基于psa技术的高纯、高压制气设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其系统准备时间短、能随时快速分离出合格产品气体，运行成本低，对不同工况适应性强，工作环境友好。其包括气源压缩机，气源压缩机经气液分离器A、冷冻式干燥机、气液分离器B、过滤器A与气源缓冲罐连通，其特征在于：在过滤器A与气源缓冲罐之间紧邻气源缓冲罐处设置有能控制阀前压力的背压阀A；在过滤器A与背压阀A之间设置有气源旁路，气源缓冲罐经气源缓冲罐排气管路、单向阀A与气源旁路相通；气源旁路经阀A与变压吸附气体分离装置连通；变压吸附气体分离装置经输出管路、背压阀B与产品气缓冲罐连通，产品气缓冲罐经过滤器B连接有背压阀C，背压阀C后连接有产品气输出装置。
【专利说明】基于PSA技术的高纯、高压制气设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体压缩设备，具备涉及一种高纯高压制气设备。
【背景技术】
[0002]工业气体分离常用的变压吸附气体分离(PSA)设备一般由气源压缩机、气液分离器、冷冻式干燥机、过滤器等原料气预处理装置，变压吸附气体分离装置，产品气纯度分析仪、干燥(纯化)装置，增压机，以及为平衡系统气体流速和减小其系统压力波动的气源缓冲罐、产品气缓冲罐(工艺罐)等组成；为了控制变压吸附气体分离装置能输出的合格的产品气，只有通过产品气纯度分析仪、减压阀和其它阀之间的联调，确定输出产品气的流量后，并在系统内达到一定工作压力时，变压吸附气体分离装置才能输出合格的产品气，由于变压吸附气体分离设备在开始工作阶段(或称为启动阶段)，输出的产品气都达不到纯度要求，需要后续输出能达到纯度要求的产品气，对产品气缓冲罐和系统内的先期达不到纯度要求的产品气，进行充兑、置换，只能通过不合格产品气排放管路白白的排空。
[0003]为了降低产品气的单位成本，人们对变压吸附气体分离装置进行改进，如中国专利号UN 201664568 U的PSA高效率开机装置，也只能对开始工作阶段的不合格的产品气进行低效的利用，不能明显缩短变压吸附气体分离装置的系统准备时间，特别是在输出的产品气纯度要求很高时，系统准备时间不能明显缩短，甚至要超过120min。为了缩短变压吸附气体分离装置的系统准备时间，人们对变压吸附气体分离装置进行改进，如中国专利号UN201394410的快速升高吸附塔压力的变压吸附装置，通过增加流量控制器部分，改进传统工艺，缩短变压吸附塔的升压时间，快速提高吸附塔的工作压力，提高变压吸附设备的产品气质量，但也不能明显缩短系统准备时间。
[0004]变压吸附气体分离设备用途广泛，近些年来对于变压吸附气体分离设备的改进也很多，但实际情况是，没有提供切实有效的系统准备时间短、能随时快速分离出合格产品气体的气体分离系统控制方法。同时，用户要求变压吸附气体分离设备能适应在多种工况条件下工作，对环境友好，并要求降低设备能耗、降低运行成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其系统准备时间短、能随时快速分离出合格产品气体，运行成本低，对不同工况适应性强，工作环境友好。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，包括气源压缩机，所述的气源压缩机经气液分离器A、冷冻式干燥机、气液分离器B、过滤器A与气源缓冲罐连通，其特征在于:在过滤器A与气源缓冲罐之间紧邻气源缓冲罐处设置有能控制阀前压力的背压阀A ;在过滤器A与背压阀A之间设置有气源旁路，所述的气源缓冲罐经气源缓冲罐排气管路、单向阀A与气源旁路相通；所述的气源旁路经阀A与变压吸附气体分离装置连通；所述的变压吸附气体分离装置经输出管路、背压阀B与产品气缓冲罐连通，所述的产品气缓冲罐经过滤器B连接有背压阀C，所述的背压阀C后连接有产品气输出装置。
[0007]所述的产品气输出装置包括低压产品气输出装置和中、高压产品气输出装置中的至少一个；所述的低压产品气输出装置包括经管道与背压阀C连通的阀C ;所述的中、高压产品气输出装置包括与背压阀C直接连接的阀D、与阀D连接的产品气增压机，在产品气增压机后设置有单向阀C和阀F ;在阀F与单向阀C之间，设置管路与阀E连通。
[0008]所述的背压阀C与阀D之间设置有阀L，产品气缓冲罐与阀L的排污管经气体回收管路和单向阀D汇集到气源压缩机的二级进气口。
[0009]在所述的阀F后设置有纯化装置，所述的纯化装置与阀G连通；纯化装置与阀G之间的管路上经阀H连接有中、高压气瓶。
[0010]所述的中、高压气瓶经减压回充管路与背压阀B的出口管路连通，所述的减压回充管路上设置有阀I和减压阀A。
[0011]所述的变压吸附气体分离装置与背压阀B之间并联有置换气旁路，所述的置换气旁路上设置有单向阀B和节流阀。
[0012]所述的气液分离器A、冷冻式干燥机、气液分离器B、过滤器A的排污管和气源缓冲罐的废气排放管汇集到废液分离收集装置，所述的废液分离收集装置上设置有消声器。
[0013]在所述的过滤器B和背压阀C之间设置有产品气纯度分析仪。
[0014]在所述的背压阀C后经阀B、减压阀B连接有检测产品气的流量计。
[0015]采用了上述技术方案后，其优点体现在:
[0016]本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备开始工作时，原料气进入气源缓冲罐前，经过背压阀背压，提升到变压吸附气体分离装置的最低工作压力，在较高的压力条件下，原料气中的水分等杂质，被气液分离器A、冷冻式干燥机、气液分离器B、过滤器A有效预分离，使变压吸附气体分离装置在开始工作阶段就获得了满足要求的原料气，从而使变压吸附气体分离装置在开始工作阶段，就为分离出达到纯度要求的产品气创造了可能。
[0017]设备均压后，经过预分离掉水等杂质的原料气，不通过容积较大的气源缓冲罐，而是直接输入到变压吸附气体分离装置，变压吸附气体分离装置内压力快速提升，迅速达到并超过工作压力(超过工作压力的原料气，部分进入气源缓冲罐，为变压吸附气体分离装置下一次均压和快速升压作准备。)，使通过变压吸附气体分离装置的原料气流量减小，同时又延长原料气通过变压吸附气体分离装置的时间，提高变压吸附气体分离装置的吸附效率，使吸附、分离更彻底，输出的产品气纯度更高，系统准备时间更短、能随时快速分离出合格产品气体。
[0018]在产品气缓冲罐前设置背压阀B，只有在变压吸附气体分离装置的压力超过最低工作压力时，才会从变压吸附气体分离装置输出分离后的产品气，避免变压吸附气体分离设备在开始工作阶段系统后端还未建立有效背压的情况下，出现输出产品气不合格的情况，确保变压吸附气体分离装置输出的产品气，始终符合纯度要求。
[0019]变压吸附气体分离装置输出的产品气，经产品气缓冲罐供用户使用或增压后供用户使用。当用户对需求的产品气纯度有变时，或变压吸附气体分离装置工作场地变换导致工况(环境大气压、温度)改变时，以及气源压缩机性能变差原料气量变小时，通过对背压阀的调节，使变压吸附气体分离装置可始终处在正常的工作压力范围内工作，从而确保输出的产品气始终符合要求的纯度，因而本实用新型具备工况适应性好的优点。也避免了在气源流量有变的情况下，按产品气纯度分析仪的检测结果调整产品气流量，间接调整变压吸附气体分离装置使输出产品气纯度到要求的范围内的困难，也避免了因调整的困难，变压吸附气体分离装置长期在高出产品气纯度要求的条件下工作而造成的能源的浪费，因而本实用新型使用成本低。
[0020]变压吸附气体分离装置输出的产品气，经产品气增压机增压后，通过纯化装置进一步清除掉其中的水分和二氧化碳等杂质，通过中高压气瓶缓冲为用户输送更高纯度的产品气。通过管路沿途各处对系统外输出的阀，为用户输送低压，或高压，或再纯化后的产品气，或通过管路沿途各处的阀，与用户原有的变压吸附气体分离装置进行互通，为用户原有变压吸附气体分离装置输出的产品气或商品气，进行增压，或增压、纯化，实现用户的多种需求。
[0021]产生的废液通过废液分离收集器进行分离、存储，便于集中进行处理，废气通过消声器消声排放，实现其对环境友好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备实施例一的结构示意图；
[0023]图2是本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备实施例二的结构示意图；
[0024]图3是本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0026]实施例一
[0027]如图1可见，本实施例的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，包括气源压缩机1，所述的气源压缩机I经气液分离器A2、冷冻式干燥机3、气液分离器B4、过滤器A5与气源缓冲罐8连通，在过滤器A5与气源缓冲罐8之间紧邻气源缓冲罐8处设置有能控制阀前压力的背压阀A7 ;在过滤器A5与背压阀A7之间设置有气源旁路6，所述的气源缓冲罐8经气源缓冲罐排气管路9、单向阀AlO与气源旁路6相通；所述的气源旁路6经阀All与变压吸附气体分离装置12连通；所述的变压吸附气体分离装置12经输出管路15、背压阀B18与产品气缓冲罐20连通，所述的产品气缓冲罐20经过滤器B21连接有背压阀C23，所述的背压阀C23后连接有产品气输出装置。
[0028]所述的变压吸附气体分离装置12包括互相配合、交替工作的变压吸附塔A13和变压吸附塔B14。
[0029]所述的产品气输出装置包括低压产品气输出装置和中、高压产品气输出装置。本实用新型中，产品气输出装置设置在所述的背压阀C23后。只要达到设备可正常工作的压力，设备输出的就一定是合格的产品气。如果达不到设备的工作压力，设备不输出产品气，不会有不合格的产品气污染设备的系统和用户的气体管网，本实用新型的设备，环境适应性非常强。
[0030]所述的低压产品气输出装置包括经管道与背压阀C23连通的阀C26 ;通过阀C26为用户输出低压合格产品气。
[0031]所述的中、高压产品气输出装置包括与背压阀C23直接连接的阀D27、与阀D27连接的产品气增压机28，在产品气增压机28后设置有单向阀C29和阀F31 ;在阀F31与单向阀C29之间，设置管路与阀E30连通。通过阀E30为用户输出中、高压合格产品气。
[0032]在阀F31后设置有纯化装置32，所述的纯化装置32与阀G33连通，纯化装置32与阀G33之间的管路上经阀H34连接有中、高压气瓶35。通过纯化装置32对中、高压合格产品气进一步地纯化干燥处理，获得高纯的产品气；高纯的产品气，通过阀H34进入中、高压气瓶35，被增压的高纯产品气得以充瓶存储，或通过中、高压气瓶35进行缓冲后，中、高压高纯的产品气通过阀G33输出，为用户的中、高压气瓶进行充气或直接供用户使用。
[0033]本实施例中，气液分离器A2、冷冻式干燥机3、气液分离器B4、过滤器A5的排污管汇集到废液分离收集装置38，气源缓冲罐8的废气排放管也汇集到废液分离收集装置38，便于废液集中存储处理，所述的废液分离收集装置38上设置有消声器39。
[0034]气源缓冲罐8、产品气缓冲罐20的废气排放管，汇集到废液分离收集装置38上，并通过消声器39进行废气消声排放。可以在设备的开始工作阶段或在工作过程中可能出现输出不合格产品气的情况下，将输出的不合格产品气及时进行排放，从而缩短系统准备时间。
[0035]本实施例中，在所述的过滤器B21和背压阀C23之间设置有产品气纯度分析仪22。
[0036]在所述的背压阀C23后经阀B24、减压阀B40连接有检测产品气的流量计25。
[0037]实施例二
[0038]如图2可见，本实施例与实施例一的区别在于:
[0039]一、所述的变压吸附气体分离装置12与背压阀B18之间并联有置换气旁路16，所述的置换气旁路16上设置有单向阀B17和节流阀19。在产品气缓冲罐20前的背压阀B18处，设置并联的置换气旁路16，通过置换气旁路上的单向阀B17和节流阀19的节流孔，将存于产品气缓冲罐20中的合格产品气，在变压吸附塔A13或变压吸附塔B14均压后，再将变压吸附塔顶部带有杂质的气体往前压，同时在均压(低于工作压力)的条件下，置换掉变压吸附塔顶部吸附的杂质，降低吸附剂中含有的气体杂质浓度，使变压吸附塔顶部处于强吸附状态，进一步确保变压吸附气体分离装置输出的产品气纯度更高。
[0040]二、在背压阀C23与阀D27之间的管路上，设置到废液分离收集装置38的排污管，并在管路上设置阀L45。其目的与实施例一类似，可以在设备的开始工作阶段或在工作过程中可能出现输出不合格产品气的情况下，将输出的不合格产品气及时进行排放，从而缩短系统准备时间；另外可起到排污作用。
[0041]实施例三
[0042]如图3可见，本实施例中，在阀H34与中、高压气瓶35之间到单向阀B17与产品气缓冲罐20之间，设置减压回充管路46，减压回充管路46上设置阀136、减压阀A37 ;设备分离出的高纯度产品气，存于中、高压气瓶35中；当需要在一开机就制造出高纯度的产品气时，将存于中、高压气瓶35中的高压高纯度产品气，经减压阀A37减压输送到产品气缓冲罐20中，实现变压吸附气体分离装置在一开机时就处在正常分离、输出高纯度产品气时的工作状态和工作条件下，从而进一步缩短了系统准备时间，降低运行成本。
[0043]产品气缓冲罐20与阀L45的排污管，汇集到气源压缩机I的二级进气口，形成气体回收管路43，气体回收管路43上设置单向阀D44，防止气体回流，实现不合格气体(废气)的再利用。
[0044]本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，在正常工作中，只要有达到设备工作要求的低压原料气，设备就可制造出合格的产品气，设备无系统准备时间，甚至未设置因需长时间排放而必备的不合格产品气自动卸放系统；只有在设备还未出厂的调试过程中，以及设备经维修后，设备的系统流程空间存有原料气或不纯产品气的情况下，才需要开机时制造的产品气，对设备系统空间的原料气或不纯产品气进行置换，由于用于置换的产品气纯度高，需置换的时间短，故系统准备时间也非常短。
[0045]本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备用于分离输出产品气的过程中，产生的含水粉尘得以分离、收集，便于集中进行环保处理，废气通过消声排放，对工作环境友好。
[0046]根据本实用新型，通过控制工艺流程中的压力，保证本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备制造出中、高压的高纯度产品气，同时保证在满足纯度要求的压力条件下，设备输出高纯度产品气的流量一直处于最佳状态。避免了现有设备需通过不断调整设备输出的流量，来控制产品气的品质(纯度)，或视产品气的纯度情况，通过不断调节原料气气源流量，控制产品气的输出流量，而造成现有设备内的压力出现大范围波动，使现有设备长时间处在不稳定的状态。也避免了现有设备输出的产品气纯度高于要求时，由于因调节困难(产品气缓冲罐20容积较大，与变压吸附气体分离装置12的输出口输出的产品气有较大的滞后性，加之产品气纯度分析仪22的检测滞后性，不能适时有效调节、检测输出产品气的纯度，调节时间长。)，而不再进行产品气纯度的调节，使输出的产品气纯度，长期处在高于指标要求的状态，从而带来不必要的能源浪费。
[0047]由于本实用新型是通过控制工艺流程中的压力，保证本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备在很短的准备时间里，制造出中、高压的高纯度产品气。当设备处在低气压环境，或气源管路有泄漏现象，或设备的气源压缩机性能变差，排气量减小，只要达到设备可正常工作的最低压力，设备输出的就一定是合格的产品气。如果达不到设备最低的工作压力，不输出产品气，不会有不合格的产品气污染设备的系统和用户的气体管网，本实用新型的设备，环境适应性非常强。
[0048]本实用新型的本实用新型的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，变压吸附气体分离装置12制造的产品气，在输送到产品气增压机28的过程中不降压，产品气在未被减压的情况下，更有利于输送，特别是产品气需要增压存储或增压后使用的情况下，避免了因减压后再增压而造成的非常大的能源浪费。
【权利要求】
1.一种基于PSA技术的高纯、高压制气设备，包括气源压缩机(I)，所述的气源压缩机(I)经气液分离器A (2)、冷冻式干燥机(3)、气液分离器B (4)、过滤器A (5)与气源缓冲罐(8)连通，其特征在于:在过滤器A (5)与气源缓冲罐(8)之间紧邻气源缓冲罐(8)处设置有能控制阀前压力的背压阀A (7);在过滤器A (5)与背压阀A (7)之间设置有气源旁路(6)，所述的气源缓冲罐(8)经气源缓冲罐排气管路(9)、单向阀A (10)与气源旁路(6)相通；所述的气源旁路(6)经阀A(Il)与变压吸附气体分离装置(12)连通；所述的变压吸附气体分离装置(12)经输出管路(15)、背压阀B (18)与产品气缓冲罐(20)连通，所述的产品气缓冲罐(20)经过滤器B (21)连接有背压阀C (23)，所述的背压阀C (23)后连接有产品气输出装置。
2.如权利要求1所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:所述的产品气输出装置包括低压产品气输出装置和中、高压产品气输出装置中的至少一个；所述的低压产品气输出装置包括经管道与背压阀C (23)连通的阀C (26);所述的中、高压产品气输出装置包括与背压阀C (23)直接连接的阀D (27)、与阀D (27)连接的产品气增压机(28)，在产品气增压机(28)后设置有单向阀C (29)和阀F (31);在阀F (31)与单向阀C (29)之间，设置管路与阀E (30)连通。
3.如权利要求2所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:所述的背压阀C (23)与阀D (27)之间设置有阀L (45)，产品气缓冲罐(20)与阀L (45)的排污管经气体回收管路(43)和单向阀D (44)汇集到气源压缩机(I)的二级进气口。
4.如权利要求2所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:在所述的阀F (31)后设置有纯化装置(32)，所述的纯化装置(32)与阀G (33)连通；纯化装置(32)与阀G (33)之间的管路上经阀H (34)连接有中、高压气瓶(35)。
5.如权利要求4所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:所述的中、高压气瓶(35)经减压回充管路(46)与背压阀B (18)的出口管路连通，所述的减压回充管路(46)上设置有阀I (36)和减压阀A (37)。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:所述的变压吸附气体分离装置(12)与背压阀B (18)之间并联有置换气旁路(16)，所述的置换气旁路(16)上设置有单向阀B (17)和节流阀(19)。
7.如权利要求1、2、3、4或5所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:所述的气液分离器A (2)、冷冻式干燥机(3)、气液分离器B (4)、过滤器A (5)的排污管和气源缓冲罐(8)的废气排放管汇集到废液分离收集装置(38)，所述的废液分离收集装置(38)上设置有消声器(39)。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:在所述的过滤器B (21)和背压阀C (23)之间设置有产品气纯度分析仪(22)。
9.如权利要求1、2、3、4或5所述的基于PSA技术的高纯、高压制气设备，其特征在于:在所述的背压阀C (23)后经阀B (24)、减压阀B (40)连接有检测产品气的流量计(25)。
【文档编号】B01D53/047GK203829881SQ201420142395
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】童学志, 柳国庆, 孙贵爱, 缪忠辉, 石卢文, 梁璞玉, 王雪枫, 陈松, 朱芳, 朱永嘉 申请人:安徽华晶机械股份有限公司