[发明专利]变压吸附制气系统及其方法

说明书

技术领域

本申请涉及变压吸附技术领域，特别涉及一种变压吸附制气系统及其方法。

背景技术

空气分离简称空分，是利用空气中各组分物理性质的不同，采用深度冷冻、吸附和膜分离等方法，从空气中分离出氧气、氮气或稀有气体的过程。其中，空气分离吸附装置的应用日益广泛。变压吸附(Pressure Swing Absorption，简称PSA)是加压和减压相结合的方法，它通常采用由加压吸附、减压解吸组成的吸附-解吸系统。具体的，在等温的情况下，利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。在加压过程中，专用的吸附剂对空气中吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，外界无需供给热量便可进行吸附剂的再生。

真空变压吸附(Vacuum Pressure Swing Absorption，简称VPSA)属于变压吸附，是利用抽真空的方法，降低被吸附组分的分压，使被吸附的组分在负压下解吸出来。在工业上，VPSA制氧或制氮是利用VPSA专用分子筛，选择性吸附空气中的氧气或者氮气、二氧化碳和水等杂质，在抽真空的条件下对所述分子筛进行解吸，从而循环制得纯度较高(纯度为90％～95％)的氧气或氮气。图1为现有VPSA制气系统的结构示意图，其中，1为供气装置，2为鼓风机，3为第一吸附塔，4为第二吸附塔，5为真空泵。以VPSA制氧为例，制气系统主要由供气装置1、鼓风机2、真空泵5、第一吸附塔3、第二吸附塔4、氧气平衡罐(未在图1中显示)和各个切换阀等组成，制氧流程包括：供气装置1提供原料空气，原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后，被鼓风机2增压至0.03MPa～0.05MPa，进入第一吸附塔3内，吸附塔内装填有吸附剂，原料空气中的水分、二氧化碳及少量其他气体组分在吸附塔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，则从第一吸附塔3顶部出口作为产品气被排至氧气平衡罐。当第一吸附塔3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5对之进行与吸附方向相反的抽真空，真空度为0.35barg～0.75barg，已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其他气体组分被抽出并排至大气，吸附剂即得到再生。VPSA的第一吸附塔3和第二吸附塔4都交替执行吸附、解吸的工艺步骤，这两个基本的工艺步骤均由计算机控制的切换阀组来实现自动控制。

变压吸附技术在石油、化工、冶金、国防、医疗和环境保护等方面得到了广泛的应用，与其他气体分离技术相比，变压吸附技术具有以下优点：

①低能耗。变压吸附工艺适用的压力范围较广，一些有压气源可以省去再次加压的能耗；变压吸附在常温下操作，可以省去加热或冷却的能耗。

②产品纯度较高，且可灵活调节。如变压吸附制氧的产品纯度可达95.4％，并可根据工艺条件的变化，在较大范围内任意调节产品氧的纯度。

③工艺流程简单，可实现多种气体的分离，对水、硫化物、氨和烃类等杂质有较强的承受能力，无需复杂的预处理工序。

④装置由计算机控制，自动化程度高，操作方便，可实现全自动操作。

⑤装置调节能力强，操作弹性大。变压吸附装置稍加调节就可以改变生产负荷，而且在不同负荷下生产时，产品质量可以保持不变，仅回收率稍有变化。变压吸附装置对原料气中杂质含量和压力等条件的改变也有很强的适应能力，调节范围很宽。

⑥投资小，操作费用低，维护简单，检修时间少，开工率高。

⑦吸附剂使用周期长。一般可以使用10年以上。

⑧装置可靠性高。变压吸附装置通常只有程序控制阀是运动部件，其使用寿命长，故障率极低，而且计算机控制系统应用可具有故障自动诊断、吸附塔自动切换等功能，使装置的可靠性进一步提高。

⑨环境效益好。除因原料气的特性外，变压吸附装置的运行不会造成新的环境污染，几乎无“三废”产生。

但是，目前变压吸附工艺只能单独生产氧气或者氮气，两者不能同时生产。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供一种变压吸附制气系统及其方法，本申请能同时生产氧气和氮气，并且具备设备投资低、能耗少和环境友好的特点，经济效益较高。

本申请提供一种变压吸附制气系统，包括：

供气装置，所述供气装置用于提供原料空气；

与所述供气装置相连的鼓风机；

进气口通过第一进气阀与所述鼓风机相连的第一吸附装置，所述第一吸附装置设置有第一产品气出气口和抽真空气口；