[发明专利]一种提高氧气回收率的间歇反吹方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离领域，用于吸附剂分离两类组分的变压吸附循环，适用于PSA(变压力吸附)循环、VPSA(低压变压吸附)循环和VSA(真空变压吸附)循环。

背景技术

变压吸附空气分离制氧作为一种重要的制氧方法，在微型制氧机和便携式制氧机中，占据了独特的地位。变压吸附空气分离制氧，是利用吸附剂在高压下对氮气和氧气的吸附量的差值与低压下对氮气和氧气的吸附量的差值之间存在一个较大差值的吸附特性并通过一定的循环工艺而把氧气分离出来的方法。变压吸附空分制氧的循环步骤一般包括升压、吸附、均压、逆放和反吹等几个循环步骤。对于每一个吸附塔来讲，均压分为均压降和均压升两个循环步骤。反吹过程的特征是：用处于吸附阶段的吸附塔中的氧气吹扫处于反吹阶段吸附塔中的杂质气体，把吸附剂中的杂质气体置换出来，同时把置换出来的气体和间隙中的杂质气体一起吹扫出吸附塔，以确保氧气的浓度。由于反吹是用高压塔中的产品气吹扫低压塔中的产品气，因此在反吹过程中，两塔压力相差越大，反吹气量所占的比例越小；此外反吹压力越小，所需的反吹气量越少。以往反吹均为连续反吹，由于吸附床层阻力和阀的阻力，反吹过程中解吸塔的压力高于环境压力，因而增加了反吹气量，在一定程度上减少了氧气的回收率。对于进气压力较小的分离系统，如便携式制氧机，由于在全部循环过程中，最高压力与最低压力的差值小于2bar，在反吹过程中由于阻力引起的压升(大约7Kpa)不再是个小量，因此连续反吹对回收率的影响更为明显。

发明内容

本发明目的是为了降低解吸塔中反吹压力，同时维持吸附塔中的吸附压力，从而增加产品气的回收率。

一种提高氧气回收率的间歇反吹方法，每个塔经历原料气升压、吸附、均压降、逆向降压、间歇反吹和均压升等六个步骤。

原料气升压：吸附塔在均压升之后，有大约0.9bar的压力，原料气开始进入吸附塔，对其充压，升压过程中同时输出产品气，产品气全部进入储氧罐。当吸附塔中压力上升到1.8bar左右时，升压阶段结束。

吸附：当吸附塔中的压力约为1.8bar时，吸附塔输出的部分产品气开始对解吸塔反吹，另一部分仍然进入储氧罐。在这个过程中，吸附塔中的压力会慢慢下降，当下降1kPa左右时，停止对解吸塔反吹，然后吸附塔压力会有所回升，大约回升到1.7bar，然后又对解吸塔反吹，如此反复。

均压降：当吸附塔吸附阶段完毕，解吸塔反吹也刚好完成，连通两个塔进行均压。均压时由于进气阀并没关闭，所以两塔压力能为0.9bar左右。此时两塔吸附解吸功能互换，即原吸附塔变为解吸塔；原解吸塔变为吸附塔。

逆向降压：均压后，原吸附塔中的压力快速下降，降低到环境压力。

等待阶段：原吸附塔逆向降压完成后，原解吸塔还没有充分升压，还需要一段时间的等待，直至原解吸塔中达到所需要的压力，约为1.8bar。

间歇反吹：当原解吸塔吸附原料气升压完毕，此时原吸附塔内压力已经降低至环境压力，原解吸塔过来的产品气置换并吹扫原吸附塔中的杂质气体。反吹过程由反吹-停止-再反吹-再停止......等时间段组成。即反吹2秒时间后，停留0.5～1秒时间，然后再反吹，然后再停留。在反吹结束与均压升开始之间，有约2秒停留时间。

均压升：反吹完毕后，原吸附塔和吸附2塔的产品端连通，用原解吸塔中的富氧气体给原吸附塔升压，压力大约0.9bar。

本发明提出的间歇反吹是每段反吹后需有一个停留时间。在该停留时间里，吸附塔中的压力上升，而解吸塔中的压力降低，促使解吸塔解吸更彻底，减少反吹所需气量，达到提高回收率的效果。

对于不同的吸附系统，停留时间不同。每次反吹(半个循环中)的停留次数保持在1到5次。由于每段反吹时间后有一段停留时间，从而确保产品气升压步骤前有一个停留时间。比如吸附塔给解吸塔反吹，最后一次停留时间将确保解吸塔中处于最低压力，也就是说，反吹的最后阶段是利用反吹气的扩散完成的，从而充分利用了反吹的产品气；同时解吸塔中的压力降到环境压力也有利于后面均压阶段吸附塔中的产品气体尽量多地进入解吸塔。用解吸塔给吸附塔反吹时亦如此。