[发明专利]带气动增压装置的变压吸附系统及采用其的气体分离方法

说明书

本发明提供了一种带气动增压装置的变压吸附系统及采用其的气体分离方法，所述系统包括依次连接的压缩单元、吸附单元、气体收集单元和气动增压装置，气动增压装置的第一进气口与气体缓冲装置的出气口连接，第二进气口与气体收集装置的出气口连接；或，第一进气口与气体缓冲装置的出气口连接，第二进气口与第一吸附塔的出气口和第二吸附塔的出气口均连接，第二出气口与气体收集装置连接。本发明通过在变压吸附系统的产品气输出回路内嵌入气动增压装置，可在不加设压缩机等增压设备的基础上满足客户对产品气的较高使用压力的需求，有助于进一步降低变压吸附系统的占地面积，有利于设备的一体化布置。

技术领域

本发明属于气体分离领域，涉及一种变压吸附系统及采用其的气体分离方法，尤其涉及一种带气动增压装置的变压吸附系统及采用其的气体分离方法。

背景技术

氧气与氮气作为基础性工业气体在航空航天、医药化工和食品药品等领域得到了广泛应用。空气中含有大量的氧气和氮气，利用空气中各组分的物理性质不同，可将各组分分离以达到提纯的效果。目前最具代表性的空分技术包括：深冷分离法、变压吸附法和膜分离法。深冷分离法通过将气态空气冷凝成液态空气，然后从液态空气中分离出液氮后再气化成气氮，整个过程工艺要求高，出氮的时间较长，能耗比较大，一般应用于大型的氮气生产装备中；而膜分离法是利用了中空纤维膜的渗透选择性，让空气中的氧气透过膜层排空，而被阻隔在一侧的氮气得到浓聚，膜分离法的装置简单、能耗低且污染少，但由于中空纤维膜的造价昂贵，在一定程度上影响了膜分离制氮设备的普及。

变压吸附法(PSA)作为一种被广泛应用的气体分离方法，是深冷分离工艺的重要补充，用于由空气流生产氧气的传统PSA法通常采用如CaA，CaX，NaX，LiX型等氮吸附剂(又称分子筛)基于平衡吸附理论制氧，可制取氧气浓度约93％的产品气，而用于由空气流生产氮气的传统PSA法通常采用如碳分子筛基于动力学分离特性制氮，甚至可单步法制取纯度达99.9995％以上的高纯氮气。然而无论是制氧或制氮，无论是单级吸附还是复杂的双级吸附、多级吸附，当用户需要较高的使用压力时，仅仅通过配备更高压力的空气压缩设备进而提高吸附压力来增加产品气压力是不现实的。

CN104418312A公开了一种变压吸附制氮方法，变压吸附系统借助于吸附剂的吸附特性，将空气压缩后通过吸附剂床层，空气中的氧分子被吸附，从吸附器出口便可得到高纯度的氮气，最后通过氮气增压机增压至15MPa灌充至氮气瓶，该方法具有出氮时间短、投资成本低，操作使用方便，维护修理费用低，生产氮气纯度高等特点，然而该方法仍需增加额外的产品气压缩设备，且将氮气增压机设置在缓冲罐后，增大了缓冲罐的体积，不利于减少设备占地。

CN204958398U公开了一种利用环氧丙烷尾气的制氮装置，空气离心压缩装置与空气净化模块连接，空气净化模块与制氮模块连接，制氮模块采用变压吸附制氮机制备氮气，制氮模块还与增压装置和气液分离模块连接，同样地，该制氮装置在储存罐后加设了增压装置。

CN102091500A公开了一种变压吸附的氧氮联合分离的方法与装置，尤其适合于飞行器使用，该装置包括至少两个装填有吸附剂的吸附塔以及一套将产品氧气与氮气继续增压至更高压力的气动压缩装置等，使用来自飞行器引擎压气机或环控系统的压缩空气作为气动增压设备的驱动力；可将低压气体压缩至150bar以上，并可选择性的将氧气、氮气充入随机携带的高压气瓶内备用。然而，配备的气动增压装置设在产品缓冲罐后，不利于减小设备体积。

为满足用户对高压产品气的需求，通常情况下，将另外配置产品气压缩机将低压气体压缩，然而，增压设备造价不菲，吸附系统的投资成本将大大提高，此外，在很多情况下，受到现场条件如安装场地面积有限、安装布置和振动噪音过大等客观因素的影响，难以直接采用增压设备，因此，急需一种经济高效且占地面积小的替代方案以解决上述问题。

发明内容