[发明专利]一种真空变压吸附系统

说明书

技术领域

本发明涉及变压吸附空气分离的技术领域，特别是涉及一种真空变压吸附系统。

背景技术

真空变压吸附(简称VPSA)系统，即高于大气压的条件下，利用VPSA制氧专用分子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，在抽真空的条件下对分子筛进行解吸，从而循环制得纯度较高的氧气(90～95％)。

VPSA系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后进入鼓风机，在鼓风机的输送下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吸附剂(如活性氧化铝)所吸附。吸附器的上部是沸石分子筛，当空气流经填满的分子筛固定床时，空气中的氮气分子在吸附作用力下扩散到分子筛固体中，而氧气(包括氩气)作为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐，以供生产使用。

经过一段时间的吸附，分子筛颗粒中充满氮气分子，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)。具体为，关闭空气进口阀，利用吸附器内的富氧空气对刚抽真空的另一吸附器进行均压，等压力降到某一值时关闭均压阀，同时打开真空泵进口阀对吸附器抽真空，到一定真空度后再利用另一吸附内的富氧气及氧气缓冲罐中部份产品气对沸石分子筛清洗，从而使吸附剂彻底解吸。吸附剂解吸过程完成后，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。然后用产品气对吸附器进行充压，充压至某一压力值后关闭相应阀门，打开鼓风机出口阀门，对吸附器进行升压。简而言之，即VPSA系统的每个吸附器都在交替执行以下步骤：吸附——解吸——充压，上述三个基本的工艺步骤由PLC和切换阀系统来实现自动控制。

这种现有的VPSA系统具有以下缺点：

1、由于只有两个吸附器，受吸附器结构尺寸的限制，其最大制氧规模相对较小，只在5000-6000M³/h左右；而如果要将制氧规模扩大到10000M³/h以上，将两套或多套两床VPSA系统并联使用，必将使得成本大大提高；

2、现有的两床VPSA工艺中，鼓风机不连续地向吸附器供气，每个循环周期，鼓风机排气向大气放空两次，每次持续时间2-4秒。为保证氮氧分离所需加工空气量，鼓风机排气量需要增大8％-20％。鼓风机排气放空前，鼓风机排气口到控制压缩空气进吸附器的阀门之间的管道空间中，充满最高压力的压缩空气。随着鼓风机排气放空，压力降到大气压，造成压缩空气的附加损失；

3、公知的是，真空泵能量消耗是VPSA系统能量消耗的主要控制因素。真空解吸所需真空泵抽速与循环周期时间无直接关系，与吸附时间和真空解吸时间的比值密切相关。循环周期时间一定，吸附时间短，真空解吸时间长，两者的比值小于1。真空解吸所需真空抽速小。然而，现有的两床和三床VPSA工艺，吸附时间等于或大于真空解吸时间，如果缩短吸附时间，延长真空解吸时间，单位时间进吸附器的压缩空气量增加，除增大鼓风机排气量外，吸附器中压缩空气的空塔流速增大。现有的两床或三床VPSA工艺只有一台真空泵对一个吸附器抽真空，循环周期一定，不能实现缩短吸附时间，延长真空解吸时间，所需的真空泵抽速仍然较大。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种真空变压吸附系统及其工艺控制机制，用以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真空变压吸附系统，用以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。

为了解决上述问题，本发明公开了一种真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；

所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤：

吸附步骤：各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附处理后，输出产品气至产品气罐；

顺向放压步骤：在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；

真空解吸步骤：由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；