[發明專利]一種無需外部供電的壓縮氣體凈化系統及工藝

有效

• 申請號: 202110182927.1
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112968629B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張培昆;王立
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;B01D53/04;C10L3/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：包括換熱器(1)、氣液分離器(2)、進氣管線(33)、吸附器、產品管線(34)、膨脹機(4)、加熱器(5)、蓄熱器(6)、再生管線(35)、排氣管線(36)及閥，氣液分離器(2)的進氣口連接于換熱器(1)的熱側排氣口，換熱器(1)的熱側進氣口連接于原料氣入口，氣液分離器(2)的排氣口連接進氣管線(33)的非支路部分，進氣管線(33)的兩條支路分別通過閥一(331)和閥二(332)連接于吸附器一(31)和吸附器二(32)的進料端；排氣管線(36)的兩條支路分別通過閥三(361)和閥四(362)連接于吸附器一(31)和吸附器二(32)的進料端；產品管線(34)的兩條支路分別通過閥五(341)和閥六(342)連接于吸附器一(31)和吸附器二(32)的出料端；再生管線(35)的兩條支路分別通過閥七(351)和閥八(352)連接于吸附器一(31)和吸附器二(32)的出料端；產品管線(34)的非支路部分連接于膨脹機(4)的進氣口和產品氣出口，膨脹機(4)的排氣口連接于換熱器(1)的冷側進氣口；蓄熱器(6)的下端連接于加熱器(5)的上端，蓄熱器(6)的上端和加熱器(5)的下端分別通過閥九(353)和閥十(354)連接于再生管線(35)的非支路部分，蓄熱器(6)的上端和加熱器(5)的下端還分別通過閥十一(355)和閥十二(356)連接于換熱器(1)的冷側排氣口；膨脹機(4)和加熱器(5)之間設有電纜(45)，膨脹機(4)為加熱器(5)提供電能；

應用該壓縮氣體凈化系統的工藝，包括步驟如下：

S1：原料氣被導入換熱器(1)的熱側進氣口，在換熱器(1)中釋放熱量后溫度降低，然后經換熱器(1)的熱側排氣口排出；

S2：來自換熱器(1)的熱側排氣口的氣體通過氣液分離器(2)后經進氣管線(33)通入處于吸附步驟的吸附器，使氣體通過該吸附器后變為產品氣并排至產品管線(34)；

S3：來自產品管線(34)的氣體一部分作為產品氣，另一部分被導入膨脹機(4)的進氣口，驅動膨脹機(4)發電后氣體的壓力降低，然后經膨脹機(4)的排氣口排出；

S4：來自膨脹機(4)排氣口的氣體被導入換熱器(1)的冷側進氣口，在換熱器(1)中吸收熱量后溫度升高，然后經換熱器(1)的冷側排氣口排出；

S5：來自換熱器(1)的冷側排氣口的氣體經再生管線(35)通入處于再生步驟的吸附器，使氣體通過該吸附器后排至排氣管線(36)；

所述S5中再生步驟包括加熱步驟和冷卻步驟，當該吸附器處于加熱步驟時，閥十(354)和閥十一(355)開啟，閥九(353)和閥十二(356)關閉，氣體依次流經蓄熱器(6)和加熱器(5)；當該吸附器處于冷卻步驟時，閥九(353)和閥十二(356)開啟，閥十(354)和閥十一(355)關閉，氣體依次流經加熱器(5)和蓄熱器(6)。

2.根據權利要求1所述的無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：吸附器一(31)和吸附器二(32)均重復執行包括吸附步驟和再生步驟的循環。

3.根據權利要求1所述的無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：所述S1中原料氣為空氣、天然氣或包含揮發性有機化合物的混合氣中的一種；原料氣的壓力處于5-10bar范圍內。

4.根據權利要求1所述的無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：所述S3中進入膨脹機(4)的氣體占原料氣質量流量的比例處于5％-15％范圍內。

5.根據權利要求1所述的無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：所述加熱步驟的時長大于冷卻步驟的時長；加熱步驟中，加熱器(5)的排氣溫度隨時間呈下降趨勢，從加熱步驟開始至加熱步驟結束，排氣溫度的變化幅度大于50℃。

6.根據權利要求1所述的無需外部供電的壓縮氣體凈化系統，其特征在于：所述加熱步驟中流經膨脹機(4)的氣體質量流量大于在冷卻步驟中流經膨脹機(4)的氣體質量流量。