[发明专利]一种多次反吹和交替均压的变压吸附制氧系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种多次反吹和交替均压的变压吸附制氧系统。

背景技术

变压吸附（pressure swing adsorption, PSA）是一种重要的分离技术，已在气体分离、提纯等领域获得广泛应用，尤其在中小规模的空气分离制氧氮方面。基于PSA原理的制氧机由于产氧浓度高、自动化程度高等优点在家庭保健、医院氧疗以及高原富氧等领域获得了较多的应用。而在这些应用领域用氧规模较小，随着用氧规模的缩小，制氧设备效率下降，能耗很高。

新型制氧吸附剂开发及工艺流程优化是提高PSA制氧装置性能的主要途径。在新型制氧吸附剂开发较为困难的情况下，工艺流程优化则显得尤为重要。反吹和均压步骤是PSA制氧过程中重要的两个循环步骤，通过反吹清洗使吸附塔解吸更彻底，有利于获得高浓度产品气，但传统反吹过程采用产品氧气连续反吹的方法，损失了较多的产品氧气，氧气回收率较低。而通过均压回收吸附床内有用的机械能和组分，有利于获得较好的制氧性能。

国内专利CN 101564636A提出了变压吸附制氧过程中反吹阶段间歇中断清洗气的方法，提高了氧气回收率，但由于清洗过程中反吹气量且压力低，难以快速地完成清洗解吸。国内专利CN103058144.A提出了PSA制氧过程中利用两个缓冲罐回收完成吸附的塔内中间气体，依次地被用于清洗和充压，提高了氧气回收率，但该清洗气的氧浓度较低，难以获得高浓度的产品氧气。国内专利CN104340961.A提出了充分回收尾气的七阀两步不等势均压的PSA制氧流程，但为了防止吸附塔提前穿透，两步不等势均压完成后两个吸附塔内压力并不相等，回收的有用组分较少，设备能耗仍然较高。美国专利US 8128734提出了PSA制氧过程中完成解吸的吸附塔先逆向均压再进行产品氧气充压的方法来提高制氧性能，但其均压次数少，氧气回收率的提高也有限。国内专利CN101531342.A提出了五塔PSA制氧的方法，通过吸附塔间多次均压充分回收吸附床内机械能和有用组分，但存在流程复杂的缺点。美国专利US6454838提出了具有四次出气端均压的六塔PSA制氧的方法，有效地提高了氧气回收率，然而出气端均压容易使高压吸附塔中不纯的产品气进入到低压吸附塔顶部，同时存在流程复杂的缺点，且需要很多阀门等部件。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足提供一种多次反吹和交替均压的变压吸附制氧系统，并提供该系统的操作方法。

现有典型的变压吸附制氧系统，如图1所示，吸附塔内装填制氧吸附剂，完成吸附的吸附塔与完成解吸的吸附塔经过出气端均压和出气端与进气端的交错均压两个均压过程，且为了防止吸附塔提前穿透，吸附塔间的出气端均压和出气端与进气端的交错均压的时间均很短，回收的有用组分有限，氧气回收率低，制氧能耗较高。

本发明提出一种多次反吹和交替均压的变压吸附制氧系统，如图2所示，是对现有PSA制氧系统的改进，即每个吸附塔经历进气吸附，第一次交错均压（降低压力），保压，第二次交错均压（降低压力），降压解吸，第一次瞬间大流量反吹清洗，长时间小流量反吹清洗，第二次瞬间大流量反吹清洗，第一次交错均压（升高压力），第一次产品氧气充压，第二次交错均压（升高压力），第二次产品氧气充压的多次反吹和交替均压过程，采用瞬间大流量反吹清洗和长时间小流量反吹清洗相结合的方式，使吸附塔解吸更彻底，同时能减少清洗气的损失。而产品氧气充压可有效防止吸附剂层提前被穿透，有利于进行多次交错均压过程，多次交错均压充分回收吸附完成后吸附塔内的有用组分，可以显著提高氧气回收率，制氧能耗明显降低。

一种多次反吹和交替均压的变压吸附制氧系统，主要包括空气压缩机(1)、冷干机（2）、空气缓冲罐P1、进气管路（3）、装填制氧吸附剂的第一吸附塔A和第二吸附塔B、第一交错均压管路（8）、第二交错均压管路（9）、第一反吹充压阀（12）、第二反吹充压阀（13）、产品氧气反吹管路（17）、出氧管路（20）、氧气缓冲罐P2、产品氧气反吹充压管路（21），其特征在于：

第一交错均压管路（8）通过第二均压阀（11）将第一吸附塔A的进气端与第二吸附塔B的出气端接通；第二交错均压管路（9）通过第一均压阀（10）将第一吸附塔A的出气端与第二吸附塔B的进气端接通；