[發明專利]一種真空變壓吸附系統

有效

• 申請號: 201010211500.1
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101862574A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 劉世合;姜賀;張佳平
• 申請（專利權）人: 北京北大先鋒科技有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本發明涉及變壓吸附空氣分離的技術領域，特別是涉及一種真空變壓吸附系統。

背景技術

真空變壓吸附(簡稱VPSA)系統，即高于大氣壓的條件下，利用VPSA制氧專用分子篩選擇性吸附空氣中的氮氣、二氧化碳和水等雜質，在抽真空的條件下對分子篩進行解吸，從而循環制得純度較高的氧氣(90～95％)。

VPSA系統主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后進入鼓風機，在鼓風機的輸送下進入其中一只吸附器內。吸附器內裝填吸附劑，其中水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在吸附器入口處被裝填于底部的吸附劑(如活性氧化鋁)所吸附。吸附器的上部是沸石分子篩，當空氣流經填滿的分子篩固定床時，空氣中的氮氣分子在吸附作用力下擴散到分子篩固體中，而氧氣(包括氬氣)作為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣緩沖罐，以供生產使用。

經過一段時間的吸附，分子篩顆粒中充滿氮氣分子，其中的吸附劑將達到飽和狀態，此時通過切換閥利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反)。具體為，關閉空氣進口閥，利用吸附器內的富氧空氣對剛抽真空的另一吸附器進行均壓，等壓力降到某一值時關閉均壓閥，同時打開真空泵進口閥對吸附器抽真空，到一定真空度后再利用另一吸附內的富氧氣及氧氣緩沖罐中部份產品氣對沸石分子篩清洗，從而使吸附劑徹底解吸。吸附劑解吸過程完成后，已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其它氣體組分被抽出并排至大氣，吸附劑得到再生。然后用產品氣對吸附器進行充壓，充壓至某一壓力值后關閉相應閥門，打開鼓風機出口閥門，對吸附器進行升壓。簡而言之，即VPSA系統的每個吸附器都在交替執行以下步驟：吸附——解吸——充壓，上述三個基本的工藝步驟由PLC和切換閥系統來實現自動控制。

這種現有的VPSA系統具有以下缺點：

1、由于只有兩個吸附器，受吸附器結構尺寸的限制，其最大制氧規模相對較小，只在5000-6000M³/h左右；而如果要將制氧規模擴大到10000M³/h以上，將兩套或多套兩床VPSA系統并聯使用，必將使得成本大大提高；

2、現有的兩床VPSA工藝中，鼓風機不連續地向吸附器供氣，每個循環周期，鼓風機排氣向大氣放空兩次，每次持續時間2-4秒。為保證氮氧分離所需加工空氣量，鼓風機排氣量需要增大8％-20％。鼓風機排氣放空前，鼓風機排氣口到控制壓縮空氣進吸附器的閥門之間的管道空間中，充滿最高壓力的壓縮空氣。隨著鼓風機排氣放空，壓力降到大氣壓，造成壓縮空氣的附加損失；

3、公知的是，真空泵能量消耗是VPSA系統能量消耗的主要控制因素。真空解吸所需真空泵抽速與循環周期時間無直接關系，與吸附時間和真空解吸時間的比值密切相關。循環周期時間一定，吸附時間短，真空解吸時間長，兩者的比值小于1。真空解吸所需真空抽速小。然而，現有的兩床和三床VPSA工藝，吸附時間等于或大于真空解吸時間，如果縮短吸附時間，延長真空解吸時間，單位時間進吸附器的壓縮空氣量增加，除增大鼓風機排氣量外，吸附器中壓縮空氣的空塔流速增大?，F有的兩床或三床VPSA工藝只有一臺真空泵對一個吸附器抽真空，循環周期一定，不能實現縮短吸附時間，延長真空解吸時間，所需的真空泵抽速仍然較大。

因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是：如何能夠創新地提出一種真空變壓吸附系統及其工藝控制機制，用以擴大制氧規模，減少鼓風機氣量，延長真空解吸時間，降低真空泵抽速，從而降低系統的能量消耗，節約成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種真空變壓吸附系統，用以擴大制氧規模，減少鼓風機氣量，延長真空解吸時間，降低真空泵抽速，從而降低系統的能量消耗，節約成本。

為了解決上述問題，本發明公開了一種真空變壓吸附系統，包括六臺吸附器，兩組獨立的鼓風機，以及，三組獨立的真空泵；其中，各組鼓風機分別連接四臺吸附器的入口端，各組真空泵分別連接兩臺吸附器的入口端，各臺吸附器的入口端與大氣相通，由各組真空泵連接的兩臺吸附器的出口端相連，各臺吸附器的出口端與產品氣罐連接；

所述真空變壓吸附系統循環執行以下步驟：

吸附步驟：各組鼓風機向其連接的一吸附器輸送壓縮空氣，由該吸附器進行吸附處理后，輸出產品氣至產品氣罐；

順向放壓步驟：在當前吸附器達到或穩定在預定的最高壓力時，由當前吸附器向與其出口端相連的另一吸附器進行順向放壓；

真空解吸步驟：由連接當前吸附器的真空泵對當前吸附器抽真空；