[发明专利]一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧方法

说明书

本发明公开了一种三塔真空变压吸附制氧系统，本发明对应于每个吸附塔设置相应的产品气过渡罐，吸附塔每次吸附产氧过程产出的产品气前段高氧浓部分进入产品气缓冲罐作为制氧系统产品气，后段低氧浓部分在产品气过渡罐内按照其产出的氧气浓度梯度驻留，相应吸附塔转入产品气升压步骤时，作为产品气升压气回流吸附塔升压；本发明还设置一个独立集束管均压罐，吸附塔均出降压过程均出的均压气按照其均出的氧气浓度梯度在集束管均压罐中暂存，吸附塔转入均入回收步骤时，作为均入气回收，它还公开了制氧方法。本发明效果：提高产品气氧浓度、吸附剂使用效率、系统氧气回收率，降低鼓风机和真空泵负荷，降低系统能耗和投资，实现鼓风机连续供风。

技术领域

本发明涉及变压吸附气体分离技术，特别是一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧方法。

背景技术

真空变压吸附制氧系统，是利用鼓风机升压原料空气并将其送入吸附塔，利用吸附塔中装填的不同吸附剂在高压下对原料空气中的水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）和氮气（N₂）进行选择性吸附，而未被吸附的氧气（O₂）成为系统生产的产品气；在吸附剂吸附饱和时，采用真空泵对吸附塔抽真空降压，使被吸附剂吸附的水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）和氮气（N₂）得到解吸，吸附剂获得再生，利用多塔循环获取较高氧浓度（60~93%）的富氧气产品。

现有的真空变压吸附制氧系统，通常由鼓风机、真空泵、切换阀、两个相同的吸附塔（A、B）、产品气缓冲罐、控制装置和管路等构成。吸附塔内从底部到顶部逐次装填有吸附水（H₂O）的吸附剂（如活性氧化铝、硅胶、沸石）、吸附二氧化碳（CO₂）的吸附剂（如活性炭、硅胶、沸石）和吸附氮气（N₂）的吸附剂（如锂基分子筛Li-X）。

为了使原料空气均匀进入吸附床层与床层中装填的吸附剂均匀传质吸附和床层中未被吸附的氧气（O₂）均匀从吸附床层流出，通常在吸附塔（A、B）的构造中，吸附塔底部和顶部均设有气体分布器，相应气体分布器均占有一定的空置体积；吸附剂在吸附塔内装填堆积时，吸附剂颗粒之间存在一定空置体积。

来自大气的原料空气，经空气过滤器除去粉尘等固体颗粒后，进入鼓风机进行升压，升压后的原料空气由切换阀分别循环送入吸附塔（A、B），原料空气中的水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）和氮气（N₂）在吸附塔（A、B）内被相应的吸附剂逐次吸附，原料空气中的氧气（O₂）作为非吸附组分从吸附塔（A、B）塔顶流出，经切换阀进入产品气缓冲罐，成为系统生产的产品气，此过程为吸附产氧过程。

现有的真空变压吸附制氧系统，为了提高吸附效率和增加系统产氧能力，均将吸附塔吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，利用抽真空末端的吸附塔对其进行均入回收，回收至抽真空末端的吸附塔的均压气，其中少量作为冲洗气被真空泵抽走排至大气，剩余大部分作为置换气留存塔内回收，并置换出抽真空塔下部的低氧浓废气，具体实施通常采用以下3种方法：

（1）、产品气冲洗再生+均压回收方法：在吸附塔B抽真空结束前2~6s时，用少量产品气缓冲罐内或吸附塔A产出的产品气对吸附塔B进行2~3s逆向冲洗，强化吸附塔B内吸附剂再生，并置换出吸附塔B下部的部分低氧浓废气，吸附塔B压力基本保持不变，此过程为产品气冲洗再生过程；吸附塔B逆向冲洗结束时吸附塔A处于吸附饱和状态，此时通过进气切换阀关闭吸附塔A鼓风机进风，通过鼓风机放空切换阀使鼓风机处于放空状态（此时吸附塔B仍然处于真空泵抽真空状态），通过均压切换阀将吸附塔A顶部和吸附塔B顶部直接连通，吸附塔A向吸附塔B进行均压，将吸附塔A吸附饱和后吸附塔内的吸附末端高压气作为均压气，利用抽真空末端的吸附塔B对其进行均入回收，回收至抽真空末端的吸附塔B的均压气，其中少量作为冲洗气被真空泵抽走排至大气，剩余大部分作为置换气留存吸附塔B回收，并置换出吸附塔B下部的低氧浓废气，此过程为均压回收过程。