专利名称：一种真空变压吸附系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及变压吸附空气分离的技术领域，特别是涉及一种真空变压吸附系统。
背景技术：
真空变压吸附(简称VPSA)系统，即高于大气压的条件下，利用VPSA制氧专用分 子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，在抽真空的条件下对分子筛进行解 吸，从而循环制得纯度较高的氧气(90 95% )。VPSA系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经 吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后进入鼓风机，在鼓风机的输送下进入其中一只吸附器内。吸 附器内装填吸附剂，其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底 部的吸附剂(如活性氧化铝)所吸附。吸附器的上部是沸石分子筛，当空气流经填满的分子 筛固定床时，空气中的氮气分子在吸附作用力下扩散到分子筛固体中，而氧气(包括氩气) 作为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐，以供生产使用。经过一段时间的吸附，分子筛颗粒中充满氮气分子，其中的吸附剂将达到饱和状 态，此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反)。具体为，关闭空气进 口阀，利用吸附器内的富氧空气对刚抽真空的另一吸附器进行均压，等压力降到某一值时 关闭均压阀，同时打开真空泵进口阀对吸附器抽真空，到一定真空度后再利用另一吸附内 的富氧气及氧气缓冲罐中部份产品气对沸石分子筛清洗，从而使吸附剂彻底解吸。吸附剂 解吸过程完成后，已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气， 吸附剂得到再生。然后用产品气对吸附器进行充压，充压至某一压力值后关闭相应阀门，打 开鼓风机出口阀门，对吸附器进行升压。简而言之，即VPSA系统的每个吸附器都在交替执 行以下步骤吸附——解吸——充压，上述三个基本的工艺步骤由PLC和切换阀系统来实 现自动控制。这种现有的VPSA系统具有以下缺点1、由于只有两个吸附器，受吸附器结构尺寸的限制，其最大制氧规模相对较小，只 在5000-6000M7h左右；而如果要将制氧规模扩大到10000M3/h以上，将两套或多套两床 VPSA系统并联使用，必将使得成本大大提高；2、现有的两床VPSA工艺中，鼓风机不连续地向吸附器供气，每个循环周期，鼓风 机排气向大气放空两次，每次持续时间2-4秒。为保证氮氧分离所需加工空气量，鼓风机排 气量需要增大8% -20%。鼓风机排气放空前，鼓风机排气口到控制压缩空气进吸附器的阀 门之间的管道空间中，充满最高压力的压缩空气。随着鼓风机排气放空，压力降到大气压， 造成压缩空气的附加损失；3、公知的是，真空泵能量消耗是VPSA系统能量消耗的主要控制因素。真空解吸所 需真空泵抽速与循环周期时间无直接关系，与吸附时间和真空解吸时间的比值密切相关。 循环周期时间一定，吸附时间短，真空解吸时间长，两者的比值小于1。真空解吸所需真空 抽速小。然而，现有的两床和三床VPSA工艺，吸附时间等于或大于真空解吸时间，如果缩短吸附时间，延长真空解吸时间，单位时间进吸附器的压缩空气量增加，除增大鼓风机排气量 外，吸附器中压缩空气的空塔流速增大。现有的两床或三床VPSA工艺只有一台真空泵对一 个吸附器抽真空，循环周期一定，不能实现缩短吸附时间，延长真空解吸时间，所需的真空 泵抽速仍然较大。因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新地 提出一种真空变压吸附系统及其工艺控制机制，用以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长 真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种真空变压吸附系统，用以扩大制氧规模， 减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成 本。为了解决上述问题，本发明公开了一种真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组 独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端， 各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空 泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤吸附步骤各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附 处理后，输出产品气至产品气罐；顺向放压步骤在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向 与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；真空解吸步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；充压步骤禾U用与当前吸附器出口端相连的另一吸附器的顺向放压气，以及，产品 气罐中的产品气，对当前吸附器进行逆向充压，并在当前吸附器的压力低于大气压时，从大 气中吸入原料空气；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1。优选的，所述顺向放压步骤分两次进行第一次顺向放压为，在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附 器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；第二次顺向放压为，由当前吸附器继续向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向 放压，同时打开连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空。优选的，所述充压步骤分四次进行第一次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第一次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端抽真空；第二次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第二次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端从大气吸入原料空气；第三次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附 器的入口端继续从大气吸入原料空气；第四次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附器的入口端接收与其连接的鼓风机输送的压缩空气。优选的，所述连接有两组鼓风机的吸附器在执行第四次充压步骤和吸附步骤时， 选择当前时间段空闲的鼓风机向当前吸附器输送压缩空气，并在当前鼓风机需要向其它吸 附器输送压缩空气时，切换至其它鼓风机向当前吸附器输送压缩空气。优选的，所述真空解吸步骤中还用于执行清洗子步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空，同时产品气罐中 的产品气流入当前吸附器的出口端，对当前吸附器进行逆向清洗。优选的，所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1是 指，吸附器开始吸进压缩空气到吸附器达到或稳定在预定最高压力的时间，与吸附器开始 抽真空到清洗结束所需时间的比值小于1。优选的，所述吸附器内部装填LiX分子筛和用于脱除空气中水分、二氧化碳和其 它杂质组分的吸附剂，在执行吸附步骤时，空气中的水分、二氧化碳、其它杂质组分及氮气 被所述LiX分子筛和吸附剂所吸附，空气中的氧气被富集，作为产品气流出吸附器，流入产
品气(61。优选的，所述顺向放压的气流方向与压缩空气的气流方向相同，经过第一次顺向 放压，当前吸附器的床层压力降低10kPa-30kPa。优选的，所述真空解吸步骤执行完成后，当前吸附器的床层压力降低至预定的最 低压力。优选的，所述吸附器从大气吸入的原料空气量大于装置工艺空气量的15% 30%，所述工艺空气量为吸附器间隙空间损失空气量与氧氮分离所需加工空气量之和。优选的，各组鼓风机至少有一台完整的鼓风机组；各组真空泵至少有一台完整的 机械式真空机组。优选的，所述鼓风机(AC-1)通过空气总管(10)和空气支管(10A)、(10B)、(10C)、 (10D)，分别与吸附器(A)、(B)、(C)、(D)的入口端连接；鼓风机(AC-2)通过空气总管(11)和空气支管(11C)、(11D)、(11E)、(11F)，分别 与吸附器(C)、(D)、(E)、(F)的入口端连接；真空泵(VP-1)通过真空总管(20)和真空支管(20A)、(20B)，分别与吸附器(A)、 ⑶的入口端连接；真空泵(VP-2)通过真空总管(21)和真空支管(21C)、(21D)，分别与吸附器(C)、 ⑶的入口端连接；真空泵(VP-3)通过真空总管(22)和真空支管(22E)、(22F)，分别与吸附器(E)、 (F)的入口端连接；所述吸附器(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)的入口端通过空气总管(12)和空气支管 (12A)、(12B)、(12C)、(12D)、(12E)、(12F)与大气相通；所述吸附器(A)和(B)、(C)和(D)、(E)和(F)的出口端分别由管道(40AB)、 (40CD)、(40EF)连接；所述吸附器(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)的出口端还通过氧气支管(41A)、(41B)、 (41C)、(41D)、(41E)、(41F)与氧气总管(42)的一端连接；所述吸附器(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)的出口端还通过氧气支管(42A)、(42B)、(42C)、(42D)、(42E)、(42F)与氧气总管(42)的一端连接；所述氧气总管(42)的另一端与产品气罐(VS-I)连接。与现有技术相比 ，本发明具有以下优点1、本发明仅需设置两组鼓风机，由两组鼓风机连续向六台吸附器供气，不存在鼓 风机排气间断放空和附加压缩空气损失；在吸附器压力低于大气压时，直接从大气中吸入 部分原料空气，相对于现有的两床VPSA系统并联使用(3套)的情况，本发明所需设置的 鼓风机更少，并且，本发明鼓风机的排气量小于两床和三床VPSA工艺，通常比两床和三床 VPSA工艺小20% 30%，不仅合理地缩短了吸附时间，还不会引起吸附器中压缩空气空塔 流速地增大。2、由于本发明在减小鼓风机排气量、不增加吸附器中压缩空气的空塔流速的情况 下合理地缩短吸附时间，并且设置了三组真空泵同时分别对三台吸附器抽真空，从而延长 了吸附器真空解吸时间，使得吸附时间小于真空解吸时间，即本发明吸附时间与真空解吸 时间的比值小于1。由于真空解吸时间地延长，则所需真空泵抽速相应减少。3、本发明的六床VPSA工艺循环周期时间较短，在实际中通常等于或小于两床 VPSA工艺。在选择同一种LiX分子筛，规模相同的条件下，LiX分子筛的用量等于或略小于 两床VPSA工艺，吸附器的结构尺寸比两床VPSA工艺小得多，但本发明的六床VPSA工艺使 得制氧规模扩大10000M3/h以上。4、应用本发明实施例，在某一时刻，有两组独立的鼓风机分别对两台吸附器连续 输送压缩空气，吸附器床层还会从大气直接吸入原料空气，以减少鼓风机气量；有三组真 空泵分别对三台吸附器床层抽真空，通过三组真空泵对吸附器床层抽真空时间的交叉，延 长床层抽真空时间，以减小真空泵抽速，从而扩大了装置制氧的规模，降低了系统的能量消 耗，并节约了成本。
图1是本发明一种真空变压吸附系统的结构图；图2是针对吸附器A执行本发明真空变压吸附的循环过程示意图；图3是针对六台吸附器A、B、C、D、E、F执行本发明真空变压吸附的循环过程的工 艺程序图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明实施例的核心构思之一在于，提出一种在降低系统能量消耗，节约成本的 基础上，扩大制氧规模的六塔真空变压吸附系统，本系统采用了六台吸附器以扩大制氧规 模，并采用两组独立的鼓风机连续向吸附器输送压缩空气，在吸附器的压力低于大气压时， 吸附器还会从大气中吸入原料空气，从而可以减小鼓风机的排气量，合理地缩短吸附时间； 本系统还采用三组真空泵分别对三台吸附器抽真空，通过三组真空泵对吸附器床层抽真空 时间的交叉，延长床层抽真空时间，使得本系统进行吸附的时间小于真空解吸的时间，即吸 附时间与真空解吸时间的比值小于1，从而减小了真空泵的抽速。
具体而言，本发明的六塔真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组独立的鼓风 机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵 分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两 台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接。为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下结合图1详细说明本发明的一种真 空变压吸附系统的结构，所述六台吸附器分别为吸附器A、B、C、D、E、F ；所述两组独立的鼓 风机分别为AC-l、AC-2 ；所述三组独立的真空泵分别为VP-l、VP-2、VP-3 ；所述鼓风机AC-1通过空气总管10和空气支管10A、10B、10C、10D，分别与吸附器 A、B、C、D的入口端连接，所述空气支管10A、10B、10C、10D上分别安装有控制压缩空气进入 吸附器的切换阀30A、30B、30C、30D ；鼓风机AC-2通过空气总管11和空气支管11(、110、1比、1明，分别与吸附器(、D、 E、F的入口端连接，所述空气支管11C、11D、11E、11F上分别安装有控制压缩空气进入吸附 器的切换阀 31C、31D、31E、31F ；真空泵VP-1通过真空总管20和真空支管20A、20B，分别与吸附器A、B的入口端 连接，所述真空支管20A、20B上分别安装有控制吸附器抽真空的切换阀 32A、32B ；真空泵VP-2通过真空总管21和真空支管21C、21D，分别与吸附器C、D的入口端 连接，所述真空支管21C、21D上分别安装有控制吸附器抽真空的切换阀32C、32D ；真空泵VP-3通过真空总管22和真空支管22E、22F，分别与吸附器E、F的入口端 连接，所述真空支管22E、22F上分别安装有控制吸附器抽真空的切换阀32E、32F ；所述吸附器A、B、C、D、E、F的入口端通过空气总管12和空气支管12A、12B、12C、 12D、12E、12F与大气相通，所述空气支管12A、12B、12C、12D、12E、12F上分别安装有控制吸 附器从大气吸气的切换阀33A、33B、33C、33D、33E、33F ；所述吸附器A和B、C和D、E和F的出口端分别由管道40AB、40⑶、40EF连接，所 述管道40AB、40⑶、40EF上分别安装有控制顺向放压气和逆向充压气的调节阀34AB、34⑶、 34EF ；所述吸附器A、B、C、D、E、F的出口端还通过氧气支管41A、41B、41C、41D、41E、41F 与氧气总管42的一端连接，所述氧气支管41A、41B、41C、41D、41E、41F上分别安装有控制吸 附器逆向充压的调节阀35A、35B、35C、35D、35E、35F ；所述吸附器A、B、C、D、E、F的出口端还通过氧气支管42A、42B、42C、42D、42E、42F 与氧气总管42的一端连接，所述氧气支管42A、42B、42C、42D、42E、42F上分别安装有止回阀 或切换阀 36A、36B、36C、36D、36E、36F ；所述氧气总管42的另一端与产品气罐VS-1连接。作为本发明的一种优选实施例，在具体应用中，所述氧气总管42上还可以安装控 制氧气流量的调节阀39 ；所述空气总管10和11上还可以分别安装控制鼓风机排气放空的 切换阀50和51 ；所述真空总管20、21、22上还可以分别安装控制真空泵从大气吸气的切换 阀 52、53、54。对于本发明实施例而言，在具体实现中，各组鼓风机至少有一台完整的鼓风机组； 各组真空泵至少有一台完整的机械式真空机组；所述吸附器A、B、C、D、E、F的内部装填LiX 分子筛和用于脱除空气中水分、二氧化碳和其它杂质组分的吸附剂，如NaX分子筛、活性氧化铝等。本发明的真空变压吸附系统循环执行以下步骤吸附步骤各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附 处理后，输出产品气至产品气罐；顺向放压步骤在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向 与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；真空解吸步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；充压步骤禾U用与当前吸附器出口端相连的另一吸附器的顺向放压气，以及，产品 气罐中的产品气，对当前吸附器进行逆向充压，并在当前吸附器的压力低于大气压时，从大 气中吸入原料空气；在本发明实施例中，所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值 小于1。具体而言，当鼓风机输送的压缩空气进入吸附器床层后，空气中的水份、二氧化碳 以及其他杂质组分被吸附剂(如NaX分子筛或活性氧化铝等)吸附，净化的压缩空气经过 LiX分子筛床层时，空气中氮气被选择吸附，空气中氧气组分被富集，作为产品气流出吸附 器，流入产品气罐。上述吸附步骤结束后，当前吸附器床层将达到或稳定在预定的最高压力，此时需 要通过顺向放压来降低当前吸附器的床层压力，所述顺向放压的气流方向与压缩空气的气 流方向相同，在本发明的一种优选实施例中，所述顺向放压步骤分两次进行第一次顺向放压为，在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附 器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；在具体实现中，经过第一次顺向放压，当前吸附器的床层压力通常可以降低 10kPa-30kPa。第二次顺向放压为，由当前吸附器继续向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向 放压，同时打开连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空。上述顺向放压步骤结束后，执行真空解吸步骤，利用连接当前吸附器的真空泵对 当前吸附器抽真空；在本发明的一种优选实施例中，在当前吸附器的床层压力达到预定低 压时，还可以进一步执行清洗子步骤，即在对当前吸附器抽真空的同时，产品气罐中的产品 气流入当前吸附器的出口端，对当前吸附器进行逆向清洗，清洗结束后，当前吸附器的床层 压力将降低至预定的最低压力。在这种情况下，所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于 1是指，吸附器开始吸进压缩空气到吸附器达到或稳定在预定最高压力的时间，与吸附器开 始抽真空到清洗结束所需时间的比值小于1。在上述真空解吸步骤结束后，需要对当前吸附器进行充压，以提高床层压力。在本 发明的一种优选实施例中，所述充压步骤可以分四次进行第一次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第一次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端抽真空；第二次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附 器第二次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端从大气吸入原料空气；
第三次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附 器的入口端继续从大气吸入原料空气；第四次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附 器的入口端接收与其连接的鼓风机输送的压缩空气。本发明吸附时间与循环程序有关，循环周期时间确定，吸附时间基本确定。吸附器 从大气吸入原料空气量少，单位时间进吸附器的压缩空气量增加，吸附器中压缩空气的空 塔流速有可能高于允许值，因而在实际中，所述吸附器从大气吸入的原料空气量大于装置 工艺空气量的15% 30%，所述工艺空气量为吸附器间隙空间损失空气量与氧氮分离所 需加工空气量之和。应用本发明实施例，在某一时刻，有两组独立的鼓风机分别对两台吸附器连续输 送压缩空气，吸附器床层还会从大气直接吸入原料空气，以减少鼓风机气量；有三组真空泵 分别对三台吸附器床层抽真空，通过三组真空泵对吸附器床层抽真空时间的交叉，延长床 层抽真空时间，以减小真空泵抽速，从而达到扩大装置制氧的规模，降低系统的能量消耗和 节约成本的目的。需要说明的是，所述连接有两组鼓风机的吸附器(如图1所示的吸附器C和D)在 执行第四次充压步骤和吸附步骤时，会选择当前时间段空闲的鼓风机向当前吸附器输送压 缩空气，并在当前鼓风机需要向其它吸附器输送压缩空气时，切换至其它鼓风机向当前吸 附器输送压缩空气。为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下结合图1所示的真空变压吸附系统 和图2所示的针对吸附器A执行本发明真空变压吸附的循环过程示意图，进一步说明本发 明实施例。第一步骤(真空解吸步骤，真空)真空泵VP-1对吸附器A抽真空，控制吸附器抽真空的切换阀32A开；第二步骤(真空解吸步骤，清洗)真空泵VP-1继续对吸附器A抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35A开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器A，对吸附器A进行逆向清洗；在实际中，本步骤可以省略。第三步骤(第一次充压步骤，充压1)真空泵VP-1继续对吸附器A抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调节阀34AB 开，利用吸附器B流出的第一次顺向放压气，对吸附器A进行逆向充压；第四步骤(第二次充压步骤，充压2)利用吸附器B流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器A进行逆向充压；同时控制 吸附器从大气吸气的切换阀33A开，吸附器A从大气吸入原料空气；第五步骤(第三次充压步骤，充压3)吸附器A继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35A开，氧气总管中的氧气对吸附 器A进行逆向充压；第六步骤(第四次充压步骤，充压4))氧气总管中的氧气继续对吸附器A逆向充压，同时，控制压缩空气进吸附器的切 换阀30A开，鼓风机AC-1输送压缩空气，对吸附器A进行充压；
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第七步骤(吸附步骤)鼓风机AC-1继续对吸附器A输送压缩空气，当吸附器A的压力高于氧气总管的压 力后，阀门36A开，产品经氧气总管流入产品气罐。第八步骤(第一次顺向放压步骤，顺放1)吸附器A达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34AB开，吸附器A向吸附器B进 行第一次顺向放压；第九步骤(第二次顺向放压步骤，顺放2)吸附器A继续向吸附器B进行第二次顺向放压，同时，阀门32A开，真空泵VP-1对 吸附器A抽真空。进一步参考图3所示的针对六台吸附器A、B、C、D、E、F执行本发明真空变压吸附 的循环过程的工艺程序图，假设执行一次真空变压吸附过程的循环周期为48秒，由18个时 间段组成，其中，第1、2、4、5、7、8、10、11、13、14、16、17个时间段设置为2秒；第3、6、9、12、 15、18个时间段设置为4秒。假设起始时间段为针对吸附器A执行真空变压吸附第一步骤的时间段，即吸附器 A的第一步骤占用第1、2个时间段(2+2秒)；第二步骤占用第3个时间段(4秒)；第三步骤 占用第4个时间段(2秒)；第四步骤占用第5个时间段(2秒)；第五步骤占用第6个时间段 (4秒)；第六步骤占用第7、8个时间段(2+2秒)；第七步骤占用第9-12个时间段(4+2+2+4 秒)；第八步骤占用第13个时间段(2秒)；第九步骤占用第14个时间段(2秒)；然后占用 第15-18个时间段(4+2+2+4秒)对吸附器A抽真空。从起始时间段开始，针对吸附器B执行本发明真空变压吸附的循环过程为第一步骤(吸附步骤，占用第1-3个时间段，2+2+4秒)鼓风机AC-1向吸附器B输送压缩空气，当吸附器B的压力高于氧气总管的压力 后，阀门36B开，产品经氧气总管流入产品气罐；第二步骤(顺放1，占用第4个时间段，2秒)吸附器B达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34AB开，吸附器B向吸附器A进 行第一次顺向放压；第三步骤(顺放2，占用第5个时间段，2秒)吸附器B继续向吸附器A进行第二次顺向放压，同时，阀门32B开，真空泵VP-1对 吸附器B抽真空。第四步骤(抽真空，占用第6-11个时间段，4+2+2+4+2+2秒)真空泵VP-1继续对吸附器B抽真空；第五步骤(清洗，占用第12个时间段，4秒)真空泵VP-1继续对吸附器B抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35B开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器B，对吸附器B进行逆向清洗；第六步骤(充压1，占用第13个时间段，2秒)真空泵VP-1继续对吸附器B抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调节阀34AB 开，利用吸附器A流出的第一次顺向放压气，对吸附器B进行逆向充压；第七步骤(充压2，占用第14个时间段，2秒)利用吸附器A流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器B进行逆向充压；同时控制吸附器从大气吸气的切换阀33B开，吸附器B从大气吸入原料空气；第八步骤(充压3，占用第15个时间段，4秒)吸附器B继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35B开，氧气总管中的氧气对吸附 器B进行逆向充压；第九步骤(充压4，占用第16、17个时间段，2+2秒)氧气总管中的氧气继续对吸附器B进行逆向充压，同时，控制压缩空气进吸附器 的切换阀30B开，鼓风机AC-1输送压缩空气，对吸附器B进行充压；然后占用第18个时间段(4秒)对吸附器B输送压缩空气。从起始时间段开始，针对吸附器C执行本发明真空变压吸附的循环过程为第一步骤(充压4，占用第1、2个时间段，2+2秒)阀门35C开，氧气总管中的氧气对吸附器C进行逆向充压，同时，控制压缩空气进 吸附器的切换阀31C开，鼓风机AC-2输送压缩空气，对吸附器C进行充压；第二步骤(吸附，占用第3-6个时间段，4+2+2+4秒)在第3个时间段，由鼓风机AC-2继续向吸附器C输送压缩空气；在第4-6个时间 段，切换阀31C关，30C开，切换至鼓风机AC-1向吸附器C输送压缩空气，当吸附器C的压力 高于氧气总管的压力后，阀门36C开，产品经氧气总管流入产品气罐；第三步骤(顺放1，占用第7个时间段，2秒)吸附器C达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34⑶开，吸附器C向吸附器D进 行第一次顺向放压；第四步骤(顺放2，占用第8个时间段，2秒)吸附器C继续向吸附器D进行第二次顺向放压，同时，阀门32C开，真空泵VP-2对 吸附器C抽真空。第五步骤(真空，占用第9-14个时间段，4+2+2+4+2+2秒)真空泵VP-2继续对吸附器C抽真空；第六步骤(清洗，占用第15个时间段，4秒)真空泵VP-2继续对吸附器C抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35C开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器C，对吸附器C进行逆向清洗；第七步骤(充压1，占用第16个时间段，2秒)真空泵VP-2继续对吸附器C抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调节阀34⑶ 开，利用吸附器D流出的第一次顺向放压气，对吸附器C进行逆向充压；第八步骤(充压2，占用第17个时间段，2秒)利用吸附器D流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器C进行逆向充压；同时控制 吸附器从大气吸气的切换阀33C开，吸附器C从大气吸入原料空气；第九步骤(充压3，占用第18个时间段，4秒)吸附器C继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35C开，氧气总管中的氧气对吸附 器C进行逆向充压。从起始时间段开始，针对吸附器D执行本发明真空变压吸附的循环过程为第一步骤(真空，占用第1-5个时间段，2+2+4+2+2秒)阀门32D开，真空泵VP-2对吸附器D抽真空；
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第二步骤(清洗，占用第6个时间段，4秒):真空泵VP-2继续对吸附器D抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35D开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器D，对吸附器D进行逆向清洗；第三步骤(充压1，占用第7个时间段，2秒)真空泵VP-2继续对吸附器D抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调节阀34⑶ 开，利用吸附器C流出的第一次顺向放压气，对吸附器D进行逆向充压；第四步骤(充压2，占用第8个时间段，2秒)利用吸附器C流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器D进行逆向充压；同时控制 吸附器从大气吸气的切换阀33D开，吸附器D从大气吸入原料空气；第五步骤(充压3，占用第9个时间段，4秒)吸附器D继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35D开，氧气总管中的氧气对吸附 器D进行逆向充压；第六步骤(充压4，占用第10、11个时间段，2+2秒)氧气总管中的氧气继续对吸附器D进行逆向充压，同时，控制压缩空气进吸附器 的切换阀31D开，鼓风机AC-2输送压缩空气，对吸附器D进行充压；第七步骤(吸附，占用第12-15个时间段，4+2+2+4秒)在第12个时间段，由鼓风机AC-2继续向吸附器D输送压缩空气；在第13_15个时 间段，切换阀31D关，30D开，切换至鼓风机AC-1向吸附器D输送压缩空气，当吸附器D的压 力高于氧气总管的压力后，阀门36D开，产品经氧气总管流入产品气罐；第八步骤(顺放1，占用第16个时间段，2秒)吸附器D达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34⑶开，吸附器D向吸附器C进 行第一次顺向放压；第九步骤(顺放2，占用第17个时间段，2秒)吸附器D继续向吸附器C进行第二次顺向放压，同时，阀门32D开，真空泵VP-2对 吸附器D抽真空；然后占用第18个时间段(4秒)对吸附器D继续抽真空。从起始时间段开始，针对吸附器E执行本发明真空变压吸附的循环过程为第一步骤(顺放1，占用第1个时间段，2秒)吸附器E达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34EF开，吸附器E向吸附器F进 行第一次顺向放压；第二步骤(顺放2，占用第2个时间段，2秒)吸附器E继续向吸附器F进行第二次顺向放压，同时，阀门32E开，真空泵VP-3对 吸附器E抽真空；第三步骤(真空，占用第3-8个时间段，4+2+2+4+2+2秒)真空泵VP-3继续对吸附器E抽真空；第四步骤(清洗，占用第9个时间段，4秒)真空泵VP-3继续对吸附器E抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35E开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器E，对吸附器E进行逆向清洗；第五步骤(充压1，占用第10个时间段，2秒)
真空泵VP-3继续对吸附器E抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调节阀34EF开，利用吸附器F流出的第一次顺向放压气，对吸附器E进行逆向充压；第六步骤(充压2，占用第11个时间段，2秒)利用吸附器F流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器E进行逆向充压；同时控制 吸附器从大气吸气的切换阀33E开，吸附器E从大气吸入原料空气；第七步骤(充压3，占用第12个时间段，4秒)吸附器E继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35E开，氧气总管中的氧气对吸附 器E进行逆向充压；第八步骤(充压4，占用第13-14个时间段，2+2秒)氧气总管中的氧气继续对吸附器E进行逆向充压，同时，控制压缩空气进吸附器 的切换阀31E开，鼓风机AC-2输送压缩空气，对吸附器E进行充压；第九步骤(吸附，占用第15-18个时间段，4+2+2+4秒)鼓风机AC-2继续向吸附器E输送压缩空气，当吸附器E的压力高于氧气总管的压 力后，阀门36E开，产品经氧气总管流入产品气罐。从起始时间段开始，针对吸附器F执行本发明真空变压吸附的循环过程为第一步骤(充压1，占用第1个时间段，2秒)阀门32F开，真空泵VP-3对吸附器F抽真空，同时控制顺向放气和逆向充气的调 节阀34EF开，利用吸附器E流出的第一次顺向放压气，对吸附器F进行逆向充压；第二步骤(充压2，占用第2个时间段，2秒)利用吸附器E流出的第二次顺向放压气，继续对吸附器F进行逆向充压；同时控制 吸附器从大气吸气的切换阀33F开，吸附器F从大气吸入原料空气；第三步骤(充压3，占用第3个时间段，4秒)吸附器F继续从大气吸入原料空气；同时调节阀35F开，氧气总管中的氧气对吸附 器F进行逆向充压；第四步骤(充压4，占用第4、5个时间段，2+2秒)氧气总管中的氧气继续对吸附器F进行逆向充压，同时，控制压缩空气进吸附器 的切换阀31F开，鼓风机AC-2输送压缩空气，对吸附器F进行充压；第五步骤(吸附，占用第6-9个时间段，4+2+2+4秒)鼓风机AC-2继续向吸附器F输送压缩空气，当吸附器F的压力高于氧气总管的压 力后，阀门36F开，产品经氧气总管流入产品气罐；第六步骤(顺放1，占用第10个时间段，2秒)吸附器F达到或稳定在预定的最高压力后，阀门34EF开，吸附器F向吸附器E进 行第一次顺向放压；第七步骤(顺放2，占用第11个时间段，2秒)吸附器F继续向吸附器E进行第二次顺向放压，同时，阀门32F开，真空泵VP-3对 吸附器F抽真空；第八步骤(真空，占用第12-17个时间段，4+2+2+4+2+2秒)真空泵VP-3继续对吸附器F抽真空；第九步骤(清洗，占用第18个时间段，4秒)
真空泵VP-3继续对吸附器F抽真空，同时控制吸附器清洗的调节阀35F开，氧气 总管42中的氧气流入吸附器F，对吸附器F进行逆向清洗。当然，上述时间段的设置仅仅用作示例，本领域技术人员依据实际情况任意设置 均是可行的，本发明对此无需加以限制。应用本发明可以带来以下好处 1、本发明仅需设置两组鼓风机，由两组鼓风机连续向六台吸附器供气，不存在鼓 风机排气间断放空和附加压缩空气损失；在吸附器压力低于大气压时，直接从大气中吸入 部分原料空气，相对于现有的两床VPSA系统并联使用(3套)的情况，本发明所需设置的 鼓风机更少，并且，本发明鼓风机的排气量小于两床和三床VPSA工艺，通常比两床和三床 VPSA工艺小20% 30%，不仅合理地缩短了吸附时间，还不会引起吸附器中压缩空气空塔 流速地增大。2、由于本发明在减小鼓风机排气量、不增加吸附器中压缩空气的空塔流速的情况 下合理地缩短吸附时间，并且设置了三组真空泵同时分别对三台吸附器抽真空，从而延长 了吸附器真空解吸时间，使得吸附时间小于真空解吸时间，即本发明吸附时间与真空解吸 时间的比值小于1。由于真空解吸时间地延长，则所需真空泵抽速相应减少。表一列出了现有两床、三床、五床VPSA工艺所需真空泵抽速与本发明的比较。表一 3、本发明的六床VPSA工艺循环周期时间较短，在实际中通常等于或小于两床 VPSA工艺。在选择同一种LiX分子筛，规模相同的条件下，LiX分子筛的用量等于或略小于 两床VPSA工艺，吸附器的结构尺寸比两床VPSA工艺小得多，但本发明的六床VPSA工艺使 得制氧规模扩大10000M3/h以上。以上对本发明所提供的一种真空变压吸附系统进行了详细介绍，本文中应用了具 体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发 明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实 施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限 制。
权利要求
一种真空变压吸附系统，其特征在于，包括六台吸附器，两组独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤吸附步骤各组鼓风机向其连接的一吸附器输送压缩空气，由该吸附器进行吸附处理后，输出产品气至产品气罐；顺向放压步骤在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；真空解吸步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空；充压步骤利用与当前吸附器出口端相连的另一吸附器的顺向放压气，以及，产品气罐中的产品气，对当前吸附器进行逆向充压，并在当前吸附器的压力低于大气压时，从大气中吸入原料空气；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1。
2.如权利要求1所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述顺向放压步骤分两次进行第一次顺向放压为，在当前吸附器达到或稳定在预定的最高压力时，由当前吸附器向 与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放压；第二次顺向放压为，由当前吸附器继续向与其出口端相连的另一吸附器进行顺向放 压，同时打开连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空。
3.如权利要求2所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述充压步骤分四次进行 第一次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附器第一次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端抽真空；第二次充压为，从当前吸附器的出口端输入与当前吸附器出口端相连的另一吸附器第 二次流出的顺向放压气，同时当前吸附器的入口端从大气吸入原料空气；第三次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附器的 入口端继续从大气吸入原料空气；第四次充压为，从当前吸附器的出口端输入产品气罐中的产品气，同时当前吸附器的 入口端接收与其连接的鼓风机输送的压缩空气。
4.如权利要求3所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述连接有两组鼓风机的吸 附器在执行第四次充压步骤和吸附步骤时，选择当前时间段空闲的鼓风机向当前吸附器输 送压缩空气，并在当前鼓风机需要向其它吸附器输送压缩空气时，切换至其它鼓风机向当 前吸附器输送压缩空气。
5.如权利要求1、2、3或4所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述真空解吸步骤中 还用于执行清洗子步骤由连接当前吸附器的真空泵对当前吸附器抽真空，同时产品气罐中的产 品气流入当前吸附器的出口端，对当前吸附器进行逆向清洗。
6.如权利要求5所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述吸附步骤的执行时间与 真空解吸步骤的执行时间的比值小于1是指，吸附器开始吸进压缩空气到吸附器达到或稳定在预定最高压力的时间，与吸附器开始抽真空到清洗结束所需时间的比值小于1。
7.如权利要求1所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述吸附器内部装填LiX分子 筛和用于脱除空气中水分、二氧化碳和其它杂质组分的吸附剂，在执行吸附步骤时，空气中 的水分、二氧化碳、其它杂质组分及氮气被所述LiX分子筛和吸附剂所吸附，空气中的氧气 被富集，作为产品气流出吸附器，流入产品气罐。
8.如权利要求2所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述顺向放压的气流 方向与压缩空气的气流方向相同，经过第一次顺向放压，当前吸附器的床层压力降低 lOkPei一30kP￡u
9.如权利要求5所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述真空解吸步骤执行完成 后，当前吸附器的床层压力降低至预定的最低压力。
10.如权利要求1或3所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述吸附器从大气吸入 的原料空气量大于装置工艺空气量的15% 30%，所述工艺空气量为吸附器间隙空间损 失空气量与氧氮分离所需加工空气量之和。
11.如权利要求1所述的真空变压吸附系统，其特征在于，各组鼓风机至少有一台完整 的鼓风机组；各组真空泵至少有一台完整的机械式真空机组。
12.如权利要求1所述的真空变压吸附系统，其特征在于，所述鼓风机(AC-1)通过空气 总管(10)和空气支管(10A)、(10B)、(10C)、(10D)，分别与吸附器(A)、(B)、(C)、(D)的入 口端连接；鼓风机(AC-2)通过空气总管(11)和空气支管(11C)、(11D)、(11E)、(11F)，分别与吸 附器(C)、(D)、(E)、(F)的入口端连接；真空泵(VP-1)通过真空总管(20)和真空支管(20A)、(20B)，分别与吸附器(A)、(B) 的入口端连接；真空泵(VP-2)通过真空总管(21)和真空支管(21C)、(21D)，分别与吸附器(C)、(D) 的入口端连接；真空泵(VP-3)通过真空总管(22)和真空支管(22E)、(22F)，分别与吸附器(E)、(F) 的入口端连接；所述吸附器(A)、⑶、(C)、(D)、(E)、(F)的入口端通过空气总管(12)和空气支管 (12A)、(12B)、(12C)、(12D)、(12E)、(12F)与大气相通；所述吸附器(A)和(B)、(C)和(D)、(E)和(F)的出口端分别由管道(40AB)、(40CD)、 (40EF)连接；所述吸附器⑷、⑶、(C)、(D)、(E)、(F)的出口端还通过氧气支管(41A)、(41B)、 (41C)、(41D)、(41E)、(41F)与氧气总管(42)的一端连接；所述吸附器⑷、⑶、(C)、(D)、(E)、(F)的出口端还通过氧气支管(42A)、(42B)、 (42C)、(42D)、(42E)、(42F)与氧气总管(42)的一端连接；所述氧气总管(42)的另一端与产品气罐(VS-1)连接。
全文摘要
本发明提供了一种真空变压吸附系统，包括六台吸附器，两组独立的鼓风机，以及，三组独立的真空泵；其中，各组鼓风机分别连接四台吸附器的入口端，各组真空泵分别连接两台吸附器的入口端，各台吸附器的入口端与大气相通，由各组真空泵连接的两台吸附器的出口端相连，各台吸附器的出口端与产品气罐连接；所述真空变压吸附系统循环执行以下步骤吸附步骤；顺向放压步骤；真空解吸步骤和充压步骤；所述吸附步骤的执行时间与真空解吸步骤的执行时间的比值小于1。本发明可以扩大制氧规模，减少鼓风机气量，延长真空解吸时间，降低真空泵抽速，从而降低系统的能量消耗，节约成本。
文档编号B01D53/047GK101862574SQ201010211500
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者刘世合, 姜贺, 张佳平 申请人:北京北大先锋科技有限公司