[發明專利]一種VPSA空氣分離制富氧流程

有效

• 申請號: 200910216175.5
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN102049170A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 楊炯良;郎治
• 申請（專利權）人: 成都華西工業氣體有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C01B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種采用真空變壓吸附(VPSA)從空氣中分離、富集氧氣的方法，屬氣體分離領域。

背景技術

氧氣是工業的重要原料，廣泛應用于冶金、化工、電力、化肥、玻璃、水處理、有色金屬冶煉和醫療領域。變壓吸附法制氧工藝具有流程簡單、安全、投資少、能耗低、自動化程度高、開停車方便迅速、啟動時間短，適應性強，制氧過程在常溫常壓下完成，氧氣純度在50％～95％之間可任意調整，負荷可在30％～110％范圍內隨意變化等優點。自20世紀80年代以來，隨著變壓吸附法分離空氣制富氧技術的成熟，在無需高純氧氣的場合，變壓吸附(PSA)法已發展成為世界上獲取低成本氧氣的主要方法。

目前，變壓吸附空氣分離制富氧的主要工藝包括PSA工藝和VPSA工藝。PSA工藝主要采用加壓吸附、常壓解吸，其基本流程為：加壓吸附，均壓降壓，順放，逆放，沖洗，均壓升壓，產品氣升壓。VPSA工藝主要采用常壓吸附、真空解吸，其基本流程為：常壓吸附，均壓降壓，抽真空，均壓升壓，產品氣升壓。PSA工藝吸附壓力較高(0.2～0.6MPa)投資小、設備簡單，但能耗高，只適用于小規模制氧領域。VPSA工藝設備相對復雜，但氧收率高，能耗低，適用于較大規模制氧領域。目前，伴隨鋼鐵、有色金屬冶煉、化工等行業的發展，VPSA大規模制取富氧已成為變壓吸附氣體分離純化領域的一個重點發展方向。

但在VPSA制富氧工藝中，現在多采用水環真空泵提供真空，且對不同的吸附劑的解吸再生采用同一真空系統。由于水環真空泵工作過程中大量水的蒸發，致使VPSA系統仍具有較高的能耗。

發明內容

本發明提供一種VPSA空氣分離制富氧流程，發明的目的在于通過改進工藝流程，降低系統能耗，并以此降低富氧生產成本。

本發明所提供的VPSA空氣分離制富氧流程，其制氧系統主要由吸附塔組、真空泵、閥門和管道組成。上述吸附塔組由兩個吸附塔通過管道和閥門連接而成。其中，吸附塔組下塔裝填活性氧化鋁、13X分子篩，用以吸附H₂O、CO₂；吸附塔組上塔裝填氧氮分離分子篩，用以吸附N₂。

上述吸附塔組上塔底部以管道和閥門連接真空泵，其作用的是為上塔中氧氮分離分子篩的再生提供真空，該真空泵為液環式真空泵，其工作液為具有極低飽和蒸氣壓的液體，如1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽等離子液。下塔底部通過管道與閥門連接另一真空泵，其作用的是為下塔中活性氧化鋁、13X分子篩的再生提供真空。上、下塔中吸附劑真空解吸再生時，上塔與下塔相互獨立，各自由與其相連的真空泵提供真空。由于水環真空泵工作過程中做功產生熱量，會使泵體中工作水環發熱，并引起水大量受熱蒸發，致使整個制氧系統的能耗偏高，而采用具有低蒸氣壓特性的液體為工作液的液環真空泵工作時，將不存在因大量工作液的蒸發而使系統能耗上升的狀況出現，同時還可對系統提供更高的真空度，因此，上塔由其提供真空，有利于同時實現降低能耗、氧氮分離吸附劑床層的充分解吸再生以及氧氣收率的提高。而吸附塔組下塔主要為吸附空氣中的水和CO₂，故仍保留采用常規的水環真空泵或羅茨真空泵等對其提供真空。

本發明所提供的VPSA空氣分離制富氧流程，其步驟依次包括：

(1)吸附：空氣自下而上通過一吸附塔組，在不同吸附劑作用下，依次吸附脫除H₂O、CO₂、N₂，一步制取富氧。富氧純度在45～95％間可調。富氧從塔頂輸出進入產品緩沖罐，再經管道送至用戶。

(2)吸附塔組上、下塔并行均壓降壓：當吸附塔組中吸附劑吸附接近飽和后，即當吸附雜質的傳質區前沿到達床層出口預留段某一特定位置時，停止吸附，同時關閉上下塔之間的連接閥，塔組的上、下塔各自開始轉入再生過程。順著吸附方向，上塔與另一塔組的已完成真空再生的上塔均壓，即上塔均壓降壓。同時，下塔與另一塔組的已完成真空再生的下塔均壓，即下塔均壓降壓。

(3)吸附塔組上、下塔并行抽真空：塔組上、下塔均壓降后，逆著吸附方向，上、下塔獨立且同時進行抽取真空。上塔以低蒸氣壓液體(如等離子液)液環真空泵抽取真空，下塔以常規的水環真空泵或羅茨真空泵等抽取真空。

(4)吸附塔組上、下塔并行均壓升壓：上、下塔均壓升壓各自獨立且同時進行。逆著吸附方向，塔組上塔與另一塔組已完成吸附步驟的上塔均壓；逆著吸附方向，塔組下塔與另一塔組已完成吸附步驟的下塔均壓。