[發明專利]一種可提高氧氣回收率的兩級串聯變壓吸附制氧系統及其操作方法

有效

• 申請號: 201410050800.4
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103801171A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 陳宗蓬;劉安漣;王晨;申廣浩;羅二平;劉輝;賈吉來;謝東紅;俞曉峰
• 申請（專利權）人: 上海穗杉實業有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C01B13/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種可提高氧氣回收率的兩級串聯變壓吸附制氧系統，其中，第一級PSA為裝有常規沸石等氮吸附劑的基于平衡吸附機理的氧氮分離變壓吸附分離系統，第二級PSA為裝有氧選擇性氮吸附劑的基于平衡吸附機理的氧氬分離變壓吸附分離系統；

其中，第一級PSA包括至少兩個吸附塔、一個第一緩沖罐P1，還包括各種控制閥門及連接管路，這些控制閥門和管路分別組成吸附塔之間的控制轉移回路、控制清洗與轉移回路；第一級PSA的吸附塔中填充氮吸附劑；

第二級PSA?包括至少兩個吸附塔、一個壓縮機AB201、一個第二緩沖罐P2、一個第三緩沖罐P3、一個第四緩沖罐P4，以及各種連接管路和管路上必要的控制閥門；第二級PSA的吸附塔中填充氧選擇性吸附劑，該吸附劑能從含氧、氬混合氣中吸附氧氣；第二緩沖罐P2與吸附塔的出口端通過控制閥門相連通，用以接受自吸附塔富集的難以被吸附劑吸附的廢氣，以及將接收的廢氣送回到吸附塔的出口端進行預充壓；第三緩沖罐P3與吸附塔的出口端通過控制閥門相連通，用以接收自吸附塔富集的難以被吸附劑吸附的廢氣，以及將接收的工藝氣體送回到吸附塔的出口端進行置換吸附劑氣相的高純度氣體，并借助壓縮機AB201輸出作為產品氣，或者排向一個并非完全必要的產品氣緩沖罐P4；壓縮機AB201與吸附塔的入口端通過控制閥門相連通，用以將被吸附塔吸附的氣體通過控制閥門自吸附塔中取出；各種連接管路和管路上必要的控制閥門組成下述回路：??

進料回路：用于把第一級PSA中第一緩沖罐P1即產品氣緩沖罐的氣體引入第二級PSA的吸附塔中；該回路包括對應于各吸附塔的切換閥門，以及必要的連接管線；

富氧產出回路：用以選擇性的將吸附塔與壓縮機AB201通過控制閥門相接通，將氣體自吸附塔取出，輸送至產品氣緩沖罐P4；該回路包括對應于各吸附塔的切換閥門和對應于產品氣緩沖罐P4的切換閥門，以及必要的連接管線；

貧氧氣體輸出回路：用以選擇性的將貧氧氣體轉移到第二緩沖罐P2或者將第二緩沖罐P2的氣體轉送入吸附塔的出口端，該回路包含對應于各吸附塔的切換閥門和對應于第二緩沖罐P2的切換閥門，以及必要的連接管線；

貧氧氣體轉移與置換回路：用以選擇性的將貧氧氣體轉移到第三緩沖罐P3或者將第三緩沖罐P3的氣體轉送入吸附塔的出口端，該回路包含對應于各吸附塔的切換閥門和對應于第三緩沖罐P3的切換閥門，以及必要的連接管線；

置換清洗回路，用以將更高純度的產品氧氣體轉移到吸附塔的入口端，該回路包含對應于各吸附塔的切換閥門，與第四緩沖罐P4之間的切換閥門，以及必要的連接管線；?

產品氣、廢氣出口段分別具有可調節流量、控制輸出壓力的閥門以及必要的連接管線；

還包括一套完整的控制組件，用以對回路上的閥件進行必要的操作控制以及對壓縮機進行必要的操作控制；

其特征在于，在第二級PSA中還設置了混合進料回路，位于原有的進料回路旁邊，并且相互關聯，即在第一級PSA中的第一緩沖罐P1與第二級PSA中的壓縮機AB201輸出端之間設置一管路，該管路中，對應于各吸附塔分別設置切換閥門，與原有進料回路的切換閥門之間建立連接；在壓縮機AB201輸出端與第二級PSA中的第四緩沖罐P4之間設置一個切換閥門；此外，在壓縮機AB201輸入端與第四緩沖罐P4之間設置管路，該管路上設置一個切換閥門。

2.如權利要求1所述的兩級串聯變壓吸附制氧系統的操作方法，其特征在于具體步驟為：

步驟一、經預處理后的壓縮空氣進入第一級PSA，即采用氮吸附劑基于平衡吸附理論的變壓吸附系統進行氧氮分離，并如公知變壓吸附技術運行并產生富含氧、氬組分的混合氣，其組分約O₂:90-95%，Ar:4～5%，其余為氮，收集于第一緩沖罐P1；

步驟二、經第一級PSA產生的富含氧、氬組分、含少量氮的混合氣經第一緩沖罐P1出口管線進入第二級PSA即采用氧選擇性吸附劑基于平衡吸附理論的變壓吸附系統進行氧氬分離，產生純度達99.5%的高純度氧氣，收集于第四緩沖罐P4，并經閥門控制輸出產品氣，而其中富含氬氣的廢氣則經第二緩沖罐P2再經閥門控制排除出系統；其中，第二級PSA即基于平衡吸附機理的變壓吸附氧氬分離系統，以兩個吸附塔為例，自動閥門按照如下表規定的要求切換，兩個吸附塔201A、201B異相順序運行，其運行步驟如下表所示：

其中，各閥門符號說明如下：

V6A、V6B為進料回路中對應于兩個吸附塔的切換閥門；

V6C、V6D為混合進料回路中對應于兩個吸附塔的切換閥門，V6E為混合進料回路中壓縮機AB201輸出端與第四緩沖罐P4之間的切換閥門；V7D為混合進料回路中在壓縮機AB201輸入端與第四緩沖罐P4之間管路上的切換閥門；

V7A、V7B為富氧產出回路中，對應于兩個吸附塔的切換閥門，V7C為對應于產品氣緩沖罐P4的切換閥門；

V8A、V8B為貧氧氣體輸出回路中，對應于兩個吸附塔的切換閥門，V8C為對應于第二緩沖罐P2的切換閥門；

V9A、V9B為貧氧氣體轉移與置換回路中，對應于兩個吸附塔的切換閥門，V9C為對應于第三緩沖罐P3的切換閥門；

V10A、V10B為置換清洗回路中，對應于兩個吸附塔的切換閥門，V10C為與第四緩沖罐P4之間的切換閥門；

V8D、V6F分別為產品氣、廢氣出口段具有可調節流量、控制輸出壓力的閥門；

上述閥門開啟至合適的開度指可控制氣體流率的閥門自0～100%之間的任意合適的開啟度。