[发明专利]一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧方法

权利要求书

1.一种三塔真空变压吸附制氧系统，其特征在于：它包括吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸大气总管P1、放空总管P3、鼓风机AC、真空泵VP、产品缓冲罐VS1和用于保持产品气进出一维流动的产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C，用于保持均压气进出一维流动的集束管均压罐VS3；所述的吸大气总管P1的出口端并联有自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C，自吸切换阀V1A、自吸切换阀V1B和自吸切换阀V1C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述鼓风机AC的出口端连接有进气总管P2，进气总管P2另一端并联有进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C，进气切换阀V2A、进气切换阀V2B和进气切换阀V2C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述的放空总管P3的入口端并联有放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C，放空切换阀V3A、放空切换阀V3B和放空切换阀V3C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述的真空泵VP的入口端连接有真空总管P4，真空总管P4另一端并联有真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C，真空切换阀V4A、真空切换阀V4B和真空切换阀V4C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的底部连接；所述的产品缓冲罐VS1的入口端连接有产品气总阀V8，产品气总阀V8的另一端连接有产品气总管P5，产品气总管P5的另一端并联有产品气过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C，产品气过渡切换阀V7A、产品气过渡切换阀V7B、产品气过渡切换阀V7C的另一端分别与产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的出口相连，产品气过渡罐VS2A、产品气过渡罐VS2B、产品气过渡罐VS2C的进口分别连接有产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C，产品气切换阀V5A、产品气切换阀V5B和产品气切换阀V5C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS3的顶部连接有均入切换阀V10，均入切换阀V10的另一端连接有均压气总管P6，均压气总管P6的另一端并联有均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C，均压切换阀V6A、均压切换阀V6B和均压切换阀V6C的另一端分别与吸附塔A、吸附塔B和吸附塔C的顶部连接；所述的集束管均压罐VS3的顶部还连接有均出切换阀V11，均出切换阀V11的另一端与均压气总管P6连接，所述的吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C底部分别连接有用于吸附塔余压状态底部放空的放空切换阀V3A、V3B、V3C，所述的吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C底部分别连接有用于吸附塔负压状态底部自吸空气的自吸切换阀V1A、V1B、V1C，所述的吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C内装填的吸氮气（N₂）分子筛为高效Li-X型锂基分子筛。

2.根据权利要求1所述的一种三塔真空变压吸附制氧系统，其特征在于：产品气过渡罐包括罐体A、设置于罐体A内的气流分布器A、气流分布器B和竖向分布的集束管A，气流分布器A设置于产品气过渡罐入口和集束管A之间，气流分布器B设置于产品气过渡罐出口和集束管A之间，所述的集束管A内部空间形成有气流通道A；所述的集束管A外壁与罐体A内壁之间形成有气流通道B；所述的集束管A中相邻管道外壁之间形成有气流通道C。

3.根据权利要求1所述的一种三塔真空变压吸附制氧系统，其特征在于：所述的集束管均压罐VS3包括罐体B、设置于罐体B内的进出气流分布器C和竖向分布的集束管B，进出气流分布器C设置于罐体B顶部且位于集束管B进出口端处，所述的集束管B内部空间形成有气流通道D；所述的集束管B外壁与罐体B内壁之间形成有气流通道E；所述的集束管B中相邻管道外壁之间形成有气流通道F。

4.根据权利要求1所述的一种三塔真空变压吸附制氧系统，其特征在于：所述的均出切换阀V11为调节阀。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述三塔真空变压吸附制氧系统的制氧方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、鼓风机AC对吸附塔A进原料空气，吸附塔A出产品气：开启进气切换阀V2A、产品气切换阀V5A、产品气过渡切换阀V7A和产品气总阀V8，关闭自吸切换阀V1A、放空切换阀V3A、真空切换阀V4A、均压切换阀V6A，均入切换阀V10、均出切换阀V11，鼓风机AC将原料空气升压后，经进气切换阀V2A输送至吸附塔A，原料空气中的水、二氧化碳及氮气逐次分别被吸附塔A内装填的活性氧化铝、沸石和锂基分子筛吸附，富氧气体作为产品气从吸附塔A塔顶流出并依次经产品气切换阀V5A、产品气过渡罐VS2A、产品气过渡切换阀V7A、产品气总阀V8流至产品缓冲罐VS1中；

S2、吸附塔A与集束管均压罐VS3均压：在吸附塔A内装填的吸附剂达到吸附饱和时，关闭进气切换阀V2A，鼓风机AC切换至吸附塔B进气，关闭产品气切换阀V5A和产品气过渡切换阀V7A，吸附塔A停止生产产品气，开启均压切换阀V6A和均入切换阀V10，吸附塔A内的吸附末端高压气作为均压气依次经均压切换阀V6A、均入切换阀V10均入集束管均压罐VS3内，实现顺向均出降低吸附塔A压力，并将吸附塔A的吸附末端高压气暂存于集束管均压罐VS3内；

S3、吸附塔A底部放空：在步骤S2结束后，吸附塔A压力仍然高于环境大气压力，关闭均压切换阀V6A和均入切换阀V10，开启放空切换阀V3A，吸附塔A底部空气经放空切换阀V3A从吸附塔A底部排空；

S4、吸附塔A抽真空：在步骤S3结束后，吸附塔A压力接近环境大气压力，关闭放空切换阀V3A，开启真空切换阀V4A，真空泵VP对吸附塔A抽真空，吸附塔A压力逐渐达到吸附剂真空再生压力，吸附剂吸附的水、二氧化碳及氮气解吸，吸附剂获得再生；

S5、吸附塔A均入回收：在步骤S4结束前2~4s时，开启均出切换阀V11、均压切换阀V6A，集束管均压罐VS3内暂存的均压气在其压力作用下依次经均出切换阀V11、均压切换阀V6A回流进入吸附塔A，回收吸附塔B的S2步骤中暂存于集束管均压罐VS3内的吸附末端高压气，并用该部分气体置换出吸附塔A下部的低氧浓废气，均入回收时吸附塔A仍然进行抽真空；

S6、吸附塔A第一阶段产品气升压：在步骤S5结束后，关闭真空切换阀V4A、均压切换阀V6A和均出切换阀V11，开启产品气切换阀V5A，产品气过渡罐VS2A内的产品气经产品气切换阀V5A回流吸附塔A，对吸附塔A进行第一阶段产品气升压；

S7、吸附塔A第二阶段产品气升压和吸附塔A底部自吸大气：仍然保持产品气切换阀V5A开启状态，此时吸附塔A压力仍然低于环境大气压力，开启自吸切换阀V1A，大气经自吸切换阀V1A自吸进入吸附塔A底部，使吸附塔A压力逐渐升至环境大气压力；

S8、吸附塔A第三阶段产品气升压：在吸附塔A压力达到环境大气压力时，仍然保持产品气切换阀V5A开启状态，关闭自吸切换阀V1A，开启产品气过渡切换阀V7A，产品缓冲罐VS1内的产品气经产品气过渡切换阀V7A回流产品气过渡罐VS2A，产品气过渡罐VS2A内的产品气经产品气切换阀V5A回流吸附塔A，对吸附塔A继续进行升压，直至达到吸附压力，产品气升压完成。