CN211246029U - 一种负压吸附制氧的变压吸附装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制氧装置的领域，公开了一种负压吸附制氧的变压吸附装置，包括空气总管、氧气总管、富氮气总管、均压总管、氧气缓冲罐、氧气压缩机、真空缓冲罐、真空泵和四个吸附塔。吸附塔内设置有制氧吸附剂。每个吸附塔均通过控制阀连通空气总管、氧气总管、富氮气总管和均压总管。氧气缓冲罐和氧气压缩机均串联于氧气总管。真空缓冲罐和真空泵均串联于富氮气总管。空气进入吸附塔后，富氮气等气体吸附，吸附塔内形成的负压。同时，氧气压缩机也使得吸附塔内形成负压。这些都使得本装置可自行吸取空气，而不需通过辅助设备将空气送入吸附塔，简化了结构，同时降低了能耗。

Description

一种负压吸附制氧的变压吸附装置

技术领域

本实用新型涉及制氧装置的领域，具体而言，涉及一种负压吸附制氧的变压吸附装置。

背景技术

变压吸附制氧机主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气平衡罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后，被罗茨鼓风机增压至0.3-0.5barg而进入其中一只吸附器内。吸附器内装填吸附剂，其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附，随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气平衡罐。

当该吸附器吸附到一定程度，其中的吸附剂将达到饱和状态，此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反)，真空度为0.65-0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气，吸附剂得到再生。这种变压吸附制氧机结构复杂，能耗高。同时，这种变压吸附制氧机制得的氧气纯度低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种负压吸附制氧的变压吸附装置，其能够简化制氧机结构，降低功耗，提高氧气纯度。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：包括空气总管、氧气总管、富氮气总管、均压总管、氧气缓冲罐、氧气压缩机、真空缓冲罐、真空泵和四个吸附塔；所述吸附塔内设置有制氧吸附剂；每个所述吸附塔底端均通过进气管连通所述空气总管，每个所述吸附塔顶端均通过出气管连通所述氧气总管；每个所述进气管均设置有空气控制阀，每个所述出气管均设置有氧气控制阀；

每个所述出气管于对应的吸附塔和氧气控制阀之间连通有均压支管；所述均压支管均连通所述均压总管，每个所述均压支管均设置有均压控制阀；

每个所述进气管于对应的吸附塔和空气控制阀之间连通有富氮气支管；所述富氮气支管均连通所述富氮气总管，每个所述富氮气支管均设置有富氮气控制阀；

所述氧气缓冲罐和氧气压缩机均串联于所述氧气总管，以使四个所述吸附塔生产的氧气均能够通过氧气缓冲罐和氧气压缩机排出；

所述真空缓冲罐和真空泵均串联于所述富氮气总管，以使四个所述吸附塔解吸的富氮气均能够通过真空缓冲罐和真空泵排出。

进一步地，所述均压总管的数量为1个；每个所述吸附塔均连通于所述均压总管。

进一步地，还包括备用吸附塔；所述备用吸附塔与四个所述吸附塔并联。

进一步地，所述空气总管的进气端设置有滤网。

进一步地，所述空气控制阀并联设置有两个；两个所述空气控制阀的口径不同。

进一步地，所述制氧吸附剂可以是5A分子筛也可以是锂分子筛。

进一步地，所述氧气控制阀、富氮气控制阀、均压控制阀和空气控制阀均通过PLC或DCS控制。

本实用新型的有益效果是：

空气进入吸附塔后，氮气被制氧吸附剂吸附，只有氧气通过吸附塔。由于空气中氧气只有21％，大量的气体被制氧吸附剂吸附，这就使得吸附塔内形成较大的负压，使得空气在负压作用下被吸进吸附塔。同时，氧气压缩机抽取并压缩氧气而排出也会使得吸附塔内形成负压。这些都使得本实用新型的负压吸附制氧的变压吸附装置可自行吸取空气，而不需通过辅助设备将空气送入吸附塔，简化了结构，同时降低了能耗。

本实用新型的负压吸附制氧的变压吸附装置吸附时，吸附塔内为负压，这就有助于制氧吸附剂吸附非产品气体，使得吸附效果更好，进而使得制得的氧气的纯度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的示意图；

图2为本实用新型设置备用吸附塔的示意图。

图标：1-空气总管，11-进气管，111-空气控制阀，12-滤网，2-氧气总管，21-出气管，211-氧气控制阀，3-富氮气总管，31-富氮气支管，311-富氮气控制阀，4-均压总管，41-均压支管，411-均压控制阀，5-氧气缓冲罐，6-氧气压缩机，7-真空缓冲罐，8-真空泵，9-吸附塔，91-备用吸附塔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

请参照图1，本实施例提供一种负压吸附制氧的变压吸附装置，包括空气总管1、氧气总管2、富氮气总管3、均压总管4、氧气缓冲罐5、氧气压缩机6、真空缓冲罐7、真空泵8和四个吸附塔9。每个吸附塔9底部设置有干燥剂。干燥器可采用硅胶或氧化铝或3A分子筛干燥剂，用于吸附水分及二氧化碳。在干燥剂上方设置有制氧吸附剂，其可以是5A分子筛也可以是锂分子筛，用于吸附氮气。

每个吸附塔9底端均通过进气管11连通空气总管，每个吸附塔9顶端均通过出气管21连通氧气总管2。每个进气管11均设置有用于控制空气进入吸附塔9的空气控制阀111，每个出气管21均设置有用于控制氧气排出吸附塔9的氧气控制阀211。

每个出气管21于对应的吸附塔9和氧气控制阀211之间连通有均压支管41。均压支管41均连通均压总管4，每个均压支管41均设置有均压控制阀411。连通于同一均压总管4的两个吸附塔9的均压控制阀411均打开时，两个吸附塔9内的气压逐渐通过均压总管4调节至相同。

每个进气管11于对应的吸附塔9和空气控制阀111之间连通有富氮气支管31。富氮气支管31均连通富氮气总管3，每个富氮气支管31均设置有用于控制富氮气排出吸附塔9的富氮气控制阀311。

氧气缓冲罐5和氧气压缩机6均串联于氧气总管2，以使四个吸附塔9生产的氧气均能够通过氧气缓冲罐5和氧气压缩机6排出。

真空缓冲罐7和真空泵8均串联于富氮气总管3，以使四个吸附塔9解吸的富氮气均能够通过真空缓冲罐7和真空泵8排出。

本实用新型的负压吸附制氧的变压吸附装置的四个吸附塔9分别为吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C和吸附塔D。使用时，将吸附塔A和吸附塔B分为一组，同时将吸附塔C和吸附塔D分为另一组。实际中，四个吸附塔9的分组可以任意两个成组。分为同一组的两个吸附塔9各自的均压支管41均连接到同一个均压总管4，保证同组的两个吸附塔9各自的均压控制阀411均打开时，气压较高的吸附塔9内的气体通过均压总管4进入同组的气压较低的吸附塔9内，最终通过均压总管4将两个吸附塔9内的压强调节为一致。

本实施例中，以同组的吸附塔A和吸附塔B为例描述整个制氧工艺步序过程及同组的两个吸附塔9相互配合的情况。吸附塔C和吸附塔D的工艺过程与相互配合的情况相同于吸附塔A和吸附塔B的工艺过程与相互配合的情况。本实用新型的时序控制简图如表1所示。表1中的A代表吸附，ED代表均压降，W代表等待，VC代表解吸，ER代表均压升，FR代表终压升。

表1

步序1至4，吸附塔A吸附，吸附塔B解吸：控制原料气(空气)从空气总管和进气管11进入吸附塔A吸附，制得的氧气经出气管21和氧气总管2进入氧气缓冲罐5并最终被氧气压缩机6加压至合适的压强后被排出。吸附塔A吸附饱和后即停止吸附。吸附塔A吸附的过程中，吸附塔B解吸。这个过程中，真空泵8对吸附塔B进行抽真空，使得吸附塔B解吸。

步序5和6，吸附塔A均压降，吸附塔B均压升：此时，吸附塔A和吸附塔B通过均压总管4连通，使得吸附塔A内的气压逐渐降低而吸附塔B内的气压逐渐升高，最终使得两者的气压基本相同。

步序7和8，吸附塔A等待，吸附塔B终压升。此过程中，由于吸附塔B内的气压仍然低于大气压，吸附塔B的空气控制阀111打开后，空气被吸入吸附塔B，使得吸附塔B内的气压继续升高。

步序9至12，吸附塔A解吸，吸附塔B吸附。随着吸附塔A开始抽真空，吸附塔A内的真空度逐渐下降为0.65-0.75barg，吸附塔A内吸附剂逐步解吸。吸附塔A内解吸出的气体经真空缓冲罐7和真空泵8被排出。同时，这个过程中，控制原料气(空气)从空气总管和进气管11进入吸附塔B吸附，制得的氧气经出气管21和氧气总管2进入氧气缓冲罐5并最终被氧气压缩机6加压至合适的压强后被排出。吸附塔B吸附饱和后即停止吸附。

步序13和14，吸附塔A均压升，吸附塔B均压降。此时，吸附塔A和吸附塔B通过均压总管4连通，使得吸附塔A内的气压逐渐降低而吸附塔B内的气压逐渐升高，最终使得两者的气压基本相同。

步序15和16，吸附塔A终压升，吸附塔B等待。此过程中，由于吸附塔A内的气压仍然低于大气压，吸附塔A的空气控制阀111打开后，空气被吸入吸附塔A，使得吸附塔A内的气压继续升高。

上述即为同组的吸附塔A和吸附塔B配合的一个制氧周期，一个周期结束后，下一个周期开始。在整个周期中，两个吸附塔9交替制氧。同样，另一组的吸附塔C和吸附塔D的制氧周期和配合方式相同，但是两组吸附塔9制氧的时间不同。从表1中可看出，步序1至4为吸附塔A制氧时间；步序5至8为吸附塔C制氧时间；步序9至12为吸附塔B制氧时间；步序13至16为吸附塔D制氧时间。四个吸附塔9的配合使得整个周期中均有氧气制得，氧气压缩机6在整个过程均能对氧气加压，避免氧气压缩机的功率不稳定。

本实用新型的有益效果是：

空气进入吸附塔9后，氮气被制氧吸附剂吸附，只有氧气通过吸附塔9。由于空气中氧气只有21％，大量的气体被制氧吸附剂吸附，这就使得吸附塔9内形成较大的负压，使得空气在负压作用下被吸进吸附塔9。同时，氧气压缩机6抽取并压缩将氧气而排除也会使得吸附塔9内形成负压。这些都使得本实用新型的负压吸附制氧的变压吸附装置可自行吸取空气，而不需通过辅助设备将空气送入吸附塔9，简化了结构，同时降低了能耗。

本实用新型的负压吸附制氧的变压吸附装置吸附时，吸附塔9内为负压，这就有助于制氧吸附剂吸附非产品气体，使得吸附效果更好，进而使得制得的氧气的纯度更高。

另外，由于将四个吸附塔9分为两组两塔，均压过程采用两塔互均，增大了系统的稳定性。

本实施例中，均压总管4的数量为1个。每个吸附塔9均连通于均压总管4。打开其中任意两个吸附塔9的均压控制阀411均可使得两个吸附塔9组合为一组，均可通过均压总管4平衡两者的压强。

本实施例中，还包括备用吸附塔91。备用吸附塔91与四个吸附塔9并联。此处的并联指的是：备用吸附塔91设置有与吸附塔9完全相同的出气管21、均压支管41和富氮气支管31；出气管21连接于氧气总管2并设置有氧气控制阀211；富氮气支管31连接于富氮气总管3并设置有富氮气控制阀311；均压支管41连接于均压总管4并设置有均压控制阀411。当吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C和吸附塔D中任意一个吸附塔9故障或需要更换分子筛时，可用备用吸附塔91替换任意一个吸附塔9，避免停机。

本实施例中，空气总管的进气端设置有滤网12，能够过滤空气中的颗粒物，避免其进入吸附塔9。

本实施例中，空气控制阀111并联设置有两个。两个空气控制阀111的口径不同。吸附时，采用较大口径的空气控制阀111吸入空气，保证了空气能够顺利的吸入吸附塔9；终压升时，由于吸附塔9内的气压较小，内外压差大，为了避免压差大导致空气进入吸附塔9过快，此时采用口径较小的空气控制阀111。终压升采用小口径空气控制阀111完成，既能让空气自动流入吸附塔9升压，又能控制住升压速度，防止吸附剂沸腾。

本实施例中，氧气控制阀211、富氮气控制阀311、均压控制阀411和空气控制阀111均通过PLC或DCS系统控制。使得本装置的控制更加智能化，大大的提高了生产的效率。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：包括空气总管(1)、氧气总管(2)、富氮气总管(3)、均压总管(4)、氧气缓冲罐(5)、氧气压缩机(6)、真空缓冲罐(7)、真空泵(8)和四个吸附塔(9)；所述吸附塔(9)内设置有制氧吸附剂；每个所述吸附塔(9)底端均通过进气管(11)连通所述空气总管，每个所述吸附塔(9)顶端均通过出气管(21)连通所述氧气总管(2)；每个所述进气管(11)均设置有空气控制阀(111)，每个所述出气管(21)均设置有氧气控制阀(211)；

每个所述出气管(21)于对应的吸附塔(9)和氧气控制阀(211)之间连通有均压支管(41)；所述均压支管(41)均连通所述均压总管(4)，每个所述均压支管(41)均设置有均压控制阀(411)；

每个所述进气管(11)于对应的吸附塔(9)和空气控制阀(111)之间连通有富氮气支管(31)；所述富氮气支管(31)均连通所述富氮气总管(3)，每个所述富氮气支管(31)均设置有富氮气控制阀(311)；

所述氧气缓冲罐(5)和氧气压缩机(6)均串联于所述氧气总管(2)，以使四个所述吸附塔(9)生产的氧气均能够通过氧气缓冲罐(5)和氧气压缩机(6)排出；

所述真空缓冲罐(7)和真空泵(8)均串联于所述富氮气总管(3)，以使四个所述吸附塔(9)解吸的富氮气均能够通过真空缓冲罐(7)和真空泵(8)排出。

2.根据权利要求1所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：所述均压总管(4)的数量为1个；每个所述吸附塔(9)均连通于所述均压总管(4)。

3.根据权利要求2所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：还包括备用吸附塔(91)；所述备用吸附塔(91)与四个所述吸附塔(9)并联。

4.根据权利要求1所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：所述空气总管的进气端设置有滤网(12)。

5.根据权利要求1所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：所述空气控制阀(111)并联设置有两个；两个所述空气控制阀(111)的口径不同。

6.根据权利要求1所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：所述制氧吸附剂为5A分子筛或锂分子筛。

7.根据权利要求1所述的负压吸附制氧的变压吸附装置，其特征是：所述氧气控制阀(211)、富氮气控制阀(311)、均压控制阀(411)和空气控制阀(111)均通过PLC或DCS控制。

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