[發明專利]旋轉分子篩微型變壓吸附制氧裝置

無效

• 申請號: 200710018454.1
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101139088A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 丁利群;金從卓;徐釗;李連生;束鵬程
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;B01D53/047
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于空氣分離領域的變壓吸附制氧裝置，具體涉及一種旋轉分子篩微型變壓吸附制氧裝置。

背景技術

吸附分離是一種由多組分流體混合物與吸附劑固體表面充分接觸，且混合物組分與吸附劑表面之間存在著不同的作用力，從而使作用力較強的組分在吸附劑表面吸附富集，并與作用力較弱的組分產生分離的過程。在恒溫下，吸附劑的吸附量隨壓力變化的曲線，稱為吸附等溫線。

變壓吸附工藝過程基于吸附分離原理沿吸附等溫線進行，通過增壓和減壓進行吸附和解吸，吸附劑不斷進行使用和再生的循環。為使混合氣體分離量最大，除選用的吸附劑的吸附選擇性差別大以外，吸附等溫線的斜率變化和壓力變化盡可能大。

變壓吸附空氣制氧是利用變壓吸附過程使空氣中的氧和氮分離的技術。采用壓力變化實現空氣分離最初由Skarstorm(美)和Gerin?deMontgareuil和Domine(法)的兩個專利提出。兩者的差別是，Skarstorm循環在床層吸附飽和后，用部分低壓的產品氧氣沖洗解吸，而Gerin-Domine循環采用抽真空的辦法解吸。

在Skarstrom循環的放空和沖洗步驟中，吸附塔內的氣體直接排空，沖洗和放空對氧氣的回收率和整個系統的能耗產生了不利的影響。

PSA的吸附和清洗過程高低壓比通常不大(3.0～6.0)，要達到吸附劑再生的目的所需的沖洗量較多，沖洗量對氧氣的回收率影響較大；另一方面，如果加大吸附和解吸的高低壓力比，雖然減小了沖洗量，但隨著吸附壓力的增加床層殘余的氧氣量也增加，同樣難以提高氧氣的回收率。

放空氣體是高壓氣體，清洗氣體略高于大氣壓力，如果不加以利用直接放空，特別是前者，增加了整個系統的能耗。

因此在Skarstrom循環中增加均壓步驟，讓吸附飽和的塔和清洗完畢的塔連通，然后在進行放空和充壓；另外，用產品氧氣代替原料空氣進行充壓，使得部分產品氧氣進行了二次吸附，從而提高了氧氣的純度。

VSA循環是在常壓或加壓下吸附，真空下解吸，分別稱為VSA或VPAS。開始的VSA循環由充壓、吸附、抽真空解吸等步驟組成，為了降低能耗、提高氧的回收率和純度，不斷改進，其主要表現在：采用均壓步驟；抽真空后采用沖洗步驟，真空沖洗的氣體包括產品氣和均壓降的氣體，因為低壓時沖洗再生更有效；而且沖洗步驟后由于是用產品氣氧來充壓；均壓降氣體沖洗與產品氣充壓的結合更加明顯減少了生產單位產品氣氧所需吸附劑的用量，此外這種方法還使氧的收率增加；同一塔中同時進行相關聯的兩步驟，在VSA制氧過程中可以同時進行均壓降與逆放排空、均壓升與原料空氣充壓、原料空氣充壓與產品氣充壓的步驟，這樣的工藝組合在保證產品氣氧的純度前提下，減少了循環時間，從而明顯地增加了分子篩的使用效率。

變壓吸附過程的能耗主要是一些動力設備的能耗。其中的設備主要是壓縮機(PSA)或鼓風機和真空泵(VSA)，其能耗從20世紀80年代開始逐漸下降，由0.6kwh/Nm³下降到0.35kwh/Nm³(93％～95％O²)。

便攜式一體化變真空吸附制氧機專利(03234238.1)，該制氧裝置主要由動力源、活塞缸和活塞組成。該活塞缸為上、下兩段大、小圓筒組成的密閉容器，小筒段為氧氣室，大筒段為真空室。在小、大圓桶中均設有密封活塞；整個制氧裝置的活塞是由兩密封活塞中部聯接一吸附劑室組成。活塞的吸附劑室中填充有吸附劑，作為吸附塔。吸附劑室頂部設有氧氣輸出閥，底部設有真空出氣閥；活塞缸頂部設有富氧排氣閥，底部設有富氮輸出閥。空氣進氣管固聯在活塞上、其出氣口設在吸附劑室底部、外端伸出活塞缸。

當活塞上行時，吸附劑室下端的真空出氣閥打開，吸附劑室與真空室連通，而活塞缸底部的富氮排氣閥關閉，由于真空室體積不斷增大，分子篩中被吸附的氮氣等氣體被抽吸到真空室中，形成真空解吸；此時，吸附劑室上端的氧氣輸出閥關閉，同時活塞缸頂部的富氧排氣閥打開，使得氧氣室里上一循環中的產品氧氣被活塞排出缸外。

當活塞下行時，吸附劑室上端的氧氣輸出閥打開，吸附劑室與氧氣室連通，而活塞缸頂部的富氧排氣閥關閉，由于氧氣室容積不斷增大，壓力下降，常壓原料空氣被吸入，經分子篩吸附后，富氧進入到氧氣室中；此時，吸附劑室下端的真空出氣閥關閉，同時活塞缸底部的富氮排氣閥打開，使得前期被抽吸到真空室里中的氮氣等廢氣被活塞排出缸外。