CN210313534U

CN210313534U - 一种vpsa均压控制工艺改进的制氧设备

Info

Publication number: CN210313534U
Application number: CN201920611083.6U
Authority: CN
Inventors: 张振华
Original assignee: Suzhou Duer Oxygen Equipment Co Ltd
Current assignee: Suzhou Duer Oxygen Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2029-04-30

Abstract

本实用新型提供一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，为了提高VPSA变压吸附制氧均压控制工艺的效率，在两个吸附塔之间的均压调节阀基础上增加一均压开关阀，并且消除均压调节阀的关闭位置，减少均压调节阀的阀板与密封面的接触磨损，延长均压调节阀的使用寿命。通过均压控制工艺的改进，使制氧的流程更加顺利，提高了制氧效率。

Description

一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备

技术领域

本实用新型涉及制氧机领域，具体涉及一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备。

背景技术

氧气是工业的重要原料，广泛应用于冶金、化工、电力、化肥、玻璃、水处理、有色金属冶炼、黑色金属冶炼、富氧燃烧、化工造气、医疗、污水处理、纸浆漂白、双氧水生产、化学中各种氧化、水泥工业铁氧水泥、耐火砖制造、臭氧发生器、水产养殖、碳黑生产等领域。变压吸附制氧工艺具有流程简单、安全、投资少、能耗低、自动化程度高、开停车方便迅捷、启动时间短，适应性强，制氧过程在常温常压下完成，氧气纯度在50％-95％之间可以任意调整，负荷可以在30％-110％范围内随意变化等优点。特别是在今天国家对产业经济下决心宏观调控的大背景下，企业要生存发展，就要节约能耗、降低成本。而变压吸附制氧在节省总体投资、减少占地面积、节约能耗、降低成本上有其独特的优势。自20世纪80年代以来，随着变压吸附制氧技术的成熟，在无需高纯氧气的场合，变压吸附法已成为世界上获得低成本氧气的主要方法。

目前变压吸附制氧根据吸附和解吸压力的不同，可将常温变压吸附制氧工艺主要分为高压吸附常压解吸(PSA)、低压吸附真空解吸(VPSA)两种工艺。PSA工艺主要采用加压吸附、常压解吸，其基本流程为：加压吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品气升压。VPSA工艺主要采用常压吸附、真空解吸，其基本流程为：常压吸附、均压降压、抽真空、均压升压、产品气升压。PSA工艺吸附压力高(0.3-0.55MPa)、投资小、设备简单，但能耗高，只适用于小规模制氧领域。VPSA工艺设备相对复杂，但氧气回收率高，能耗低，适用于较大规模制氧领域。目前，伴随着钢铁、有色金属冶炼、化工造气、富氧燃烧等行业的发展，VPSA大规模制取氧气已成为变压吸附气体分离纯化领域的一个重点发展方向。

但在现有VPSA制氧工艺中，均压过程中，只有一个均压调节阀，一般采用双偏心蝶阀，该均压调节阀在工艺运行中有三个开度，当从零开度开启时由于需要克服密封面的摩擦力以及气流方向的影响，往往反应迟钝，且密封面磨损比较严重，长时间运行经常会出现阀门在一定时间内开不到位或者漏气的情况；现有VPSA制氧工艺中，对工艺过程中吸附塔的效率检测不足。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备。

本实用新型所采用的技术方案是：一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，包括A吸附塔、B吸附塔、压力表、鼓风机、空气干燥器、空气过滤器、进气管道、三通接头、电磁阀、氧气收集管道、声光报警器、氧气纯度分析仪、氧气储气罐、真空泵、真空管道、氮气收集装置、均压管道、双偏心蝶阀、气动开关阀；上述鼓风机、空气干燥器、空气过滤器依次通过进气管道与A吸附塔底部相连；上述氧气储气罐通过氧气收集管道分别与上述A吸附塔顶部和B吸附塔顶部相连；上述A吸附塔顶部和B吸附塔顶部通过均压管道相连，上述均压管道上依次安装有双偏心蝶阀、气动开关阀，上述双偏心蝶阀始终处于开启状态；上述声光报警器和氧气纯度分析仪依次安装在氧气收集管道上；上述氧气收集管道后分支连接有两个氧气储气罐；上述氮气收集装置包括氮气管道、氧气浓度传感器、氮气分离器、氮气储气罐，上述氮气分离器底部通过氮气进气管道与真空泵连接，顶部通过氮气出气管道与氮气储气罐连接，上述氮气进气管道上安装有氧气浓度传感器。

上述空气过滤器为干式漆雾过滤器，上述干式漆雾过滤器设有DPA漆雾过滤棉，上述DPA漆雾过滤棉对空气中的杂志颗粒进行初步拦截，上述DPA漆雾过滤棉的设置层数至少为3层。

上述吸附塔内装填有吸附剂，上述吸附剂为吸附塔组下部装填活性氧化铝、13X分子筛，上部装填Li-LSX分子筛。

上述空气过滤器后的进气管道顶部安装有三通接头，上述三通接头左侧端口连接至A吸附塔的底部，电磁阀安装在三通接头与A吸附塔之间的管路上；上述三通接头右侧端口连接至B吸附塔的底部，电磁阀安装在三通接头与B吸附塔之间的管路上。

上述A吸附塔顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表、电磁阀；上述B吸附塔顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表、电磁阀、三通接头；上述三通接头左侧端口连接至A吸附塔顶部，右侧端口连接至氧气储气罐；上述氧气储气罐底部连接有氧气出气管道，上述氧气出气管道上设置有阀门；上述均压管道两端分别位于电磁阀和电磁阀下方，以及压力表和压力表上方。

上述与真空泵连接的真空管道顶部安装有三通接头，上述三通接头左侧端口连接至A吸附塔的底部，电磁阀安装在三通接头与A吸附塔之间的管路上；上述三通接头右侧端口连接至B吸附塔的底部，电磁阀安装在三通接头与B吸附塔之间的管路上；上述电磁阀、三通接头、电磁阀所在管路设置在上述电磁阀、三通接头、电磁阀所在管路的上方。

本实用新型所提供的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，通过在均压管道上加设气动开关阀控制A、B吸附塔的均压，从而取消了双偏心蝶阀零开度的设置，由此避免了阀板与密封面的接触、减少磨损，延长双偏心蝶阀的使用寿命；同时在进气管道上设置空气干燥装置，可以对不同湿度的空气进行干燥处理，使整个制氧工艺过程统一，降低吸附塔的工作强度；在进气管道上设置空气过滤装置，对空气中的杂志颗粒进行初步的拦截，避免管道的堵塞；利用氧气纯度分析仪对收集的氧气纯度进行检测，并通过声光报警器便于提醒制氧工艺所得氧气的纯度问题；两个氧气储气罐的设计可以收集不同纯度的氧气，以供不同行业的需要；氮气收集装置中氧气浓度传感器的设置可以对整个制氧工艺的制氧能力进行监测，氮气收集装置用于解吸气中氮气的收集。

附图说明

图1为本实用新型一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备的结构示意图；

附图标记说明：

1-鼓风机；2-空气干燥器；3-空气过滤器；4-进气管道；5-三通接头I；6-电磁阀I；7-A吸附塔；8-压力表I；9-电磁阀II；10-氧气收集管道I；11-电磁阀III；12-氧气储气罐I；13-氧气出气阀门I；14-氧气出气管道I；15-电磁阀IV；16-B吸附塔；17-压力表II；18-电磁阀V；19-三通接头II；20-双偏心蝶阀；21-气动开关阀；22-真空泵；23-真空管道；24-三通接头III；25-电磁阀VI；26-氧气浓度传感器；27-氮气分离器；28-氮气储气罐；29-氮气出气阀门；30-氮气出气管道；31-声光报警器；32-氧气收集管道II；33-电磁阀VII；34-氧气储气罐II；35-氧气出气阀门II；36-氧气出气管道II；37-电磁阀VIII；38-氧气纯度分析仪；39-均压管道；40-氮气进气管道；41-氮气出气管道。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明，本实用新型实施例中，一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，包括A吸附塔7、B吸附塔16、压力表、鼓风机1、空气干燥器2、空气过滤器3、进气管道4、三通接头、电磁阀、氧气收集管道、声光报警器31、氧气纯度分析仪38、氧气储气罐、真空泵22、真空管道23、氮气收集装置、均压管道39、双偏心蝶阀20、气动开关阀21；鼓风机1、空气干燥器2、空气过滤器3沿进气管道4的进气方向依次安装，空气干燥器2可以对不同湿度的空气进行干燥处理，使整个制氧工艺过程统一，降低吸附塔的工作强度；空气过滤器3为干式漆雾过滤器，干式漆雾过滤器设有DPA漆雾过滤棉，DPA漆雾过滤棉对空气中的杂志颗粒进行初步拦截，DPA漆雾过滤棉的设置层数至少为3层。空气过滤器3对空气中的杂志颗粒进行初步的拦截，避免管道的堵塞，延长了管道的使用寿命，减少了维修清理的频次。进气管道4顶部安装有三通接头I5，三通接头I5左侧端口连接至A吸附塔7的底部，电磁阀I6安装在三通接头I5与A吸附塔7之间的管路上；三通接头I5右侧端口连接至B吸附塔16的底部，电磁阀IV15安装在三通接头I5与B吸附塔16之间的管路上。

A吸附塔7顶部和B吸附塔16顶部之间连接有均压管道39，均压管道39上依次安装有双偏心蝶阀20、气动开关阀21，双偏心蝶阀20上不设置零开度，即没有零开度，在程序自动运行时反应速度迅速，减少阀板与密封面的接触以减少磨损，大大延长了双偏心蝶阀的使用寿命；吸附塔内装填有吸附剂，吸附剂为吸附塔组下部装填活性氧化铝、13X分子筛，上部装填Li-LSX分子筛。

A吸附塔7顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表I8、电磁阀II9；B吸附塔16顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表II17、电磁阀V18、三通接头II19；三通接头II19左侧端口连接至A吸附塔7顶部，右侧端口连接至氧气储气罐；氧气储气罐底部连接有氧气出气管道，氧气出气管道上设置有阀门；均压管道39两端分别位于电磁阀II9和电磁阀V18下方，以及压力表I8和压力表II17上方。

在氧气收集管道上依次安装有声光报警器31和氧气纯度分析仪38，对收集的氧气进行纯度的检测，以便用于不同的行业，当氧气纯度低于设定的最低值时，声光报警器及时提醒吸附塔需要进行解吸。

与真空泵22连接的真空管道23顶部安装有三通接头III24，三通接头III24左侧端口连接至A吸附塔7的底部，电磁阀VIII37安装在三通接头III24与A吸附塔7之间的管路上；三通接头III24右侧端口连接至B吸附塔16的底部，电磁阀VII25安装在三通接头III24与B吸附塔16之间的管路上；电磁阀VIII37、三通接头III24、电磁阀VII25所在管路设置在电磁阀I6、三通接头I5、电磁阀IV15所在管路的下方；氮气收集装置包括氮气管道、氧气浓度传感器26、氮气分离器27、氮气储气罐28，氮气分离器27底部通过氮气进气管道40与真空泵22连接，顶部通过氮气出气管道41与氮气储气罐28连接，氮气进气管道40上安装有氧气浓度传感器26。空气中最高含量的气体是氮气，在制氧工艺设备上增加氮气收集装置，可以同时实现对氧气和氮气的同时收集。

利用本实用新型进行制氧的方法，在整个制氧过程中鼓风机与真空泵处于开机状态，初始状态下阀门均为关闭状态，通过阀门的切换来完成制氧。步骤如下：

1：开启电磁阀I6、电磁阀II9、电磁阀III11，启动鼓风机。空气经进气管道4、三通接头I5及电磁阀I6进入到A吸附塔7中，在A吸附塔7中空气中的H₂O和CO₂依次被活性氧化铝和13X分子筛吸附，当空气进入Li-LSX分子筛层，N2被Li-LSX分子筛吸附，形成的富氧气体经氧气收集管道I10及电磁阀III11进入到氧气储气罐I12。当氧气纯度分析仪38检测到纯度低于氧气储气罐I12的限定值时，关闭电磁阀III11，开启电磁阀VII33，使形成的富氧气体经氧气收集管道II32及电磁阀VII33进入到氧气储气罐II34；开启电磁阀VI25，真空泵对B吸附塔16抽真空，B吸附塔16中的吸附剂解吸再生；当氧气纯度分析仪38检测到氧气纯度低于氧气纯度分析仪38的限定值时，停止吸附，关闭电磁阀I6、电磁阀II9、电磁阀VII33。

2：开启气动开关阀21；A吸附塔7中的富氧气体经由双偏心蝶阀20和气动开关阀21的均压管道39流向B吸附塔16，对处于解吸状态的B吸附塔16进行吹扫，富氧气体置换出B吸附塔16Li-LSX分子筛中吸附的N2、13X分子筛吸附的CO₂和活性氧化铝吸附的H₂O，解吸出的气体通过电磁阀VI25、三通接头III24、真空管道23被真空泵抽走进入到氮气收集装置中；当B吸附塔16中的吸附剂得到充分再生时，停止吹扫，关闭电磁阀VI25。

3：开启电磁阀IV15；A吸附塔7中的气体继续经由双偏心蝶阀20和气动开关阀21的均压管道39流向B吸附塔16，同时鼓风机1提供的气体一起进入B吸附塔16，通过压力表I8和压力表II17判断，使两塔压力快速平衡；当A吸附塔7和B吸附塔16的压力达到平衡时，关闭气动开关阀21。

4：开启电磁阀V18、电磁阀VII33；空气经进气管道4、三通接头I5及电磁阀IV15进入到B吸附塔16中，在B吸附塔16中空气中的H₂O和CO₂依次被活性氧化铝和13X分子筛吸附，当空气进入Li-LSX分子筛层，N2被Li-LSX分子筛吸附，形成的富氧气体经氧气收集管道I10及电磁阀III11进入到氧气储气罐I12。当氧气纯度分析仪38检测到纯度低于氧气储气罐I12的限定值时，关闭电磁阀III11，开启电磁阀VII33，使形成的富氧气体经氧气收集管道II32及电磁阀VII33进入到氧气储气罐II34；开启电磁阀VIII37，真空泵对A吸附塔7抽真空，A吸附塔7中的吸附剂解吸再生；当氧气纯度分析仪38检测到氧气纯度低于氧气纯度分析仪38的限定值时，停止吸附，关闭电磁阀IV15、电磁阀V18、电磁阀VII33。

5：开启气动开关阀21；B吸附塔16中的富氧气体经由双偏心蝶阀20和气动开关阀21的均压管道39流向A吸附塔7，对处于解吸状态的A吸附塔7进行吹扫，富氧气体置换出A吸附塔7Li-LSX分子筛中吸附的N2、13X分子筛吸附的CO₂和活性氧化铝吸附的H₂O，解吸出的气体通过电磁阀VIII37、三通接头III24、真空管道23被真空泵抽走进入到氮气收集装置中；当A吸附塔7中的吸附剂得到充分再生时，停止吹扫，关闭电磁阀VIII37。

6：开启电磁阀I6；B吸附塔16中的气体继续经由双偏心蝶阀20和气动开关阀21的均压管道39流向A吸附塔7，同时鼓风机1提供的气体一起进入A吸附塔7，通过压力表I8和压力表II17判断，使两塔压力快速平衡；当A吸附塔7和B吸附塔16的压力达到平衡时，关闭气动开关阀21。

7：不断重复步骤1-6进行连续制氧，步骤1-6间无时间间隔。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，但本实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：包括A吸附塔(7)、B吸附塔(16)、压力表、鼓风机(1)、空气干燥器(2)、空气过滤器(3)、进气管道(4)、三通接头、电磁阀、氧气收集管道、声光报警器(31)、氧气纯度分析仪(38)、氧气储气罐、真空泵(22)、真空管道(23)、氮气收集装置、均压管道(39)、双偏心蝶阀(20)、气动开关阀(21)；所述鼓风机(1)、空气干燥器(2)、空气过滤器(3)依次通过进气管道(4)与A吸附塔(7)底部相连；所述氧气储气罐通过氧气收集管道分别与所述A吸附塔(7)顶部和B吸附塔(16)顶部相连；所述A吸附塔(7)顶部和B吸附塔(16)顶部通过均压管道(39)相连，所述均压管道(39)上依次安装有双偏心蝶阀(20)、气动开关阀(21)，所述双偏心蝶阀(20)始终处于开启状态；所述声光报警器(31)和氧气纯度分析仪(38)依次安装在氧气收集管道上；所述氧气收集管道后分支连接有两个氧气储气罐；所述氮气收集装置包括氮气管道、氧气浓度传感器(26)、氮气分离器(27)、氮气储气罐(28)，所述氮气分离器(27)底部通过氮气进气管道(40)与真空泵(22)连接，顶部通过氮气出气管道(41)与氮气储气罐(28)连接，所述氮气进气管道(40)上安装有氧气浓度传感器(26)。

2.根据权利要求1所述的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：所述空气过滤器(3)为干式漆雾过滤器，所述干式漆雾过滤器设有DPA漆雾过滤棉，所述DPA漆雾过滤棉对空气中的杂志颗粒进行初步拦截，所述DPA漆雾过滤棉的设置层数至少为3层。

3.根据权利要求1所述的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：所述吸附塔内装填有吸附剂，所述吸附剂为吸附塔组下部装填活性氧化铝、13X分子筛，上部装填Li-LSX分子筛。

4.根据权利要求1所述的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：所述进气管道(4)顶部安装有三通接头I(5)，所述三通接头I(5)左侧端口连接至A吸附塔(7)的底部，电磁阀I(6)安装在三通接头I(5)与A吸附塔(7)之间的管路上；所述三通接头I(5)右侧端口连接至B吸附塔(16)的底部，电磁阀IV(15)安装在三通接头I(5)与B吸附塔(16)之间的管路上。

5.根据权利要求1所述的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：所述A吸附塔(7)顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表I(8)、电磁阀II(9)；所述B吸附塔(16)顶部与氧气收集管道连接，连接管道上从下至上依次设置有压力表II(17)、电磁阀V(18)、三通接头II(19)；所述三通接头II(19)左侧端口连接至A吸附塔(7)顶部，右侧端口连接至氧气储气罐；所述氧气储气罐底部连接有氧气出气管道，所述氧气出气管道上设置有阀门；所述均压管道(39)两端分别位于电磁阀II(9)和电磁阀V(18)下方，以及压力表I(8)和压力表II(17)上方。

6.根据权利要求4所述的一种VPSA均压控制工艺改进的制氧设备，其特征在于：所述与真空泵(22)连接的真空管道(23)顶部安装有三通接头III(24)，所述三通接头III(24)左侧端口连接至A吸附塔(7)的底部，电磁阀VIII(37)安装在三通接头III(24)与A吸附塔(7)之间的管路上；所述三通接头III(24)右侧端口连接至B吸附塔(16)的底部，电磁阀VII(25)安装在三通接头III(24)与B吸附塔(16)之间的管路上；所述电磁阀VIII(37)、三通接头III(24)、电磁阀VII(25)所在管路设置在所述电磁阀I(6)、三通接头I(5)、电磁阀IV(15)所在管路的下方。