[发明专利]一种循环利用尾气的两级变压吸附制高纯氧系统和方法

权利要求书

1.一种循环利用尾气的两级变压吸附制高纯氧系统，其中，第一级为装填有氮吸附剂的基于平衡吸附原理的变压吸附分离获得浓度约为94%产品氧气的系统，第二级为装填有氧吸附剂的基于平衡吸附或动力学分离原理的变压吸附分离获得浓度大于99.5%高纯氧气的系统；其中，第一级分离系统主要包括空压机(1)，冷干机（2），空气缓冲罐P1，进气管路（3），至少装填有氮吸附剂的两个吸附塔（第一吸附塔A1和第二吸附塔A2），第一交错均压阀（8）和第二交错均压阀（9）、出气端和进气端交错均压管路（10），第一出气端均压阀（11）和第二出气端均压阀（12），第一反吹阀（13）和第二反吹充压阀（14），产品氧气反吹充压管路（15），出氧管路（18），富氩尾气反吹清洗管路（19）和产品氧气罐P2，其特征在于：

所述的出气端和进气端交错均压管路（10）通过第一交错均压阀（8）和第二出气端均压阀（12）将第一吸附塔A1的进气端和第二吸附塔A2的出气端接通，通过第二交错均压阀（9）和第一出气端均压阀（11）将第一吸附塔A1的出气端和第二吸附塔A2的进气端接通；通过第一出气端均压阀（11）和第二出气端均压阀（12）将第一吸附塔A1的出气端和第二吸附塔A2的出气端接通;

所述的产品氧气反吹充压管路（15）通过单向控制阀（20）、第二反吹充压阀（14）和第一出气端均压阀（11）将产品氧气罐P2和第一吸附塔A1的出气端接通，用于产品氧气向第一吸附塔A1充压；通过单向控制阀（20）、第二反吹充压阀（14）和第二出气端均压阀（12）将产品氧气罐P2和第二吸附塔A2的出气端接通，用于产品氧气向第二吸附塔A2充压;

所述的产品氧气反吹充压管路（15）通过单向控制阀（20）、第二反吹充压阀（14）、第一出气端均压阀（11）和第一解吸阀（6）将产品氧气罐P2和第一吸附塔A1接通，用于产品氧气向第一吸附塔A1瞬间大流量反吹清洗，产品氧气反吹充压管路（15）通过单向控制阀（20）、第二反吹充压阀（14）、第二出气端均压阀（12）和第二解吸阀（7）将产品氧气罐P2和第二吸附塔A2接通，用于产品氧气向第二吸附塔A2瞬间大流量反吹清洗;

所述的第二级富氩尾气反吹清洗管路（19）通过第一反吹阀（13）、第一出气端均压阀（11）和第一解吸阀（6）将第二级分离系统的富氩尾气缓冲罐P3和第一吸附塔A1接通，用于向第一吸附塔A1长时间小流量反吹清洗；通过第一反吹阀（13）、第二出气端均压阀（12）和第二解吸阀（7）将第二级分离系统的富氩尾气缓冲罐P3和第二吸附塔A2接通，用于向第二吸附塔A2长时间小流量反吹清洗;第二级分离系统主要包括产品氧气的进气管路(21)，第三出氧控制阀（24）和第四出氧控制阀（25），第三反吹阀（26）和第四反吹阀（27），至少装填有氧吸附剂的两个吸附塔（第三吸附塔B1和第四吸附塔B2），富氩尾气充压阀（28），第一尾气排出充压阀（29），第二尾气排出充压阀（30），第三富氩尾气排出阀（31），富氩尾气排空阀（35）和富氩尾气收集阀（36），富氩尾气收集管路（37），尾气压缩机（38），富氩尾气缓冲罐P3，富氩尾气充压管路（40），高纯氧气清洗管路（41），氧压机（43）和高纯氧气缓冲罐P4，其特征在于：

所述的富氩尾气收集管路（37）通过富氩尾气收集阀（36）收集第二级分离系统吸附阶段产生的富氩尾气，经过尾气压缩机（38）升压后储存于富氩尾气缓冲罐P3，升压后富氩尾气用于第一吸附塔A1和第二吸附塔A2长时间小流量反吹清洗;

所述的富氩尾气充压管路（40）通过富氩尾气充压阀（28）和第一尾气排出充压阀（29）将尾气缓冲罐P3和第三吸附塔B1的出气端接通，用于部分富氩尾气对第三吸附塔B1充压；通过富氩尾气充压阀（28）和第二尾气排出充压阀（30）将尾气缓冲罐P3和第四吸附塔B2的出气端接通，用于部分富氩尾气对第四吸附塔B2充压;

所述的高纯氧气清洗管路（41）通过第三反吹阀（26）和第一尾气排出充压阀（29）将高纯氧气缓冲罐P4和第三吸附塔B1接通，用于对第三吸附塔B1高纯氧气反吹清洗；通过第四反吹阀（27）和第二尾气排出充压阀（30）将高纯氧气缓冲罐P4和第四吸附塔B2接通，用于对第四吸附塔B2高纯氧气反吹清洗。

2.高纯氧气反吹清洗阶段产生的富氩尾气通过打开第三富氩尾气排出阀（31）经过尾气压缩机（38）升压后储存于富氩尾气缓冲罐P3中。

3.如权利要求1所述的两级变压吸附制高纯氧的方法，其特征在于：

所述的装填氮吸附剂的第一级分离系统经进气管路（3）将经预处理的压缩空气送入第一吸附塔A1后，第一吸附塔A1进气吸附，第二吸附塔A2降压解吸;在第二吸附塔A2降压解吸的中后期通过第二级富氩尾气反吹清洗管路（19）对第二吸附塔A2利用第二级高压富氩尾气进行长时间小流量反吹清洗，再通过产品氧气反吹充压管路（15）打开第二反吹充压阀（14）和第二出气端均压阀（12）对第二吸附塔A2利用第一级分离系统产品氧气进行瞬间大流量反吹清洗;

所述的装填氮吸附剂的第一级分离系统中第一吸附塔A1完成吸附，第二吸附塔A2完成解吸后，打开第一出气端均压阀（11）和第二出气端均压阀（12）进行出气端均压;完成出气端均压后，通过产品氧气反吹充压管路（15）打开第二反吹充压阀（14）和第二出气端均压阀（12）对第二吸附塔A2进行一次产品氧气充压;完成产品氧气充压后，通过出气端和进气端交错均压管路（10）打开第二交错均压阀（9）和第一出气端均压阀（11）进行交错均压；完成交错均压后，再一次通过产品氧气反吹充压管路（15）打开第二反吹充压阀（14）和第二出气端均压阀（12）对第二吸附塔A2进行第二次产品氧气充压，此后第一吸附塔A1进入降压解吸过程，第二吸附塔A2进入进气吸附过程;

所述的装填氮吸附剂的第一级分离系统各控制阀门按下表规定的操作步骤进行切换：

所述的装填氧吸附剂的第二级分离系统第三吸附塔B1和第四吸附塔B2的出气端在吸附阶段产出的部分富氩尾气通过尾气排空阀（35）排空，而大部分富氩尾气通过富氩尾气收集管路（37）升压后储存于富氩尾气缓冲罐P3，被用于第一级分离系统的小流量反吹清洗;

所述的装填氧吸附剂的第二级分离系统第三吸附塔B1和第四吸附塔B2的出气端在高纯氧气清洗阶段产出的富氩尾气通过打开第一尾气排出充压阀（29）和第三富氩尾气排出阀（31）或打开第二尾气排出充压阀（30）和第三富氩尾气排出阀（31）经升压后储存于富氩尾气缓冲罐P3;

所述的装填氧吸附剂的第二级分离系统通过富氩尾气充压管路（40）打开富氩尾气充压阀（28）和第一尾气排出充压阀（29）或打开富氩尾气充压阀（28）和第二尾气排出充压阀（30）对第三吸附塔B1和第四吸附塔B2进行充压;所述的装填氧吸附剂的第二级分离系统各控制阀门按下表规定的操作步骤进行切换。