骤5中，由回转阀200关闭底部，停止床A中富氧产品的生产。打开上面的阀68和78，剩余的加压富氧空气移至床B。进料空气不泵入任何室。

在图8c和8g所示第三阀位置，转鼓以所示方向旋转使转鼓202b中的开口220b对准端口J，从而允许进料空气流入床B109，转鼓202a中的开口220a对准端口D，从而允许床A110抽真空。如前所述，各转鼓室中阻断进料和真空与其它端口的连接。表1的步骤6-8在转鼓处于第三位置的情况下发生。步骤6中，打开阀68和78。床A继续向床B输送富氧产品给床B加压。同时，床A底部通过回转阀与真空泵102、103连接，清除该室中残余的氮气。床B中，开始通过回转阀200加入进料空气。步骤7中，关闭上面的阀68，床A继续通过回转阀200抽真空。床B中，继续通过回转阀200加入进料空气，阀78关闭，压力升高。步骤8中，打开上面的阀68，富氧空气从罐11通过顶部流入，同时通过回转阀200由底部抽真空，进一步清除床A中的氮气。床B中，进料空气继续通过回转阀200加入，打开阀78，生产富氧空气。

最后，在图8d和8h所示第四阀位置，转鼓以所示方向旋转使转鼓202b中开口220b对准端口H，从而允许进料空气流向放空口(如需要)，转鼓202a中开口220a对准端口D，从而允许床A110抽真空。同样，在各转鼓室中阻断进料和真空与其它端口的连接。表1的步骤9在转鼓处于第四位置的情况下发生。步骤9中，打开阀68和78，床A继续从底部抽真空，同时从床B引入加压的富氧空气。进料空气不泵入任何室。

下表2表示使用本发明多点回转阀而非现有技术的双点阀在VPSA方法中的区别和改进。

                     表24-通阀的优点         传统的2-通阀       4-通回转阀开关转换时间          0.5-1.0秒         0.25-0.5秒较少的混合损失          基准        氧气回收率改善1-2％管线                   -----               简化设计尺寸               -----               较小成本                   -----               较低较少的空隙损失          基准        氧气回收率改善1％压降下降                基准            下降1-2％大设备的可靠性改善      2％停工         1.5-2.0％停工设备尺寸增加            有限            放大至非常大的尺寸

VPSA系统的压降带来很大的经济价值。可见本发明中互连管线的复杂性显著降低。这与回转阀的轻重量放大能力一起可降低通过阀的压降。

此外，回转阀的构造和特征可允许繁重的重复使用。耐用性好是极重要的。低质量旋塞设计以及非咬接特征使阀能快速动作，循环非常短且低维修，导致与床尺寸下降相伴节约成本。回转阀的高频操作和可靠定位可基本上没有咬接、滑动或压靠在阀体上。

成本研究表明VPSA装置的阀滑动成本节省约40％。还可预计用回转阀能耗下降。估计因简化管线压降和空隙体积下降，可节约0.1-0.2kw/TPD。还可预计因设备的空气需要下降可节约0.1-0.2kw/TPD。

由以上实例可见，循环的操作依赖于阀的快速操作。本发明不限于上述VPSA应用。设计中端口的数量仅受阀体外周上端口尺寸和实际间隔限制。因此阀各室的设计中可加入三、四或更多个端口。端口可以要求的任何方式在阀外设置集流管。除包含任何数量的相应端口之外，可在旋塞中心加固体膜将旋塞分隔成两或多个分室。在此设计中，旋塞的两个室一致操作。然而，也可将旋塞设计成两个分开的部分使每部分独立操作。可控制旋塞(单一动作的旋塞或两部分独立动作的旋塞)的旋转以循环所要求的任何次序顺时针或逆时针旋转。旋塞的控制可通过电机和齿轮组、气动或液压。旋塞的操作可由计算机程序控制以任何要求的次序运行。以上所有特征使此阀可应用于无限制的各种VPSA循环变化中。

此外，使用本发明回转阀的系统和方法可适用于利用必须经受不同压力的室的其它系统。代替使阀在一流动通道与真空泵连接和在另一流动通道与进料空气鼓风机相连，可使两流动通道与高于大气压的不同压力下的进料空气鼓风机相连。或者，可使阀的两个流动通道与在低于大气压的不同压力下的不同真空泵相连。代替用于说明的两室，该系统和方法也可采用一个室。

虽然已结合优选实施方案详细描述了本发明，显然根据上述描述许多修改和改变对于本领域技术人员的显而易见的。因此所附权利要求将包括落入本发明实际范围和精神内的任何修改和改变。

Claims (10)

1.从流体混合物中分离组分的设备，包括：

在第一压力下的流体源；

在与所述第一压力不同的第二压力下的流体源；

至少一个室，该室包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂；和

可操作地通过第一流动通道与所述第一压力流体相连并通过第二流动通道与所述第二压力流体相连、通过第一流动端口与所述室相连和通过第二流动端口与放空口相连的阀，所述阀有多个位置同时使所述第一和第二流动通道与所选流动端口互连；所述阀处于第一位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述室间形成流动，所述阀处于第二位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述放空口间形成流动。

2.从流体混合物中分离组分的设备，包括：

进料流体源；

真空源；

第一和第二室，各室均包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂；和

可操作地通过第一流动通道与所述进料流体源或所述真空源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连、并通过第二流动端口与所述第二室相连的阀，所述阀有多个位置同时使所述第一流动通道与所选流动端口互连，所述阀处于第一位置适于使所述第一流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述流体源或所述真空源和所述第一室间的流动通道，所述阀处于第二位置适于使所述第一流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述流体源或所述真空源和所述第二室间的流动通道。

3.权利要求2的设备，其中所述阀有两个阀部分，第一阀部分可操作地与所述进料流体源相连，第二阀部分可操作地与所述真空源相连，和其中在所述第一位置，所述阀同时使所述流体源与所述第一室相连并使所述真空源与所述第二室相连，在所述第二位置，所述阀同时使所述流体源与所述第二室相连并使所述真空源与所述第一室相连。

4.权利要求2的设备，其中所述阀进一步包括与通至大气的放空口相连的第三流动端口。

5.从流体混合物中分离组分的设备，包括：

进料流体源；

真空源；

第一和第二室，每个室均包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂；和

有第一和第二部分的阀，所述第一阀部分可操作地与通过第一流动通道与所述进料流体源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连、通过第二流动端口与所述第二室相连、并通过第三流动端口与通至大气的放空口相连，所述第二阀部分可操作地通过第二流动通道与所述真空源相连、通过第四流动端口与所述第一室相连、通过第五流动端口与所述第二室相连、并通过第六流动端口与通至大气的放空口相连，所述阀有多个位置使所述流动通道与所述流动端口互连，所述阀处于第一位置适于使所述第一流动通道与所述第一流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第五流动端口相连，所述阀处于第二位置适于使所述第一流动通道与所述第三流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连，所述阀处于第三位置适于使所述第一流动通道与所述第二流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连，所述阀处于第四位置适于使所述第一流动通道与所述第三流动端口相连并使所述第二流动通道与所述第四流动端口相连。

6.权利要求5的设备，其中所述阀有一壳体，所述流动端口布置在所述壳体的外壁上，所述阀中还包括适于使所述流动通道与所述流动端口相连的转鼓。

7.权利要求5的设备，其中所述阀包括一个转鼓，所述第一和第二阀部分沿所述转鼓的轴纵向间隔开。

8.权利要求5的设备，其中所述阀包括一转鼓，其中所述转鼓在所述阀中两室之间分开，两室之一对应于所述第一阀部分，另一室对应于所述第二阀部分。

9.权利要求5的设备，其中所述阀被分隔成两个室，两室之一对应于所述第一阀部分，另一室对应于所述第二阀部分，各室相互独立地定位。

10.一种从流体混合物中分离组分的方法，包括以下步骤：

a)提供在第一压力下的流体源；在与所述第一压力不同的第二压力下的流体源；和适于选择性地从所述流体中除去一组分的室；和

b)提供可操作地通过第一流动通道与所述第一压力流体相连、通过第二流动通道与所述第二压力流体相连、通过第一流动端口与所述室相连、并通过第二流动端口与放空口相连的阀，所述阀有多个位置同时使所述第一和第二流动通道与所选流动端口互连；

c)将所述阀移至第一位置使所述第一或第二流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体与所述室之间形成流动；和

d)将所述阀移至第二位置使所述第一或第二流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体与所述放空口间形成流动。

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