CN201930684U - 氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置 - Google Patents

氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置 Download PDF

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CN201930684U CN 201020551009 CN201020551009U CN201930684U CN 201930684 U CN201930684 U CN 201930684U CN 201020551009 CN201020551009 CN 201020551009 CN 201020551009 U CN201020551009 U CN 201020551009U CN 201930684 U CN201930684 U CN 201930684U
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刘安涟
金正涛
吴松
陈玲
陈如真
赵宏炜
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Abstract

本实用新型涉及一种氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,主要包括:至少一个装填有氧选择性吸附剂的吸附塔、一个废气缓冲罐、一个第二缓冲罐、一个产品气缓冲罐和一个压缩机;至少一个原料气进料回路、一个产品气产出回路、一个废气转移与置换回路和至少一个废气输出与预充压回路;产品气产出回路一端连通吸附塔的入口端、另一端连通产品气缓冲罐;废气转移与置换回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通第二缓冲罐;废气输出与预充压回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通废气缓冲罐。可以根据吸附分离装置的流量控制提纯气体纯度而基本不改变组分,非常适合大规模非深冷空分而又需要高纯度氧气和氩气的应用场合。

Description

氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置
技术领域
本实用新型属于气体分离领域,具体涉及一种氧气、氩气分离的非深冷变压吸附分离装置。
背景技术
氧气和氩气广泛应用于各工业,传统上的空气分离技术大都以空气为原料。目前主要有三大主要分离技术:深冷法、变压吸附法(PSA、VSA、VPSA)、膜分离法。
在国外有代表性的分离方法主要以US4190424、US4959483、US4913339、US 5395427、US5137549、US4190424、US4959083、US5226933和US5470378为代表,现有的这些技术至少采用了两级PSA。有的采用了氮吸附剂首先由进料空气流产生含氧浓度大于95.0%的产品气,再以碳分子筛组成的第二吸附床层分离其中的氩气;有的先采用基于动力学分离原理的碳分子筛获得贫氩富氧气体再以采用基于平衡吸附理论的氮吸附剂继续富集以生产高纯度氧气,但在其采用的各种方法中,即在两段或者多段式PSA法中至少有两个不同的传质区,其典型的特征是至少在其中的一个传质区采用了动力学分离原理的碳分子筛来实现氧与氩的分离,其系统循环复杂、采用了大量的缓冲罐、动力设备为获得更高纯度的氧气产品进行必要的清洗、置换,能源消耗巨大、造价高昂。
很显然,从空气组分获得高于95%以上的氧气分离系统需要能除去大气组分中初始浓度约为0.934摩尔百分比的氩气,优选能基于平衡吸附理论下进行变压吸附循环的吸附剂,且具有一定的氧氩分离性能,美国专利US09782265揭示了一种能吸附氩气的X型载银沸石AgX,具有氩氧选择性,可以应用于氧氩分离,其银交换量为20-70%,在23℃时氩/氧的亨利定律选择性比为1.15~1.4,所述沸石具有:在比更高银交换量更低成本下,与氧相比对氩选择性的最佳组合,该材料能够用于氧的VSA/PSA法,基于平衡吸附的理论进行吸附分离,从而生产出纯度在97%以上的氧气;另外,美国专利US339872揭示了另外一种能够将氧从含氧气体混合物中分离的氧选择性吸附剂,该氧选择性吸附剂具有较高的选择性、负载容量和较快的吸收速率,该吸附剂在高表面积的基体上负载有固体形式的一种过渡元素配合物(TEC’s),该过渡元素配合物基本上是均匀地相互隔开,它包括一过渡元素离子,在从含氧气体混合物中分离氧的应用过程中,该过渡元素离子能接近含氧气流,如专利所说,该吸附剂具有大于约0.3mmol/g,(吸附剂)的氧负载容量,和大于约0.3mmol(O2)/g(吸附剂)·分的氧吸收速率,应用于变压吸附循环可获得纯度99%的氧气;但是,这些吸附剂普遍难以制造,成本高昂,同时,对气体中的微量杂质比较敏感,难以工业化应用。
膜分离技术是20世纪中期发展起来的一种高新技术,在应用于提纯氧气方面的工业化实践中,主要体现在膜分离材料的研究开发以及流程工艺的突破,迄今为止,有代表性的能应用于空气分离的有机膜分离材料其氧氮分离的α(阿尔法)值大都在2~7之间,氧氩分离的选择性大都不超过3.5,α即所谓氧氮或者氧氩的选择性,即是膜分离材料对氧/氮、氧/氩的渗透量之比,模拟过程计算表明,氧氮分离选择性在7左右的膜分离材料可以获得大约60%以下纯度的氧气,采用多级膜分离过程的系统可以获得纯度甚至大于90%的氧气,如美国专利US626559就揭示了一种从气态混合物中分离出一种纯净组分气体的方法和系统,可以有效地从环境空气中获取氧气(纯度为60-90%),所提供的系统和方法中至少用三级渗透器,但不是每级都需要一台压缩机,尽管就膜分离系统而言减少了能量需求,但显然,与变压吸附方法制取氧气比较,其分离效率还是非常低下,以至于无法工业化使用;
也有采用一种膜分离技术,如连续薄膜塔(CMC)来生产99%纯度的氧气的方法,还有以PSA方法产生的95%的氧气作为原料,再以一般膜分离方法或连续薄膜塔(CMC)的方法提纯氧气的各种方法,可以生产纯度99%以上的氧气,但是这种分离系统额外的压缩动力显得能源消耗非常高,CMC循环要求的特殊薄膜分离器也非常昂贵,制约了其工业应用,现已经商品化了的膜分离器其氧氩分离的选择性不超过3.5的分离系统其分离效率也让人难以应用到诸如氩气提纯或者富集氧气的应用场合,尤其是在提纯纯度超过99%以上的高纯度氧气或氩气方面,采用这种中空纤维膜因能源消耗过大而基本上无工业化应用价值。
最后,针对“采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附(PSA)制氧装置产生的富含氧、氩组分的混合气”为原料来产生纯度99.5%以上的高纯度氧气的非深冷分离,目前在采用的各种方法或装置中,通常都是在两段或者多段式PSA法中至少在其中的一个传质区采用了动力学分离原理的碳分子筛来实现氧与氩的分离,其系统循环复杂、能源消耗巨大、造价高昂。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术不足而提供一种以氧氩混合气为原料气来产生纯度99.5%以上的高纯度氧气或自该混合气中提纯氩气的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置。
进一步的,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种以“采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附(PSA)制氧装置产生的富含氧、氩组分的混合气(通常具有95%左右的富氧气体以及5%左右的氩气)”为原料气,来产生纯度99.5%以上的高纯度氧气或自该混合气中提纯氩气的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为:
氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,主要包括:
至少一个装填有氧选择性吸附剂的吸附塔、至少一个废气缓冲罐、至少一个第二缓冲罐、至少一个产品气缓冲罐;至少一个用于自吸附塔抽取被吸附的氧气的压缩机;
至少一个原料气进料回路和至少一个产品气产出回路;至少一个废气转移与置换回路和至少一个废气输出与预充压回路;其特征在于:
所述产品气产出回路一端连通吸附塔的入口端、另一端连通产品气缓冲罐;在产品气产出回路上设置所述的压缩机;
所述的废气转移与置换回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通所述的第二缓冲罐;
所述的废气输出与预充压回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通所述的废气缓冲罐。
按上述方案,吸附塔内所装填的氧选择性吸附剂是一种以低硅沸石为基础骨架材料、通过加以控制的离子交换方法引入优选的三价稀土阳离子改性而成的稀土X型沸石。
按上述方案,还包括至少一个置换清洗与转移回路,所述的置换清洗与转移回路一端连通吸附塔的入口端、另一端连通到产品气缓冲罐。
按上述方案,所述进料回路上设置进料控制阀;所述产品气产出回路上靠近吸附塔入口端设置有第三控制阀、在产品气缓冲罐的输出端设置有第二控制阀;所述废气转移与置换回路上靠近第二缓冲罐的一端设置有可使气体在第二缓冲罐和吸附塔之间逆流的第八控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近废气缓冲罐的一端还设置有可使废气在废气缓冲罐与吸附塔之间进行逆流的第十控制阀。
按上述方案,所述置换清洗与转移回路在靠近产品气缓冲罐的一端还设置有可使产品气体进入产品气缓冲罐进行清洗的第五控制阀。
按上述方案,所述装置包含的吸附塔、废气缓冲罐、第二缓冲罐、产品气缓冲罐和压缩机均为一个,且所述装置包含的上述各回路也均为一个;所述进料回路上仅设置一个进料控制阀直接连通所述吸附塔入口端;所述产品气产出回路上在第三控制阀之前还设置有直接连通吸附塔入口端的第四控制阀;所述废气转移与置换回路上靠近吸附塔出口端还设置有第九控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近吸附塔出口端还设置有第十一控制阀;所述置换清洗与转移回路在第五控制阀之前还设置有直接连通吸附塔入口的第六控制阀。
按上述方案,所述装置具有两个并列设置的吸附塔、包含的废气缓冲罐、第二缓冲罐、产品气缓冲罐和压缩机均为一个,且所述装置包含的上述各回路也均为一个;所述进料回路上设置有分别控制各吸附塔的第一和第二进料控制阀;所述产品气产出回路上在第三控制阀之前还设置有分别连通各吸附塔入口端的第一和第二产品气控制阀;所述废气转移与置换回路上在靠近吸附塔出口端分别设置有第一和第二废气转移控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近吸附塔出口端还分别设置有第一和第二废气输出控制阀;所述置换清洗与转移回路在第五控制阀之前还设置有分别直接连通各吸附塔入口的第一和第二清洗控制阀。
上述方案优选采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附制氧装置产生的通常含有约5%的氩气、95%的氧气的混合气为原料气。
与现有技术采用的多级PSA装置不同,本氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置采用的是基于平衡选择性吸附机理的传质区,这与上述通用技术“采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)制氧装置产生的富含氧、氩组分的混合气”基于相同传质机理。由上述两段PSA采用了两个相同传质机理的吸附分离床层,这样基于相同传质机理的方法更容易设计成串联的变压吸附方法以分离所需要的目标组分,也可以获得更高性价比的分离装置,这也给设计将带来方便。
其次,选用一种特殊的氧选择性吸附剂,它是一种稀土X型沸石,以低硅沸石为基础骨架材料通过加以控制的离子交换方法引入优选的三价稀土阳离子改性而成,按照这种方法引入阳离子改良了传统沸石的表面电荷特性与材料表面特性,形成了对待分离特定组分氧、氮、氩之间较高的选择性以及强化的吸附特性,从而使得材料适应于对含氧混合气氧、氮、氩之间的非深冷空分。
稀土X型沸石与碳分子筛比较,前者是平衡吸附型分子筛,后者是速率吸附型分子筛,典型的区别是在针对氧氩混合气,在一个足够长的时间内达到平衡的吸附量比较而言稀土X型沸石吸附氧气的量比吸附氩气的量差异很大,碳分子筛则不同,在一个很短的时间内(通常是几秒)较容易吸附氧气,与氩的吸附量不同,但是,在一个足够长的时间内达到平衡的吸附量比较而言碳分子筛吸附氧气的量与吸附氩气的量基本一致;
稀土X型沸石与X型载银沸石AgX比较,两者都是平衡吸附型分子筛,典型的区别是在针对氧氩混合气,在一个足够长的时间内达到平衡的吸附量比较而言,稀土X型沸石吸附氧气的量比吸附氩气的量大,载银沸石AgX则不同,在一个足够长的时间内达到平衡的吸附量吸附氩气的量比吸附氧气的量大;
稀土X型沸石与TEC’s比较,基本特性一致,都是平衡吸附型分子筛,但稀土X型沸石具有更高的氧平衡吸附量,其纯组分氧氩平衡吸附量之比,也即通常说的绝热分离系数,在一个通常可以接受的温度范围内,比如0~55℃的操作条件下也有更好的表现,既具有较高的吸附容量,又具有极高的绝热分离系数。
本装置是通过如下方法实现氧氩分离的,其分离方法包括下列循序进行的基本步骤(以一个吸附塔的最简单装置结构说明):
第1步,原料气通过风机、压缩机等压缩设备或者因为具有比吸附塔更高的压力送入至少一个装填有氧选择性吸附剂的吸附塔入口并进入吸附塔,送入过程通过打开进料控制阀实现,在该吸附塔中,较易吸附的氧气被吸附在氧选择性吸附剂上,而较难吸附的气体如氩气、少量氮气被富集从该吸附器出口排出,并至少有一部分富集了这种难以吸附的气体如氩气、氮气通过打开第十一控制阀进入与该吸附器出口相连通的废气缓冲罐中,在此步骤中,吸附塔出口(非进料端)至废气缓冲罐之间的管线上优选但非必要带有可以控制气体流速的阀门,在原料气进入吸附塔时通过控制该阀门的开度始终维持恒定的预定吸附压力,也即,在进料的初始阶段,有较小的开度,随着进料进行,塔内压力逐步升高,该阀开度逐步开大,以达到控制吸附塔内压力基本恒定的目的,在本步骤,吸附塔中的吸附剂充分的吸附了混合气中的氧气;
第2步,完成步骤1后,通过同时打开阀第四和第九控制阀将吸附塔出口(非进料端)一部分富集了难以吸附的气体如氩气、氮气的废气转移到比该吸附器压力较低的与该吸附器出口相连通的第二缓冲罐中,与此同时,借助于与该吸附塔入口(进料端)相连通的压缩机逆向抽取该吸附塔中氧选择性吸附剂已吸附的氧气至产品气缓冲罐,在此步骤中,吸附塔出口(非进料端)至第二缓冲罐之间的管线上优选但非必要带有可以控制气体流速的第八控制阀,吸附塔入口(进料端)至产品气缓冲罐之间的管线上优选但非必要带有可以控制气体流速的阀门第三控制阀,通过控制这两个控制阀的开度以控制两端降压的速率,其开度可在0~100%之间选择,按所需产品纯度进行适当的调节,在本步骤,回收了一部分比产品气纯度较低但比废气缓冲罐纯度较高的的氧气暂存在第二缓冲罐中;
第3步,完成步骤2后,切断吸附器出口到第二缓冲罐之间的气体转移,这可通过关闭第九控制阀,或者调节第八控制阀的开度为0达到完全关闭来实现,与此同时,继续打开第四控制阀借助于与该吸附塔入口(进料端)相连通的压缩机逆向抽取该吸附塔中氧选择性吸附剂已吸附的氧气至产品气缓冲罐,直到吸附塔的压力低于步骤2结束时第二缓冲罐具有的压力,可优选调节第三控制阀发的开度控制抽速,尤其优选开始阶段吸附塔压力较高时开度较小,在结束阶段因吸附塔压力较低则逐步开大直至100%,在本步骤,充分解吸了吸附剂吸附的氧气,产出产品至产品气缓冲罐;
第4步,完成步骤3后,通过同时打开第四和第九控制阀,将吸附塔出口(非进料端)与该吸附器出口相连通的第二缓冲罐相连通,使第二缓冲罐已收集的气体以逆流形式进入吸附塔,与此同时,借助于与该吸附塔入口(进料端)相连通的压缩机逆向抽取该吸附塔中氧选择性吸附剂已吸附的氧气至产品气缓冲罐,在此步骤中,吸附塔出口(非进料端)至第二缓冲罐之间的管线上优选但非必要带有可以控制气体流速的第八控制阀,通过控制这个阀门的开度以维持吸附塔处于步骤3结束时的基本恒定的压力,第二缓冲罐的气体起到一个很好的补偿动力设备抽速的作用,此时,对于优选的第三控制阀,则优选保持100%的开度以补偿吸附塔压力不高时动力设备的抽速,按照本步骤,第二缓冲罐中的比产品气缓冲罐纯度更低的气体置换出吸附剂气相中的高纯度的氧气,补偿了动力设备的抽速的同时也给吸附过程的连续运行进行了有益的预充压,而且置换出了气相中高纯度氧气,提高了产能与效率;
第5步,完成步骤4后,吸附塔压力处于一个较低的压力水平,此时停止抽取吸附塔的气体,通过打开第十一控制阀,将废气缓冲罐中至少有一部分富集了难以吸附的气体如氩气进入与该吸附器出口相连通的管道再进入吸附塔的出口端(非进料端)对该吸附塔进行预充压,优选但非必要带有可以控制气体流速的第十控制阀控制此过程的升压速度,典型的,加压到预定吸附压力的5~60%之间;
第6步,完成步骤5后,原料气通过风机、压缩机或者因为具有比后续吸附塔更高的压力送入吸附塔入口(进料端),送入过程通过打开进料控制阀实现,在本步骤中进行吸附塔的再加压,典型的,加压到预定吸附压力的50~100%之间;
第7步,按上述1-6的顺序,重复上述步骤,可生产出通常纯度达99.5%以上的高纯度氧气;
第8步,更优选的,在上述步骤1之后步骤2之前插入一个步骤,以产品气体置换吸附剂气相中尤其是吸附塔入口端包括原料气输入管线与吸附塔上部非吸附剂床层的空隙空间中存在的低纯度气体(相对产品气而言),可以获得更高纯度的气体;它通过打开产品气与吸附塔入口(进料端)之间的第六控制阀以及,优选在这之间带有可控制流率的第五控制阀,使更高纯度的产品气体置换这些低纯度的空隙气体,并通过打开第十一控制阀进入与该吸附器出口相连通的废气缓冲罐中。
采用此装置,气体经分离后成2股气流,一种是纯度大于99.5%的高纯度氧气,另一贫氧富氩气输出需要的氩气,该贫氧富氩气也可以输出后与原料气混合后作为另一种较低纯度的富氧输出,纯度大约90-94%。可以根据吸附装置的流量控制纯度的范围而基本不改变组分,非常适合大规模非深冷空分而又需要高纯度氧气和氩气的应用场合。
附图说明
附图1是本实用新型具有一个吸附塔的并采用氧选择性吸附剂的装置结构示意图。
附图2是本实用新型具有两个吸附塔的并采用氧选择性吸附剂的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型。
实施例1:
附图1为具有一个吸附塔的装置结构图,吸附塔内装填有稀土X型沸石型氧选择性吸附剂。装置包含如下组件:
装填有氧吸附剂的吸附塔A、废气缓冲罐1,第二缓冲罐2,产品气缓冲罐3;原料气进料回路,包括了V1切换阀门与必要的自原料气通过该阀门连通到吸附塔的管线构成的进料回路,通过开关V1A可以使原料气进入吸附塔A;
产品气产出回路,包括了V4切换阀门与必要的自吸附塔A入口通过该阀门连通到压缩设备或真空设备AB之间的管线构成的富氧产出回路,通过开关V4、更优选的采用可控制气体流率的V3可以使吸附塔A吸附的产品气如氧气通过该回路以压缩设备或真空设备AB抽取进入产品气缓冲罐3,并通过优选的可控制气体流率的V2阀门输出;
一个置换清洗与转移回路,包括了V6切换阀门与必要的自吸附塔A入口通过该阀门连通到产品气缓冲罐3之间的管线构成的置换清洗与转移回路,通过开关V6,更优选的采用可控制气体流率的V5使产品气缓冲罐3储存的气体进入吸附塔A进行清洗;
一个废气转移与置换回路,包括了V9切换阀门与必要的自吸附塔A出口通过该阀门V9连通到第二缓冲罐2之间的管线构成的废气转移与预充压回路,通过开关V9,更优选的采用可控制气体流率的V8使在适当的工步收集到的工艺气体在第二缓冲罐2与吸附塔A之间进行可逆的流通;
一个废气输出回路,包括了V11切换阀门与必要的自吸附塔A出口通过该阀门连通到废气缓冲罐1之间的管线构成的废气输出与预充压回路,通过开关V11,更优选的采用可控制气体流率的V10使在适当的工步收集到的废气在废气缓冲罐1与吸附塔A之间进行可逆的流通;
一个压缩设备或真空设备AB,用于自吸附塔A抽取被吸附的氧气,至产品气缓冲罐3;
由上述组成的装置通过如下方法,以“采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)制氧装置产生的富含约5%的氩气、95%的氧气”为原料气进行基于平衡吸附机理的变压吸附氧氩分离,其典型的基本步骤如下表1所示:
表1
  步骤   A吸附塔运行工步与切换阀门开启方法
  1   打开V1,A进气预充压
  2   打开V1、V11、A到达吸附压力
  3   打开V1、V11,控制开启V11至合适的开度
  4   打开V6、V11,控制开启V6、V11至合适的开度
  5   打开V4,V9,控制开启V4、V9至合适的开度
  6   打开V4,控制开启V4至合适的开度
  7   打开V4、V9,控制开启V4、V9至合适的开度
  8   打开V11,控制开启V11至合适的开度
上述步骤除指定开启阀门之外的阀门全部为关闭状态,可通过调整V2、V7加以控制富氧气体以及废气的输出流量;上述描述的阀门开启至合适的开度指可控制阀门自0-100%之间的任意合适的开启度;
重复上述1-8的步骤即可实现氧氩分离,如附图1所示的分离装置,典型的,可自原料气中分离纯度99.5%的氧气;
实施例2:
附图2为具有两个吸附塔的装置结构图,吸附塔内均装填有稀土X型沸石型氧选择性吸附剂。装置包含如下组件:
两个装填有氧选择性吸附剂的吸附塔A和B、一个废气缓冲罐1,一个第二缓冲罐2,一个第二缓冲罐2、一个产品气缓冲罐3;
一个原料气进料回路,包括了V1-A,V1-B切换阀门与必要的自原料气通过该阀门连通到吸附塔的管线构成的进料回路,通过开关V1-A,V1-B可以使原料气进入吸附塔A、B;
一个产品气产出回路,包括了V4-A,V4-B,V3切换阀门与必要的自吸附塔入口通过该阀门连通到压缩设备或真空设备AB之间的管线构成的富氧产出回路,通过开关V4-A,V4-B,更优选的,采用可控制的V3,可以使吸附塔01A,01B吸附的产品气如氧气通过该回路以压缩设备或真空设备AB抽取进入产品气体缓冲罐3,并通过优选的可控制的V2阀门输出;
一个置换清洗与转移回路,包括了V6-A,V6-B,V5切换阀门与必要的自吸附塔入口通过该阀门连通到产品气缓冲罐3之间的管线构成的置换清洗与转移回路,通过开关V6-A,V6-B,更优选的采用可控制的V5使产品气缓冲罐3储存的气体进入吸附塔A、B进行清洗;作为一个非必要的步骤也可以使V5完全关闭后打开V6-A,V6-B使两吸附塔进行气体转移;
一个废气转移与置换回路,包括了V9-A,V9-B,V8切换阀门与必要的自吸附塔出口通过该阀门连通到第二缓冲罐2之间的管线构成的废气转移与置换回路,通过开关V9-A,V9-B,更优选的采用可控制的V8使在适当的工步收集到的工艺气体在第二缓冲罐2与吸附塔A、B之间进行可逆的流通;作为一个非必要的步骤也可以使V8完全关闭后打开V9-A,V9-B使两吸附塔进行气体转移;
一个废气输出与预充压回路,包括了V11-A,V11-B,V10切换阀门与必要的自吸附塔出口通过该阀门连通到废气缓冲罐1之间的管线构成的废气输出与预充压回路,通过开关V11-A,V11-B,更优选的采用可控制的V10使在适当的工步收集到的废气在废气缓冲罐1与吸附塔A、B之间进行可逆的流通;作为一个非必要的步骤也可以使V10完全关闭后打开V11-A,V11-B使两吸附塔进行气体转移;
一个压缩设备或真空设备AB,用于抽取被吸附剂吸附的氧气至产品气缓冲罐3。
由上述组成的装置通过如下方法,以“采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)制氧装置产生的富含约5%的氩气、95%的氧气”为原料气进行基于平衡吸附机理的变压吸附氧氩分离,吸附塔A、B异相顺序运行,其典型的基本步骤如下表2所示:
表2
Figure BSA00000291864900091
采用的各个步骤除指定开启阀门之外的阀门全部为关闭状态,可通过调整如附图2所示V7、V2加以控制富氧气体以及废气的输出流量;所描述的阀门开启至合适的开度指可控制阀门自0-100%之间的任意合适的开启度。
重复上述1-10的步骤即可实现氧氩分离,如附图所示的分离装置,可自原料气中分离纯度99.5%或以上的氧气。

Claims (8)

1.一种氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,主要包括:至少一个装填有氧选择性吸附剂的吸附塔、至少一个废气缓冲罐、至少一个第二缓冲罐、至少一个产品气缓冲罐;至少一个用于自吸附塔抽取被吸附的氧气的压缩机;至少一个原料气进料回路和至少一个产品气产出回路;至少一个废气转移与置换回路和至少一个废气输出与预充压回路;其特征在于:
所述产品气产出回路一端连通吸附塔的入口端、另一端连通产品气缓冲罐;在产品气产出回路上设置所述的压缩机;
所述的废气转移与置换回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通所述的第二缓冲罐;
所述的废气输出与预充压回路一端连通吸附塔的出口端、另一端连通所述的废气缓冲罐。
2.根据权利要求1所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于还包括至少一个置换清洗与转移回路,所述的置换清洗与转移回路一端连通吸附塔的入口端、另一端连通到产品气缓冲罐。
3.根据权利要求2所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述进料回路上设置进料控制阀;所述产品气产出回路上靠近吸附塔入口端设置有第三控制阀、在产品气缓冲罐的输出端设置有第二控制阀;所述废气转移与置换回路上靠近第二缓冲罐的一端设置有可使气体在第二缓冲罐和吸附塔之间逆流的第八控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近废气缓冲罐的一端还设置有可使废气在废气缓冲罐与吸附塔之间进行逆流的第十控制阀。
4.根据权利要求3所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述置换清洗与转移回路在靠近产品气缓冲罐的一端还设置有可使产品气体进入产品气缓冲罐进行清洗的第五控制阀。
5.根据权利要求4所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述装置包含的吸附塔、废气缓冲罐、第二缓冲罐、产品气缓冲罐和压缩机均为一个,且所述装置包含的上述各回路也均为一个。
6.根据权利要求4所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述装置具有两个并列设置的吸附塔、包含的废气缓冲罐、第二缓冲罐、产品气缓冲罐和压缩机均为一个,且所述装置包含的上述各回路也均为一个。
7.根据权利要求5所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述进料回路上仅设置一个进料控制阀直接连通所述吸附塔入口端;所述产品气产出回路上在第三控制阀之前还设置有直接连通吸附塔入口端的第四控制阀;所述废气转移与置换回路上靠近吸附塔出口端还设置有第九控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近吸附塔出口端还设置有第十一控制阀;所述置换清洗与转移回路在第五控制阀之前还设置有直接连通吸附塔入口的第 六控制阀。
8.根据权利要求6所述的氧氩混合气非深冷变压吸附分离装置,其特征在于所述进料回路上设置有分别控制各吸附塔的第一和第二进料控制阀;所述产品气产出回路上位于第三控制阀之前还设置有分别连通各吸附塔入口端的第一和第二产品气控制阀;所述废气转移与置换回路上在靠近吸附塔出口端分别设置有第一和第二废气转移控制阀;所述废气输出与预充压回路在靠近吸附塔出口端还分别设置有第一和第二废气输出控制阀;所述置换清洗与转移回路位于第五控制阀之前还设置有分别直接连通各吸附塔入口的第一和第二清洗控制阀。 
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