CN219860580U - 一种psa制氮尾气回收制氧系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种PSA制氮尾气回收制氧系统，包括制氧设备和PSA制氮设备，所述制氧设备包括过滤器、尾气缓冲罐、若干吸附塔和增压设备，所述过滤器与尾气缓冲罐连接，所述过滤器还与PSA制氮设备连接，所述PSA制氮设备经过滤器向尾气缓冲罐中输送尾气，所述吸附塔用于接收尾气缓冲罐输送的尾气并对其进行吸附提纯，提纯后的氧气经增压设备增压后输出。本实用新型通过将PSA制氮设备排放的尾气作为制氧设备的原料，提升了原料中的氧含量，且原料压力远高于制单设备所需压力，提升了吸附能力；在原料气氧含量提高和吸附压力提高的叠加作用下，进一步提升了系统的回收率和产品纯度；降低成本，提升系统运行效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及氧气制造技术领域，具体涉及一种PSA制氮尾气回收制氧系统。
背景技术
现有技术中，工业制氧技术包括分离液态空气法、电解制氧法、膜分离法、VPSA吸附法(Vacuum Pressure Swing Absorption，真空变压吸附)。其中，VPSA吸附法采用PSA(Pressure Swing Absorption，变压吸附)制氧机，全称变压吸附制氧设备，其采用加压吸附，降压解吸，利用分子筛或吸附材料对氧、氮吸附性能的差异而达到分离的目的。
中国专利CN205586737U公开了一种带有前置气体净化器的PSA制氧机，包括空压机、气体净化器，空气罐、冷干机、除油器、吸附系统、消音器、氧气存储罐和控制器，空压机通过管道连接气体净化器的进气口，气体净化器的出气口通过管道连接空气罐的进气口，空气罐的出气口依次通过管道连接冷干机和除油器后连接吸附系统的进气管，控制器通过PLC和设置在整个系统各个部分的控制阀门控制整个系统的工作。该申请结构简单紧凑，生产成本低，利用空气净化器对进入吸附系统前的空气进行净化操作，再由冷干机和除油器对压缩空气进行深度净化，保证进入吸附塔中的空气不含影响吸附材料寿命的物质，从而增加吸附塔的使用寿命，并提高整体的制氧效率；但是其使用过程中还存在以下问题：
(1)原料氧含量低：现有技术是利用空压机直接从大气中抽取压缩空气为整个系统提供原料气的，平原地区中大气中的氧含量最高仅约21％。原料低含氧量间接负向影响系统的回收率。
(2)原料洁净度低，由于原料是直接从环境大气中获取，一般工业厂房内的环境空气都含有一定量的粉尘颗粒、油、水等杂质。这要求目前的VPSA制氧系统必须添加过滤器、除油、水器，这就会增加了设备的投入和运行维护成本，还会增加停机检修的时间，影响设备的运行效率。
(3)能耗高：由于目前技术的主要能耗在鼓风机和真空泵上，鼓风机直接将常压空气压缩至50KPa(G)做工较多，能耗较高，一般每制取1Nm3氧气综合能耗约为0.4～0.6KWh。
(4)回收率低：考虑客户可接受的合理能耗问题，一般吸附塔最高压力控制在50KPa以下。VPSA制氧的特点是一定压力范围内，压力越高，分子筛对杂质吸附能力越高，系统的回收率就越高。受限于50KPa以下吸附压力，系统的回收率只能达到约40～60％。
因此，针对上述问题，设计一种PSA制氮尾气回收制氧系统，将PSA制氮设备与VPSA制氧系统设备进行结合，提升产品纯度和回收率，降低设备成本、运行成本和维护成本，对本领域技术人员来说是有必要的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种PSA制氮尾气回收制氧系统，将PSA制氮设备的尾气作为制氧系统的原料气，提升产品纯度和回收率，提升系统稳定性。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种PSA制氮尾气回收制氧系统，包括制氧设备和PSA(Pressure Swing Adsorption，变压吸附)制氮设备，所述制氧设备包括过滤器、尾气缓冲罐、若干吸附塔和增压设备，所述过滤器与尾气缓冲罐连接，所述过滤器还与PSA制氮设备连接，所述PSA制氮设备经过滤器向尾气缓冲罐中输送尾气，所述吸附塔用于接收尾气缓冲罐输送的尾气并对其进行吸附提纯，提纯后的氧气经增压设备增压后输出。
优选地，所述尾气缓冲罐的大小根据PSA制氮设备的尾气排量设计以控制尾气压力。
优选地，控制尾气压力是指确保PSA制氮设备每个周期排放的尾气经尾气缓冲罐缓冲后的压力在70～120KPa范围内。
优选地，所述PSA制氮设备的尾气出口处设置有第一排气管路和第二排气管路，所述第一排气管路与过滤器连通，第二排气管路通往环境空气。
优选地，所述第一排气管路上设有第一自动阀门，所述第二排气管路上设有第二自动阀门；所述PSA制氮设备与尾气缓冲罐之前还设有压力传感器，通过第一自动阀门、第二自动阀门和压力传感器控制尾气的流向。
优选地，所述PSA制氮设备包括解吸塔。
优选地，当PSA制氮设备的解吸塔压力大于尾气缓冲罐的压力时，通往第一排气管路上的第一自动阀门打开，经过滤器向尾气缓冲罐内通气；当PSA制氮设备的解吸塔压力小于或等于尾气缓冲罐的压力时，第一排气管路上的第一自动阀门关闭，第二排气管路上的第二自动阀门打开，向环境空气放气。
优选地，所述尾气缓冲罐与吸附塔之间设置有调压阀组，所述调压阀组将尾气缓冲罐中的气体稳压稳流进入吸附塔。
优选地，所述调压阀组内设有若干调压阀。
优选地，所述吸附塔的数量为2个，1个吸附塔用于解吸，另1个吸附塔用于吸附，2个吸附塔进行交替工作以实现连续生产氧气。
优选地，所述吸附塔上连接有真空泵，所述真空泵与环境空气连通。
优选地，解吸的过程包括：其中1个吸附塔完成吸附工序的吸附塔后，首先与另1个吸附塔进行均压，真空泵对用于解吸的吸附塔进行抽真空至-40～-60KPa(G)，吸附塔在负压状态下进行解吸再生。
上文中，吸附塔对氮的吸附达到平衡后，根据吸附材料在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，通过真空泵降低压力使吸附塔解除对氮的吸附，这一过程称为解吸再生；2个所述吸附塔并联设置，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氧气流。
优选地，所述真空泵连接于所述吸附塔的底部，所述真空泵与吸附塔之间设置有第一阀门组。
优选地，所述增压设备连接于所述吸附塔的顶部，所述增压设备与吸附塔之间设置有第二阀门组。
优选地，所述增压设备包括依次连接的增压前缓冲罐、增压机、冷却器和增压后缓冲罐，所述增压前缓冲罐用于接收吸附塔内的氧气，所述增压后缓冲罐通过管道系统将氧气输送至客户使用点。
上文中，所述增压设备的工作流程包括：纯度为90～95％的氧气从吸附塔顶部分离出来流向增压前缓冲罐进行稳压稳流；稳压稳流的氧气经过增压机增压后再通过冷却器冷却后送至增压后缓冲罐进行缓冲并进行稳压稳流，最后通过管道系统输送至客户使用点。
上文中，PSA制氮设备排放的尾气中氧含量为25％～28％，比环境空气中21％的氧含量高出4％～7％，其次由于PSA制氮设备排放的尾气压力在250～400KPa(G)，可以提供远高于现有技术VPS吸附法所需要的50KPa(G)压力。理论上VPSA制氧工艺在一定压力范围内，压力越高，分子筛对杂质吸附能力越高，系统的回收率就越高。经反复实验，吸附塔在70～120KPa(G)的压力进行吸附是兼具回收率和能效比较佳的压力范围。本申请的吸附压力控制在70～120KPa(G)范围内。在原料气氧含量提高和吸附压力提高的叠加作用下，相比与现有技术，本申请VPSA制氧的氧气纯度从80％～93％提升到90％～95％，氧气回收率从46％～60％提升至54％～72％。
由于上述技术方案运用，本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型通过将PSA制氮设备排放的尾气作为制氧设备的原料，提升了原料中的氧含量，且原料压力远高于制单设备所需压力，提升了吸附能力；在原料气氧含量提高和吸附压力提高的叠加作用下，进一步提升了系统的回收率和产品纯度；
2.现有技术中，鼓风机、前级冷却器和除油器占设备总投资成本为20％；而本实用新型原料气的压力远高于VPSA需要的的压力，无需经过压缩即可直接作为VPSA制氧的原料气，在进气处无需空压机或鼓风机，同时可去掉与空压机或鼓风机配套使用的前级冷却器，从而节约这部分的投资成本；且PSA制氮生产过程不会产生新的固体颗粒、水、油等杂质，在制氧设备中无需添加除油器设备，从而进一步节约投资成本。
3.对于VPSA制氧系统来说主要的运行成本是电耗加水耗。其中鼓风机的电耗占系统总电耗约35％，鼓风机和前级冷却器的水耗占系统总水耗约30％。相比于现有技术工艺，专利技术工艺在运行时粗估节约电耗约35％，节约水耗约30％。
4.本实用新型结构简单，系统配置简单，无需鼓风机的维护、前级冷却器的定期清洗、除油器定期更换填料，节约维护成本，减少了停机维护的时间，通过阀门自动控制实现系统的有效运行，提升运行效率；
5.本实用新型可用于既需氧气又需氮气的场所，实现制氮设备的尾气再利用，降低能耗，适用性更强。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的一些附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
图1为本实用新型一种实施例的整体结构示意图。
其中，1、过滤器；2、尾气缓冲罐；3、吸附塔；4、PSA制氮设备；5、第一排气管路；6、第二排气管路；7、第一自动阀门；8、第二自动阀门；9、压力传感器；10、调压阀组；11、真空泵；12、第一阀门组；13、第二阀门组；14、增压前缓冲罐；15、增压机；16、冷却器；17、增压后缓冲罐；18、制氧设备。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，一种PSA制氮尾气回收制氧系统，包括制氧设备18和PSA制氮设备4，所述制氧设备包括过滤器1、尾气缓冲罐2、若干吸附塔3和增压设备，所述过滤器与尾气缓冲罐连接，所述过滤器还与PSA制氮设备连接，所述PSA制氮设备经过滤器向尾气缓冲罐中输送尾气，所述吸附塔用于接收尾气缓冲罐输送的尾气并对其进行吸附提纯，提纯后的氧气经增压设备增压后输出。
优选地，所述尾气缓冲罐的大小根据PSA制氮设备的尾气排量设计以控制尾气压力。
优选地，控制尾气压力是指确保PSA制氮设备每个周期排放的尾气经尾气缓冲罐缓冲后的压力在70～120KPa范围内。
优选地，所述PSA制氮设备的尾气出口处设置有第一排气管路5和第二排气管路6，所述第一排气管路与过滤器连通，第二排气管路通往环境空气。
优选地，所述第一排气管路上设有第一自动阀门7，所述第二排气管路上设有第二自动阀门8；所述PSA制氮设备与尾气缓冲罐之前还设有压力传感器9，通过第一自动阀门、第二自动阀门和压力传感器控制尾气的流向。
优选地，所述PSA制氮设备包括解吸塔。
优选地，当PSA制氮设备的解吸塔压力大于尾气缓冲罐的压力时，通往第一排气管路上的第一自动阀门打开，经过滤器向尾气缓冲罐内通气；当PSA制氮设备的解吸塔压力小于或等于尾气缓冲罐的压力时，第一排气管路上的第一自动阀门关闭，第二排气管路上的第二自动阀门打开，向环境空气放气。
优选地，所述尾气缓冲罐与吸附塔之间设置有调压阀组10，所述调压阀组将尾气缓冲罐中的气体稳压稳流进入吸附塔。
优选地，所述调压阀组内设有若干调压阀。
优选地，所述吸附塔的数量为2个，1个吸附塔用于解吸，另1个吸附塔用于吸附，2个吸附塔进行交替工作以实现连续生产氧气。
优选地，所述吸附塔上连接有真空泵11，所述真空泵与环境空气连通。
优选地，解吸的过程包括：其中1个吸附塔完成吸附工序的吸附塔后，首先与另1个吸附塔进行均压，真空泵对用于解吸的塔进行抽真空至-40～-60KPa(G)，吸附塔在负压状态下进行解吸再生。
上文中，吸附塔对氮的吸附达到平衡后，根据吸附材料在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，通过真空泵降低压力使吸附塔解除对氮的吸附，这一过程称为解吸再生；2个所述吸附塔并联设置，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氧气流。
优选地，所述真空泵连接于所述吸附塔的底部，所述真空泵与吸附塔之间设置有第一阀门组12。
优选地，所述增压设备连接于所述吸附塔的顶部，所述增压设备与吸附塔之间设置有第二阀门组13。
优选地，所述增压设备包括依次连接的增压前缓冲罐14、增压机15、冷却器16和增压后缓冲罐17，所述增压前缓冲罐用于接收吸附塔内的氧气，所述增压后缓冲罐通过管道系统将氧气输送至客户使用点。
上文中，所述增压设备的工作流程包括：纯度为90～95％的氧气从吸附塔顶部分离出来流向增压前缓冲罐进行稳压稳流；稳压稳流的氧气经过增压机增压后再通过冷却器冷却后送至增压后缓冲罐进行缓冲并进行稳压稳流，最后通过管道系统输送至客户使用点。
上文中，PSA制氮设备排放的尾气中氧含量为25％～28％，比环境空气中21％的氧含量高出4％～7％，其次由于PSA制氮设备排放的尾气压力在250～400KPa(G)，可以提供远高于现有技术VPS吸附法所需要的50KPa(G)压力。理论上VPSA制氧工艺在一定压力范围内，压力越高，分子筛对杂质吸附能力越高，系统的回收率就越高。经反复实验，吸附塔在70～120KPa(G)的压力进行吸附是兼具回收率和能效比较佳的压力范围。本申请的吸附压力控制在70～120KPa(G)范围内。在原料气氧含量提高和吸附压力提高的叠加作用下，相比与现有技术，本申请VPSA制氧的氧气纯度从80％～93％提升到90％～95％，氧气回收率从46％～60％提升至54％～72％。
实施例二
本实施例是在上述实施例一的基础上进行的，与上述实施例一相同之处不予赘述。
本实施例通过小试实验测得，相比现有技术，实施例一的小试实验设备在产品纯度和回收率、系统功耗和运行稳定性都有所提升，具体见下表：
实施例三
本实施例是在上述实施例一的基础上进行的，与上述实施例一相同之处不予赘述。
本实施例用于炼钢厂中，炼钢厂需用浓度为92％～95％的氧气进行吹氧炼钢，而在轧钢、镀锌、镀铬、热处理连续铸造环节又需要用浓度为99.99％的氮气作保护气。本实施例中，通过PSA制氮设备将制取的氮气用于轧钢、镀锌、镀铬、热处理连续铸造环节，将尾气经过滤器通入制氧设备中进行制氧，制取的氧气用于吹氧炼钢环节中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，包括制氧设备和PSA制氮设备，所述制氧设备包括过滤器、尾气缓冲罐、若干吸附塔和增压设备，所述过滤器与尾气缓冲罐连接，所述过滤器还与PSA制氮设备连接，所述PSA制氮设备经过滤器向尾气缓冲罐中输送尾气，所述吸附塔用于接收尾气缓冲罐输送的尾气并对其进行吸附提纯，提纯后的氧气经增压设备增压后输出。
2.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述尾气缓冲罐的大小根据PSA制氮设备的尾气排量设计以控制尾气压力。
3.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述PSA制氮设备的尾气出口处设置有第一排气管路和第二排气管路，所述第一排气管路与过滤器连通，第二排气管路通往环境空气。
4.如权利要求3所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述第一排气管路上设有第一自动阀门，所述第二排气管路上设有第二自动阀门；所述PSA制氮设备与尾气缓冲罐之前还设有压力传感器，通过第一自动阀门、第二自动阀门和压力传感器控制尾气的流向。
5.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述尾气缓冲罐与吸附塔之间设置有调压阀组，所述调压阀组将尾气缓冲罐中的气体稳压稳流进入吸附塔。
6.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述吸附塔的数量为2个，1个吸附塔用于解吸，另1个吸附塔用于吸附，2个吸附塔进行交替工作以实现连续生产氧气。
7.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述吸附塔上连接有真空泵，所述真空泵与环境空气连通。
8.如权利要求7所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述真空泵连接于所述吸附塔的底部，所述真空泵与吸附塔之间设置有第一阀门组。
9.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述增压设备连接于所述吸附塔的顶部，所述增压设备与吸附塔之间设置有第二阀门组。
10.如权利要求1所述的一种PSA制氮尾气回收制氧系统，其特征在于，所述增压设备包括依次连接的增压前缓冲罐、增压机、冷却器和增压后缓冲罐，所述增压前缓冲罐用于接收吸附塔内的氧气，所述增压后缓冲罐通过管道系统将氧气输送至客户使用点。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |