[发明专利]多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法

说明书

本发明涉及一种多级回收变压吸附快速制氧氮设备及方法，氧气提纯系统通过富氧气高压缓冲罐T6、富氧气中压缓冲罐T5、富氧气低压缓冲罐T4连接初步分离富氧系统，并通过高纯氧提速管道和干燥净化尾气回收管路连接气体干燥净化系统，将氧气提纯系统的富氧尾气部分回收用于气体干燥净化系统的再生气，同时气体干燥净化系统部分回收作用于空气源，气体干燥净化系统通过压缩空气净化系统、压缩机CP1连接空气入口缓冲罐T1，通过控制空气入口缓冲罐洁净空气的吸入量调整设备空气分离原料组分，提高提纯氧气效率。采用本发明多重尾气回收、气体压缩功回收、多步均压及流量控制技术可实现低能耗同时制取高品质氮气和氧气，同时有效缩短了开机时间。

技术领域

本发明涉及一种空气分离机械设备，更具体地，涉及一种基于多级回收的变压吸附空气分离快速制取高品质氧气和氮气的设备和方法。

背景技术

变压吸附空分技术主要依靠吸附剂在不同压力下对空气中各组分气体的吸附容量不同来达到将各组分气体分离的目的。

变压吸附采用洁净空气为原料，其能源消耗基本来源于压缩机功率消耗，制取成本基本来源于能源消耗费用，如何有效提高单位压缩总功的产气能力，是技术研发的核心方向，对于常规变压吸附空气分离制氮制氧设备而言，降低设备的空氮/氧比（或称提高氮/氧气的回收率）主要从吸附剂的选择出发，不同吸附剂在空氮/氧比的表现差异很大；其次从工艺流程调整出发，不同流程在不同气体品质要求下表现也有明显差异；之外还可以从吸附塔结构、气体分布等细节进行优化。但对于气体压缩功的回收利用及原料空气的组分调整均未见提及，气体压缩功的回收利用能降低单位压缩总功，原料空气的组分调整，对于变压吸附制氧可明显提升产气效率，特别对于氩气比例的调整，将有利于设备减少获得高品质氧气的难度。

相对于传统深冷空分而言，变压吸附空气分离不能同时获得高品质的氮气和氧气是限制其发展的一个重要因素，其中通过变压吸附空气分离制氧一般无法将氧气与氩气进行有效分离，故常规变压吸附制氧设备制取出来的氧气浓度不超过96.0%，专利公开号CN201410053554.8及CN201710160677.5均各自介绍了一种通过多步获得高纯度氧气的方法，但氮气没有得到回收及提纯，仍都是一种单一的变压吸附空气分离制气方式。同时随着其介绍的二级提纯的循环压缩机的加入，其功率总功大幅增加，致使单位制氧成本居高不下，此循环压缩机因为是对90%以上高纯度氧气进行抽负压循环压缩，空压缩对密封的要求很高，否则系统将很难获得99.5%以上纯度的产品氧气，这些都使得设备总体成本很高，在产品气品质上，两者提纯阶段均采用对气体组分中的强吸附剂进行抽负压，使得产品气中的水分、碳氧化合物、碳氢化合物的含量不可控，对高纯氧产品的品质存在疑惑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法的不足，提供一种可同时获得高品质氮气和氧气、压缩总功低、开机时间短的变压吸附制取氮气和氧气的设备和方法。