本实用新型涉及利用变压吸附法制备氧气的技术领域，尤其涉及一种三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置。
背景技术：
空气中的主要成分是氮气和氧气，利用环境温度下，空气中氮气和氧气在分子筛上的吸附性能不同（氧气能通过而氮气被吸附），设计适当的工艺过程，可以使氮气和氧气分离制得氧气。氮气在分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强），当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气便可以解吸出来，分子筛得到再生并可重复利用。
现在市场上小型制氧设备都采用变压吸附法（PSA），其是一种利用多空固体吸附剂在一定压力、温度下，对混合气体中不同组分具有选择吸附的特性，实现混合气体的分离技术。低压吸附真空解吸（VPSA）法的吸附压力高于大气压，一般在40～60Kpa，VPSA法是目前采用最多的一种制氧工艺，制氧电耗一般在0.15～0.2KWh/m3，装置规模0～2000 m3/h。VPSA法中吸附剂再生效果好，能有效减少冲洗气量，降低产品气损失，提高产品回收率，能耗较低。
但目前的VPSA制氧设备存在以下缺点：如压力波动大、设备造价高、产品氧气浓度低、氧气收率低、不能连续产氧。
技术实现要素：
本实用新型实施例期望提供一种三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置，能够提高氧气产量和收率。
本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
一种三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置，包括鼓风机、真空泵、第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、第一均压罐、第二均压罐和氧气缓冲罐，其中第一吸附塔的进口、第二吸附塔和第三吸附塔的进口相连，并连接到鼓风机和真空泵，第一吸附塔的出口、第二吸附塔和第三吸附塔的出口相连，并连接到氧气缓冲罐，第一吸附塔、第二吸附塔和第三吸附塔通过管道与第一均压罐和第二均压罐连接。
优选地，还包括25个阀门。
优选地，所述25个阀门是气动切换阀。
优选地，还包括3个止回阀，3个止回阀的一端分别连通第一吸附塔、第二吸附塔和第三吸附塔，另一端连通氧气缓冲罐。
优选地，还包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器与阀门和止回阀连接。
优选地，鼓风机内部安装有过滤器。
本实用新型实施例所提供的三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置和方法，可从空气中分离纯度为80%～93%（体积百分比）的氧气，氧气收率能达到70%～80%，产量规模可以适应3000Nm³/h到7000Nm³/h的中大型制氧设备。解决了原有VPSA制氧工艺氧气利用率低、单位产量吸附剂用量大（吸附剂利用率低）、设备造价高等影响VPSA技术应用的缺点。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例和技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行更详细的说明，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的技术方案是设计一种三塔VPSA制备氧气的装置，包括3个吸附塔、1个鼓风机、1个真空泵、2个均压罐和1个氧气缓冲罐，将3个吸附塔联用进行变压吸附，在一个周期内，每个吸附塔都经历吸附产氧、顺向放压、真空解吸、清洗、充压等五个步骤，在同一时刻3个吸附塔分别处于不同的操作阶段。一个吸附塔吸附，另一个吸附塔解吸再生，第三个吸附塔进行清洗充压，各吸附塔相差一个吸附步骤。如无特别说明，本实用新型实施例中所用的压力都为本领域常用的表压。
图1为本实用新型实施例提供的三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置的结构示意图。如图1所示，该三塔低压吸附真空解吸制备氧气的装置包括鼓风机G、真空泵V、第一吸附塔A、第二吸附塔B、第三吸附塔C、第一均压罐V1、第二均压罐V2、氧气缓冲罐V3、3个止回阀J1、J2和J3，以及25个阀门A1-A6、B1-B6、C1-C6、K1、K2、A7、A8、B7、B8和C7。其中这25个阀门A1-A6、B1-B6、C1-C6、K1、K2、A7、A8、B7、B8和C7是气动切换阀。A7和A8的一端与第一均压罐连通，B7和B8的一端与第二均压罐连通，C7的一端与氧气缓冲罐连通。本实施例中的两个吸附塔直径2000mm，高度3200mm，采用型号为65m³/h的鼓风机。
第一吸附塔A的进口、第二吸附塔B进口和第三吸附塔C的进口相连，并连接到鼓风机G和真空泵V，第一吸附塔A的出口、第二吸附塔B的出口和第三吸附塔C的出口相连，并连接到氧气缓冲罐V3，第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C通过管道与第一均压罐V1和第二均压罐V2连接。
鼓风机G将原料空气压缩后通过管道输入第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C。
真空泵V能够抽取第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C内的气体。
第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C分别完成吸附产氧、顺向放压、真空解吸、清洗和充压，输出富氧气体到第一均压罐V1，输出贫氧气体到第二均压罐V2，输出氧气到氧气缓冲罐V3。
第一均压罐V1存储从第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C输入的富氧气体，并输出给第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C进行充压。
第二均压罐V2存储从第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C输入的贫氧气体，并输出给第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C进行充压。
氧气缓冲罐V3收集从第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C输入的氧气，并输出给第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C进行清洗。
止回阀J1、J2和J3一端分别连通第一吸附塔A、第二吸附塔B和第三吸附塔C，另一端连通氧气缓冲罐V3。
还包括可编程逻辑控制器（PLC），可编程逻辑控制器能够输出电信号控制各个阀门A1-A6、B1-B6、C1-C6、K1、K2。三个吸附塔各步骤的切换是靠程控阀门的开或关来实现的，将设计好的程序输入PLC，PLC输出电信号控制程控阀门，使程控阀门开或关，实现各步骤的切换。
三个吸附塔都经历吸附产氧、顺向放压、真空解吸、清洗、充压等五个步骤。
吸附步骤为：原料空气经鼓风机进口过滤器去除机械杂质后进入鼓风机，在鼓风机中压缩后，通过管道和气动切换阀门进入吸附塔底部，使吸附塔增压为40千帕到50千帕，水分和二氧化碳被吸附塔底部的吸附剂吸附，原料空气在吸附塔内上升的过程中氮气被吸附，从而在吸附塔顶部得到氧气。
吸附塔内的吸附剂包括三氧化二铝、13X分子筛、锂分子筛、沸石分子筛等，优先选用沸石分子筛。
顺向放压步骤为：当吸附剂吸附氮气接近饱和时，停止向吸附塔进空气，则吸附塔停止产氧，从出口端放气，富氧气体顺放至均压罐V1，贫氧气体顺放至均压罐V2，使吸附塔内压力降至5千帕到20千帕。其中富氧气体的氧气浓度为80%到90%，贫氧气体的氧气浓度为60%到70%。
真空解吸步骤为：通过阀门的切换，鼓风机将吸附塔内抽真空压力至-40千帕到-50千帕，使吸附剂吸附的水、二氧化碳、氮气解吸，再生吸附塔内的分子筛。
清洗步骤为：当吸附塔内压力为-40千帕到-50千帕时，同时开始清洗步骤，利用氧气缓冲罐中的产品气体对吸附塔进行逆向（从吸附塔的出口端进气，从进口端流出）吹扫，清洗再生的吸附剂，清洗时吸附塔内压力基本保持不变。
充压步骤为：当清洗步骤结束后，利用均压罐内的压力和大气压对吸附塔进行升压，使压力升高至-20千帕到10千帕。
充压步骤完成后，开始进入下一个变压吸附周期的循环。其特点是在进行清洗步骤时，仍然在进行抽真空，吸附塔内的压力基本不变。
下面具体描述利用上述实施例中的三塔低压吸附真空解吸制备氧气装置来制备氧气的过程。该三塔低压吸附真空解吸（VPSA）制备氧气的流程包括以下步骤：
原料空气经过鼓风机进入第一吸附塔，第一吸附塔进行吸附，获得氧气输送给氧气缓冲罐，同阶段真空泵对第二吸附塔进行抽真空，进行真空解吸，第三吸附塔吸附剂饱和，鼓风机停止，第三吸附塔将其中的富氧气体顺放至第一均压罐。
第一吸附塔继续吸附产氧，同阶段第二吸附塔从氧气缓冲罐获得氧气进行清洗，第三吸附塔将其中的贫氧气体顺放至第二均压罐。
第一吸附塔继续吸附产氧，同阶段第二吸附塔从第二均压罐获得贫氧气体进行充压，真空泵对第三吸附塔进行抽真空，进行真空解吸。
第一吸附塔继续吸附产氧，同阶段第二吸附塔从第一均压罐获得富氧气体进行充压，并利用大气充压，第三吸附塔继续进行真空解吸。
第一吸附塔吸附剂饱和，鼓风机停止，第一吸附塔将其中的富氧气体顺放至第一均压罐，同阶段原料空气经过鼓风机进入第二吸附塔，第二吸附塔进行吸附，获得氧气输送给氧气缓冲罐，第三吸附塔继续进行真空解吸。
第一吸附塔将其中的贫氧气体顺放至第二均压罐，第二吸附塔继续吸附产氧，第三吸附塔从氧气缓冲罐获得氧气进行清洗。
真空泵对第一吸附塔进行抽真空，进行真空解吸，同阶段第二吸附塔继续吸附产氧，第三吸附塔从第二均压罐获得贫氧气体进行充压。
第一吸附塔继续进行真空解吸，同阶段第二吸附塔继续吸附产氧，第三吸附塔从第一均压罐获得富氧气体进行充压，并利用大气充压。
第一吸附塔继续进行真空解吸，同阶段第二吸附塔吸附剂饱和，鼓风机停止，第二吸附塔将其中的富氧气体顺放至第一均压罐，原料空气经过鼓风机进入第三吸附塔，第三吸附塔进行吸附，获得氧气输送给氧气缓冲罐。
第一吸附塔从氧气缓冲罐获得氧气进行清洗，同阶段第二吸附塔将其中的贫氧气体顺放至第二均压罐，第三吸附塔继续吸附产氧。
第一吸附塔从第二均压罐获得贫氧气体进行充压，同阶段真空泵对第二吸附塔进行抽真空，进行真空解吸，第三吸附塔继续吸附产氧。
第一吸附塔从第一均压罐获得富氧气体进行充压，并利用大气充压，同阶段真空泵继续进行真空解吸，第三吸附塔继续吸附产氧。
重复以上步骤，周期性切换，使设备能够平稳产氧。制得合格产品氧气，再经氧气压缩机压缩后，符合用户要求的氧气压力即可送往用气点。
上述三塔低压吸附真空解吸制备氧气装置中，三个吸附塔相互独立，利用均压罐收集贫氧气体来进行清洗，利用均压罐和大气同时对吸附塔进行充压，与传统VPSA制氧装置相比，最大特点是设置两个均压罐，将顺向放压的气体进行收集和区分，提高氧气利用率，该装置最大产量可达7000Nm³/h以上，氧气浓度能达到80%～93%，氧气收率70%~80%，实现10%~20%的氧气生产率改进。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。