CN208049669U - 一种能够单塔运行的两塔制氧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能够单塔运行的两塔制氧装置，包括第一吸附塔、第二吸附塔、与第一吸附塔和第二吸附塔的底部相连接的第一管路、设置在第一管路上的鼓风机、与第一吸附塔和第二吸附塔的底部相连接的第二管路、设置在第二管路上的真空泵、与第一吸附塔和第二吸附塔的顶部相连接的第三管路、与第三管路相连接的氧气缓冲罐、两端部分别与第二吸附塔的底部和第二管路相连接的第四管路、设置在第四管路上的第一阀门、设置在第二管路的出口处的第二阀门。本实用新型通过对双塔制氧装置的改进，使得双塔制氧装置在实现常规运行的基础上，可以实现单塔运行，从而使得本实用新型的装置能够在低能耗下低负荷运行，使得负荷调节范围扩大。

Description

一种能够单塔运行的两塔制氧装置

技术领域

本实用新型涉及一种能够单塔运行的两塔制氧装置。

背景技术

真空变压吸附VPSA制氧技术越来越多运用在金属冶炼、化工、玻璃玻纤、造纸、垃圾焚烧、臭氧等行业。VPSA制氧装置研发方向主要有两个方向，一是核心吸附剂的研发，提高吸附剂的氮氧选择能力、氮气吸附容量、强度、硬度、外形等，二是设备和工艺流程的创新，包括动力设备型式、吸附塔型式的研发、阀门稳定性的提高、设备布置更加合理，工艺流程更加有效等。VPSA 制氧装置工艺按吸附塔数量来分，一般包括单塔工艺(结构示意图参见图1)、两塔工艺(结构示意图参见图2)、三塔工艺、五塔工艺、多塔工艺，主要是根据后续用氧工艺对氧气需求量的不同而选择不同的工艺流程。目前主流工艺流程选择为两塔工艺，如果氧气需求量较大，两塔工艺不满足氧气量的需求时，一般选择几组两塔工艺并联来提高装置的氧气产量。两塔工艺主要优势在于以下几点：

1.两塔工艺流程是研发人员最早提出的流程，研发时间最长、原理分析最透彻、应用案例最多、运行经验最丰富。

2.两塔工艺流程简单，设备数量合理，对于操作人员很好理解，有利于操作人员熟悉工艺流程。

3.当氧气需求量较大，多组两塔工艺并联运行时，即可作为单独单元独立运行，又可利用氧气波动的相位差来弥补氧气波动较大的缺点。

目前很多用氧领域要求制氧装置负荷调节范围很大，主要为适应用氧工艺不同阶段时对氧气的需求量的不同，尤其是一些新的用氧工艺，在调试初期氧气的用量很少，随着设备的稳定，工艺的成熟，用氧量则稳步提高，这就需要 VPSA制氧装置能够满足这种要求宽范围负荷调节的用氧方式。

目前两塔VPSA制氧装置氧气产量的调节方式有以下几种：

1.氧气直接放空。该方法简单粗暴但及时有效，根据后续用氧量的不同调节放空阀开度以保证满足氧气量的需求，能耗消耗最大，调节范围一般为0～100％。

2.调节时序周期。该方法是通过改变吸附和解吸的时间，降低吸附剂的利用率来调节氧气产量，能耗消耗较小，调节范围一般为80％～100％。

3.turn down。该方法利用两塔均压时罗茨风机和罗茨泵放空空转的原理来调节产量，能耗消耗较大，调节范围一般为50％～80％。

4.变频电机。该方法利用改变电机的转速使得罗茨风机泵进风量和抽速变小，升压和降压幅度变小，对于小型高转速罗茨机意义比较大，对于大型低转速罗茨机意义很小。能耗消耗不大，小型装置调节范围较宽，大型装置调节范围很窄。

以上几种调节氧气产量的方法是比较常用的方式，氧气产量调节范围为 50％～100％，如果后续用氧工艺氧气需求量低于50％时，采用turn down的方式也可实现，但能耗消耗急剧增加。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在低能耗的基础上扩大两塔制氧装置负荷调节范围的两塔制氧装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种能够单塔运行的两塔制氧装置，包括第一吸附塔、第二吸附塔、与所述的第一吸附塔的底部和所述的第二吸附塔的底部相连接的第一管路、设置在所述的第一管路上的鼓风机、与所述的第一吸附塔的底部和所述的第二吸附塔的底部相连接的第二管路、设置在所述的第二管路上的真空泵、与所述的第一吸附塔的顶部和所述的第二吸附塔的顶部相连接的第三管路、与所述的第三管路相连接的氧气缓冲罐，所述的两塔制氧装置还包括两端部分别与所述的第二吸附塔的底部和所述的第二管路相连接的第四管路、设置在所述的第四管路上的第一阀门、设置在所述的第二管路的出口处的第二阀门。

优选地，所述的第一阀门和所述的第二阀门分别为气动切换阀。

优选地，所述的第四管路与所述的第二管路的连接处位于所述的真空泵的出口侧。

优选地，所述的第二管路包括与所述的真空泵的出口相连接的第二一支管、一端部与所述的真空泵的进口相连接的第二二支管、两端部分别与所述的第一吸附塔的底部和所述的第二二支管的另一端部相连接的第二三支管、两端部分别与所述的第二吸附塔的底部和所述的第二二支管的另一端部相连接的第二四支管，所述的两塔制氧装置还包括设置在所述的第二三支管上的第十阀门、设置在所述的第二四支管上的第十一阀门，所述的第四管路与所述的第二一支管相连接。

进一步优选地，所述的第一阀门、所述的第二阀门、所述的第十一阀门的口径相同。

优选地，所述的两塔制氧装置还包括与所述的第三管路相连接的第五管路、与所述的第五管路相连接的均压罐、设置在所述的第五管路上的第五阀门。

进一步优选地，所述的第五阀门为气动调节蝶阀。

进一步优选地，所述的第三管路包括一端部与所述的第一吸附塔的顶部相连接的第三一支管、一端部与所述的第二吸附塔的顶部相连接的第三二支管、两端部分别与所述的第三一支管和第三二支管相连接的第三三支管、一端部与所述的第三一支管的另一端部和所述的第三二支管的另一端部相连接的第三四支管，所述的第三四支管的另一端部与所述的氧气缓冲罐相连接，所述的两塔制氧装置还包括设置在所述的第三一支管上的第六阀门、设置在所述的第三二支管上的第七阀门、设置在所述的第三三支管上的第八阀门、设置在所述的第三四支管上的第九阀门，所述的第五管路与所述的第三四支管相连接。

更优选地，所述的第五阀门的口径与所述的第九阀门的口径相同。

优选地，所述的两塔制氧装置还包括与所述的第二管路相连接的第七管路、设置在所述的第七管路上的第十三阀门、设置在所述的第七管路上的空气过滤器，所述的第七管路与所述的第二管路的连接处位于所述的真空泵的进口侧。

本实用新型的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型通过对双塔制氧装置的改进，使得双塔制氧装置在实现常规运行的基础上，可以实现单塔运行，从而使得本实用新型的装置能够在低能耗下低负荷运行，使得负荷调节范围扩大。

附图说明

附图1为常规单塔工艺的结构示意图；

附图2为常规双塔工艺的结构示意图；

附图3为本实用新型的结构示意图；

附图4为VPSA单塔制氧循环过程时序图；

其中：1、第一吸附塔；2、第二吸附塔；3、鼓风机；4、真空泵；5、氧气缓冲罐；6、均压罐；11、第一一支管；12、第一二支管；13、第一三支管；14、第一四支管14；21、第二一支管；22、第二二支管；23、第二三支管；24、第二四支管24；31、第三一支管；32、第三二支管；33、第三三支管；34；第三四支管；41、第四管路；51、第五管路；61、第六管路；71、第七管路；a、第一阀门；b、第二阀门；c、第三阀门；d、第四阀门；e、第五阀门；f、第六阀门；g、第七阀门；h、第八阀门；i、第九阀门；j、第十阀门；k、第十一阀门； l、第十二阀门；m、第十三阀门。

具体实施方式

如附图3所示的一种两塔制氧装置，包括第一吸附塔1、第二吸附塔2、与第一吸附塔1的底部和第二吸附塔2的底部相连接的第一管路、设置在第一管路上的鼓风机3、与第一吸附塔1的底部和第二吸附塔2的底部相连接的第二管路、设置在第二管路上的真空泵4、与第一吸附塔1的顶部和第二吸附塔2 的顶部相连接的第三管路、与第三管路相连接的氧气缓冲罐5等。

第一管路包括与鼓风机3的进口相连接的第一一支管11、一端与鼓风机3 的出口相连接的第一二支管12、两端分别与第一二支管12的另一端和第一吸附塔1的底部相连接的第一三支管13、两端分别与第一二支管12的另一端和第二吸附塔2的底部相连接的第一四支管14。

第二管路包括与真空泵4的出口相连接的第二一支管21、一端部与真空泵 4的进口相连接的第二二支管22、两端部分别与第一吸附塔1的底部和第二二支管22的另一端部相连接的第二三支管23、两端部分别与的第二吸附塔2的底部和第二二支管22的另一端部相连接的第二四支管24。

第三管路包括一端部与第一吸附塔1的顶部相连接的第三一支管31、一端部与第二吸附塔2的顶部相连接的第三二支管32、两端部分别与第三一支管31 和第三二支管32相连接的第三三支管33、一端部与第三一支管31的另一端部和第三二支管32的另一端部相连接的第三四支管34，第三四支管34的另一端部与氧气缓冲罐5相连接。

两塔制氧装置还包括两端部分别与第二吸附塔2的底部和第二管路的第二一支管21相连接的第四管路41、与第三管路的第三四支管34相连接的第五管路51、与第一二支管12相连接的第六管路61、与第二二支管22相连接的第七管路71、与第五管路51相连接的均压罐6、设置在第四管路41上的第一阀门 a、设置在第二管路的出口处(即第二一支管21上)的第二阀门b、设置在第一三支管13上的第三阀门c、设置在第一四支管14上的第四阀门d、设置在第五管路51上的第五阀门e、设置在第三一支管31上的第六阀门f、设置在第三二支管32上的第七阀门g、设置在第三三支管33上的第八阀门h、设置在第三四支管34上的第九阀门i、设置在第二三支管23上的第十阀门j、设置在第二四支管24上的第十一阀门k、设置在第六管路61上的第十二阀门l、设置在第七管路71上的第十三阀门m、设置在第七管路71上的空气过滤器，空气过滤器设置在第十三阀门m的前侧。

其中，第五管路51、均压罐6以及第五阀门e的设置是为了满足单塔运行时的均压等过程要求。

第一阀门a和第二阀门b分别为气动切换阀。第一阀门a、第二阀门b、第十一阀门k的口径相同。

第五阀门e为气动调节蝶阀。第五阀门e的口径与第九阀门i的口径相同。

本实施例的双塔制氧装置的单塔运行程序在可控制编辑器PLC上编程真空泵4单塔运行程序。

经过以上内容的改造后，两塔制氧装置具备利用真空泵4运行的单塔工艺。

以第二吸附塔2吸附过程说明，空气通过第十三阀门m和第七管路71后，真空泵4增压经过第一阀门a和第四管路41进入吸附塔，产品氧气经过第三管路的第三二支管32、第七阀门g、第三四支管34、第九阀门i、氧气缓冲罐5 后完成吸附过程。

以第二吸附塔2解吸过程说明，第二吸附塔2顶部第七阀门g关闭，解吸气(废氮气、二氧化碳、水)从第二吸附塔2中吸附剂解吸出来，通过第十一阀门k和第二四支管24、第二二支管22，经过真空泵4抽空至第二阀门b和第二一支管21放空完成解吸过程。

结合附图3和附图4对两塔制氧装置的第二吸附塔2的单塔运行为例进行说明。

1.顺放(T1)

第二阀门b、第十三阀门m、第七阀门g开启，调阀第五阀门e开阀，其他阀门关闭。

2.顺放+抽空(T2)

第二阀门b、第十一阀门k、第七阀门g开启，调阀第五阀门e开阀，其他阀门关闭。

3.抽空(T3)

第二阀门b、第十一阀门k开启，其他阀门关闭。

4.均压+清洗(T4)

第二阀门b、第十一阀门k、第七阀门g开启，调阀第五阀门e、第九阀门 i开阀，其他阀门关闭。

5.均压+充压(T5)

第十三阀门m、第一阀门a、第七阀门g开启，调阀第五阀门e、第九阀门 i开阀，其他阀门关闭。

6.充压(T6)

第十三阀门m、第一阀门a、第七阀门g开启，调阀第九阀门i开阀，其他阀门关闭。

7.升压(T7)

第十三阀门m、第一阀门a、第七阀门g开启，其他阀门关闭。

8.产氧(T8)

第十三阀门m、第一阀门a、第七阀门g开启，调阀第九阀门i开阀，其他阀门关闭。

如图4VPSA单塔制氧装置时序图，其中各个步骤的时间都可以调整，所以单塔装置负荷调节范围为20％～100％。

本实例中真空泵4作为单塔运行的动力设备，在循环过程中既起到原料空气加压的作用，又起到解吸气抽空的作用。从运行原理来看，单塔利用吸附剂的量是两塔的一半，当进气时间一致时，对于定容罗茨真空泵单塔运行时进气量略高于两塔运行的一半气量，当解吸时间一致时，单塔罗茨真空泵能力略小于两塔罗茨真空泵(使用密封水)，因此，单塔运行时理论上最大负荷为装置满负荷50％。根据装置实际运行情况，可实现在单耗增加不多的情况下两塔装置 20％～50％下运行。

如上所述，我们完全按照本实用新型的宗旨进行了说明，但本实用新型并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本实用新型的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。

Claims (9)

1.一种能够单塔运行的两塔制氧装置，包括第一吸附塔（1）、第二吸附塔（2）、与所述的第一吸附塔（1）的底部和所述的第二吸附塔（2）的底部相连接的第一管路、设置在所述的第一管路上的鼓风机（3）、与所述的第一吸附塔（1）的底部和所述的第二吸附塔（2）的底部相连接的第二管路、设置在所述的第二管路上的真空泵（4）、与所述的第一吸附塔（1）的顶部和所述的第二吸附塔（2）的顶部相连接的第三管路、与所述的第三管路相连接的氧气缓冲罐（5），其特征在于：所述的两塔制氧装置还包括两端部分别与所述的第二吸附塔（2）的底部和所述的第二管路相连接的第四管路（41）、设置在所述的第四管路（41）上的第一阀门（a）、设置在所述的第二管路的出口处的第二阀门（b）；所述的两塔制氧装置还包括与所述的第二管路相连接的第七管路（71）、设置在所述的第七管路（71）上的第十三阀门（m）、设置在所述的第七管路（71）上的空气过滤器，所述的第七管路（71）与所述的第二管路的连接处位于所述的真空泵（4）的进口侧。

2.根据权利要求1所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第一阀门（a）和所述的第二阀门（b）分别为气动切换阀。

3.根据权利要求1所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第四管路（41）与所述的第二管路的连接处位于所述的真空泵（4）的出口侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第二管路包括与所述的真空泵（4）的出口相连接的第二一支管（21）、一端部与所述的真空泵（4）的进口相连接的第二二支管（22）、两端部分别与所述的第一吸附塔（1）的底部和所述的第二二支管（22）的另一端部相连接的第二三支管（23）、两端部分别与所述的第二吸附塔（2）的底部和所述的第二二支管（22）的另一端部相连接的第二四支管（24），所述的两塔制氧装置还包括设置在所述的第二三支管（23）上的第十阀门（j）、设置在所述的第二四支管（24）上的第十一阀门（k），所述的第四管路（41）与所述的第二一支管（21）相连接。

5.根据权利要求4所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第一阀门（a）、所述的第二阀门（b）、所述的第十一阀门（k）的口径相同。

6.根据权利要求1所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的两塔制氧装置还包括与所述的第三管路相连接的第五管路（51）、与所述的第五管路（51）相连接的均压罐（6）、设置在所述的第五管路（51）上的第五阀门（e）。

7.根据权利要求6所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第五阀门（e）为气动调节蝶阀。

8.根据权利要求6所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第三管路包括一端部与所述的第一吸附塔（1）的顶部相连接的第三一支管（31）、一端部与所述的第二吸附塔（2）的顶部相连接的第三二支管（32）、两端部分别与所述的第三一支管（31）和第三二支管（32）相连接的第三三支管（33）、一端部与所述的第三一支管（31）的另一端部和所述的第三二支管（32）的另一端部相连接的第三四支管（34），所述的第三四支管（34）的另一端部与所述的氧气缓冲罐（5）相连接，所述的两塔制氧装置还包括设置在所述的第三一支管（31）上的第六阀门（f）、设置在所述的第三二支管（32）上的第七阀门（g）、设置在所述的第三三支管（33）上的第八阀门（h）、设置在所述的第三四支管（34）上的第九阀门（i），所述的第五管路（51）与所述的第三四支管（34）相连接。

9.根据权利要求8所述的能够单塔运行的两塔制氧装置，其特征在于：所述的第五阀门（e）的口径与所述的第九阀门（i）的口径相同。