空气纯化系统的制作方法

本实用新型实施例涉及空分技术，尤其涉及一种空气纯化系统。

背景技术：

空气精馏前需要清除其中的水分、二氧化碳及碳氢化合物等杂质，保证空分设备安全高效地运行，空分装置一般采用变温吸附空气纯化系统。空气纯化系统是利用分子筛做吸附剂，吸附原料气体的杂质，进而达到纯化原料气体的目的。

在整个吸附过程中，分子筛吸附塔严格按照吸附净化循坏(即吸附—解吸—吸附)工作，当吸附系统失去吸附能力时，对吸附塔进行切换，进入解吸再生阶段，以恢复吸附能力。

现有的空气纯化系统缺乏对纯化过程中各环节进行全方位监控的模块，无法实时获取各环节运行情况，同时也无法做到本质安全，存在较大的安全生产隐患。

技术实现要素：

本实用新型提供一种空气纯化系统，以实现实时了解纯化过程中各环节运行情况，同时提高空气纯化系统运行的安全性的目的。

本实用新型实施例提供了一种空气纯化系统，该空气纯化系统包括压缩及预冷模块、两个吸附塔、精馏模块、再生气输入模块、气体排放模块、原料参数检测模块、吸附塔参数检测模块、再生气参数检测模块、产品参数检测模块和监控报警模块；

所述吸附塔包括相对设置的第一端口和第二端口；所述吸附塔参数检测模块与所述吸附塔相连；

各所述吸附塔的所述第一端口经过所述原料参数检测模块与所述压缩及预冷模块相连，同时各所述吸附塔的第一端口与所述气体排放模块相连；

各所述吸附塔的所述第二端口经过所述产品参数检测模块与所述精馏模块相连，同时各所述吸附塔的所述第二端口经过所述再生气参数检测模块与所述再生气输入模块相连；

所述监控报警模块与所述原料参数检测模块、所述吸附塔参数检测模块、所述再生气参数检测模块以及所述产品参数检测模块均相连。

进一步地，还包括：进气阀、产品阀、再生气进气阀、泄压阀以及再生气排放阀；

所述进气阀设置于所述原料参数检测模块与所述吸附塔的所述第一端口之间；

所述产品阀设置于所述产品参数检测模块与所述吸附塔的所述第二端口之间；

所述再生气进气阀设置于所述再生气参数检测模块与所述吸附塔的所述第二端口之间；

所述泄压阀设置于所述吸附塔的所述第一端口与所述气体排放模块之间；

所述再生气排放阀设置于所述吸附塔的所述第一端口与所述气体排放模块之间；

所述监控报警模块与所述进气阀、所述产品阀、所述再生气进气阀、所述泄压阀以及所述再生气排放阀均相连。

进一步地，所述原料参数检测模块包括空气露点在线分析仪和第一流量传感器。

进一步地，所述吸附塔参数检测模块包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器以及第一压力传感器；

所述第一温度传感器与所述吸附塔的所述第一端口相连；所述第二温度传感器与所述吸附塔的所述第二端口相连；所述第三温度传感器与所述吸附塔中的吸附腔室相连；所述压力传感器与所述吸附塔的所述第二端口相连。

进一步地，所述再生气参数检测模块包括第二压力传感器、第四温度传感器、和第二流量传感器；

所述再生气输入模块包括加热单元；

所述加热单元与所述第四温度传感器和所述第二流量传感器均相连。

进一步地，所述产品参数检测模块包括产品气组分在线分析仪。

进一步地，所述监控报警模块包括处理器、控制单元、报警单元；

所述处理器与所述原料参数检测模块、所述吸附塔参数检测模块、所述再生气参数检测模块以及所述产品参数检测模块均相连；

所述控制单元与所述进气阀、所述产品阀、所述再生气进气阀、所述泄压阀以及所述再生气排放阀均相连；

所述处理器与所述控制单元和报警单元均相连。

本实用新型实施例通过增设再生气输入模块、气体排放模块、原料参数检测模块、吸附塔参数检测模块、再生气参数检测模块、产品参数检测模块和监控报警模块，解决了现有的空气纯化系统缺乏对纯化过程中各环节进行全方位监控的模块，无法实时获取各环节运行情况，同时也无法做到本质安全，存在较大的安全生产隐患的问题，实现对纯化过程的各个阶段、各个环节进行全方位监控，实时了解纯化过程中各环节运行情况，发现异常状态时，自动采取相应动作，并发出声光报警，提高空气纯化系统运行的安全性的效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种空气纯化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型提供的一种空气纯化系统的结构示意图。参见图1，该空气纯化系统，包括压缩及预冷模块11、两个吸附塔12、精馏模块13、再生气输入模块14、气体排放模块15、原料参数检测模块21、吸附塔参数检测模块22、再生气参数检测模块23、产品参数检测模块24和监控报警模块(图1中未示出)。

吸附塔12包括相对设置的第一端口121和第二端口122；吸附塔参数检测模块22与吸附塔12相连；各吸附塔12的第一端口121经过原料参数检测模块21与压缩及预冷模块11相连，同时各吸附塔12的第一端口121与气体排放模块15相连；各吸附塔12的第二端口122经过产品参数检测模块24与精馏模块13相连，同时各吸附塔12的第二端口122经过再生气参数检测模块23与再生气输入模块14相连；监控报警模块与原料参数检测模块21、吸附塔参数检测模块22、再生气参数检测模块23以及产品参数检测模块24均相连。

空气纯化系统中，吸附塔12中设置有分子筛。在该空气纯化系统运行的过程中，包括吸附过程和分子筛再生过程。吸附过程具体是指利用分子筛吸收原料气体(即经压缩及预冷模块11输入的空气)中的杂质气体(如水蒸气、二氧化碳、乙炔、丙烯、丁烷以及丁烯等)的过程。分子筛再生过程是指，将杂质气体从分子筛上脱附的过程，其目的是为了恢复分子筛的吸附能力，进而为分子筛进入下一次吸附过程做准备。

利用原料参数检测模块21可以对压缩及预冷模块11输出的原料气体的参数进行监控，基于该原料气体的参数预估吸附塔12的吸附负荷的大小，进而为调整吸附时间提供参考。利用吸附塔参数检测模块22可以对吸附过程中吸附塔12中分子筛吸附的杂质含量进行预估。另外，利用吸附塔参数检测模块22可以对分子筛再生过程中分子筛再生情况进行预估。利用再生气参数检测模块23可以对分子筛再生过程中分子筛再生情况进行预估。利用产品参数检测模块24可以对产品气体的品质进行检测。监控报警模块用于基于原料参数检测模块21、吸附塔参数检测模块22、再生气参数检测模块23以及产品参数检测模块24检测结果，实时调整各阶段的运行时长、针对各异常情况及时发出报警信号等。

综上，本实用新型实施例提供的空气纯化系统，可以对纯化过程的各个阶段、各个环节进行全方位监控，实时了解纯化过程中各环节运行情况，发现异常状态时，自动采取相应动作，并发出声光报警，提高空气纯化系统运行的安全性。

继续参见图1，该空气纯化系统还包括：进气阀31、产品阀32、再生气进气阀33、泄压阀34以及再生气排放阀35。进气阀31设置于原料参数检测模块21与吸附塔12的第一端口121之间；产品阀32设置于产品参数检测模块24与吸附塔12的第二端口122之间；再生气进气阀33设置于再生气参数检测模块23与吸附塔12的第二端口122之间；泄压阀34设置于吸附塔12的第一端口121与气体排放模块15之间；再生气排放阀35设置于吸附塔12的第一端口121与气体排放模块15之间；监控报警模块与进气阀31、产品阀32、再生气进气阀33、泄压阀34以及再生气排放阀35均相连。

通过在该空气纯化系统中设置进气阀31、产品阀32、再生气进气阀33、泄压阀34以及再生气排放阀35，可以利用监控报警模块监控进入每一阶段各阀门(包括进气阀31、产品阀32、再生气进气阀33、泄压阀34以及再生气排放阀35)的状态是否正确开启或关系，若存在某一个或几个阀门状态不正确，监控报警模块发出声光报警，同时计时器自动作暂停处理。

可选地，该监控报警模块可以调整各阀门处于的开启或关闭的状态，进而使得空气纯化系统工作于不同的阶段中，以实现该空气纯化系统的自动化运行。

可选地，在本实施例中，泄压阀34与再生气排放阀35为不同的阀门，这仅是本申请的一个具体示例，而非对本申请的限制。在另一些实施例中，泄压阀34与再生气排放阀35可以为同一个阀门。

进一步地，继续参见图1，该空气纯化系统中，原料参数检测模块21包括空气露点在线分析仪211和第一流量传感器212。这样，利用空气露点在线分析仪211的检测参数可以判断由压缩及预冷模块11输送过来的空气的含湿量，利用第一流量传感器212的检测参数可以判断由压缩及预冷模块11输送过来的空气的空气量，进而基于该含湿量和空气量，判断吸附塔12吸附负荷的大小，从而预估吸附阶段需要的运行时长。

进一步地，继续参见图1，该空气纯化系统中，吸附塔参数检测模块22包括第一温度传感器221、第二温度传感器222、第三温度传感器223以及第一压力传感器224。第一温度传感器221与吸附塔12的第一端口121相连；第二温度传感器222与吸附塔12的第二端口122相连；第三温度传感器223与吸附塔12中的吸附腔室相连；压力传感器224与吸附塔12的第二端口122相连。

在吸附过程中，吸附压力越大，分子筛的吸附容量越大，吸附效果越好。利用第一压力传感器224可以监测吸附塔12的吸附压力，进而评估吸附塔12吸附效果。由于吸附是一个放热的过程，通过监测温升(即温度升高的数值)，可以判断被吸附的杂质含量。为了监测被吸附的杂质含量，同时要保证吸附塔12不能穿透(即从吸附塔12出来的气体含有的杂质含量要达标，不能含有超标的杂质)，通过设置第三温度传感器223用于监测吸附塔12分子筛床层中部温度。通过监控第三温度传感器223相比于第一温度传感器221的温升，以监视吸附塔12下部分子筛吸附的杂质含量。通过监控第二温度传感器222相较于第三温度传感器223的温升，以监视吸附塔12-上部分子筛吸附的杂质含量；通过第二温度传感器222相较于第一温度传感器221的温升，以监视吸附塔12吸附的总的杂质含量。

类似地，在分子筛再生过程中，压力和温度同样影响分子筛脱附的效果。根据第一温度传感器221、第二温度传感器222、第三温度传感器223以及第一压力传感器224检测结果，可以评价整个吸附塔分子筛的再生情况。

进一步地，继续参见图1，该空气纯化系统中，再生气参数检测模块23包括第二压力传感器231、第四温度传感器232以及第二流量传感器233；再生气输入模块14包括加热单元141；加热单元141与第四温度传感器232和第二流量传感器233均相连。

由于在分子筛再生过程中，分子筛吸附容量(或饱和吸附量)随着温度的升高而降低，分子筛的再生需要一定的再生温度才得以保证，因此需要再生气携带一定的热量。同时分子筛的再生还与再生气的压力、流量相关。第二压力传感器231、第四温度传感器232以及第二流量传感器233分别用于监测由再生气输入模块14输送来的再生气的压力、温度和流量。加热单元141用于对再生气进行加热。设置加热单元141与第四温度传感器232和第二流量传感器233均相连，可以通过第四温度传感器232单回路控制加热单元141的启停。例如，当再生气温度高于设定温度时，令加热单元141停止运行，以降低能耗。第二流量传感器233同样可以控制加热单元141的启停。例如，若第二流量传感器233测得的流量过低，加热单元141会连锁停止，以防止加热单元141干烧而损坏。

进一步地，产品参数检测模块24包括产品气组分在线分析仪241。产品气组分在线分析仪241主要作用是分析产品气成分及含量，其具体可以用于分析水蒸气、二氧化碳、乙炔、丙烯、丁烷以及丁烯等，进而判断产品是否合格。

需要说明的是，继续参见图1，在实际中，产品气组分在线分析仪241往往只能对特定温度下的产品气成分进行分析。由于产品气组分在线分析仪241通常不具备温度检测功能，为了保证产品气组分在线分析仪241能够正常运行，可以利用第二温度传感器222对产品气的温度进行检测。

可选地，该空气纯化系统中，监控报警模块包括处理器、控制单元、报警单元。处理器与原料参数检测模块21、吸附塔参数检测模块22、再生气参数检测模块23以及产品参数检测模块24均相连。控制单元与进气阀31、产品阀32、再生气进气阀33、泄压阀34以及再生气排放阀35均相连。处理器与控制单元和报警单元均相连。这样，处理器可以根据原料参数检测模块21、吸附塔参数检测模块22、再生气参数检测模块23以及产品参数检测模块24的检测结果对当前吸附塔12的运行状态进行整体监测评估，在吸附塔12出现异常时，自动采取相应动作(如自动控制吸附塔12是否进入下一运行阶段)，并发出声光报警，提醒作业人员。

下面结合图1，以吸附塔12-A处于吸附过程，同时吸附塔12-B处于再生过程为例,对本实用新型提供的空气纯化系统的工作过程进行详细说明。

在吸附过程，从压缩及预冷模块11过来的空气经进气阀31-A进入吸附塔12-A，吸附后的气体经产品阀32-A到后续精馏模块13。

在压缩及预冷模块11与进气阀31之间的总的进气管道上设置有空气露点在线分析仪211和第一流量传感器212，分别监控从压缩及预冷模块11过来的空气露点和原料空气量，以判断过来的空气量和含湿量，从而判断吸附塔吸附负荷的大小，从而为调整吸附时间提供参考；在产品阀32-A和精馏模块13之间的总的产品管道上设置有产品气组分在线分析仪241，监控产品气组分含量，以判断产品气是否合格，杂质是否穿透吸附塔分子筛床层。

在进气阀31-A和吸附塔12-A之间，靠近吸附塔12-A进口(即第一端口121)一侧管路上安装有第一温度传感器221-A，在产品阀32-A和吸附塔12-A之间，靠近吸附塔12-A出口(即第二端口122)一侧的管路上，安装有第二温度传感器222-A和第一压力传感器224-A，吸附塔12-A分子筛床层中部安装有第三温度传感器223-A。因为压力一定的一定量气体，温度越高，其饱和水汽压越高，而压缩及预冷模块11输出的原料气体往往接近饱和态，故其水汽含量也越高。通过第一温度传感器221-A监控进吸附塔12-A前的空气温度，辅助判断吸附塔吸附负荷的大小。第三温度传感器223-A监控吸附塔12-A分子筛床层中部温度，通过监控其相比于第一温度传感器221-A的温升，以监视吸附塔12-A下部分子筛吸附的杂质含量。第二温度传感器222-A监控吸附塔12-A出口气体温度，通过第二温度传感器222-A相较于第三温度传感器223-A的温升，以监视吸附塔12-A上部分子筛吸附的杂质含量；通过第二温度传感器222-A相较于第一温度传感器221-A的温升，以监视吸附塔12-A吸附的总的杂质含量。第一压力传感器224-A监控吸附塔12-A的吸附压力，理论上而言，吸附压力越高，分子筛的吸附容量越大，吸附效果越好。

吸附塔12-B分子筛再生过程包括泄压，加热，冷吹，均压，并联五个阶段，每一阶段均进行时间的监控计时。

1)泄压阶段

泄压阀34-B受程序控制打开，其余阀门关闭。吸附塔12-B内气体经泄压阀34-B由气体排放模块15泄放出去，压力降低至近乎常压。可选地，气体排放模块15包括消音器151，以降低泄压过程中产生的噪声。由于吸附容量(或饱和吸附量)随着压力的下降而降低，泄压过程中，被吸附的杂质会被解吸出来，从泄压阀34-B泄放出去，分子筛的部分活性表面得以释放。其泄压过程以泄压末期第一压力传感器224-B测得的吸附塔12-B内压力为评价指标，当泄压末期第一压力传感器224-B测得压力高于要求的设定值时，泄压过程自动作延时处理，并发出声光报警。

2)加热阶段

加热单元141启动工作，再生气由加热单元141加热后，经再生气进气阀33-B进入吸附塔12-B，参与分子筛再生后，经再生气排放阀35-B由气体排放模块15排出。

由于吸附容量(或饱和吸附量)随着温度的升高而降低，分子筛的再生需要一定的再生温度才得以保证，即需要再生气携带一定的热量。第四温度传感器232、第二压力传感器231、第二流量传感器233分别监控经加热单元141加热后的再生气温度、压力和流量。通过第四温度传感器232单回路控制加热单元141的启停。同时，若第二流量传感器233测得的流量过低，加热单元141会连锁停止，以防止加热单元141干烧而损坏设备。

第二温度传感器222-B监控进吸附塔12-B的再生气温度，其与第四温度传感器232测得的温度相接近，此温度逐渐升高，直至达到第四温度传感器232的控制设定温度。第三温度传感器223-B监控吸附塔12-B中部分子筛床层温度，以监视床层中部的受热情况。第一温度传感器221-B监控出吸附塔12-B的再生气温度，以此评价整个吸附塔分子筛的再生情况。由于被吸附杂质的解吸过程是吸热效应，此温度会先下降后上升。因此第一温度传感器221-B在加热初期的最低温度和加热末期的温度尤为重要。当加热末期第一温度传感器221-B测得的温度低于要求的设定值时，加热过程自动作延迟处理，并发出声光报警。

3)冷吹阶段

加热单元141停止工作，再生气流路与加热阶段相同。第四温度传感器232、第二压力传感器231、第二流量传感器233分别监控再生气温度、压力和流量。

进入此阶段，第二温度传感器222-B的温度会随着第四温度传感器232的温度逐渐下降。由于在加热阶段，较多的热量会被储存在吸附塔12-B的中上部，进入冷吹阶段，再生气的不断进入，会将热量逐步向下传递，第一温度传感器221-B的温度会逐步上升，直至达到最高值；之后由于吸附塔12-B内热量的不断带出，第一温度传感器221-B的温度会逐渐下降，直至接近第四温度传感器232的温度。因此第一温度传感器221-B在冷吹中期的峰值温度和冷吹末期的温度，就作为整个吸附塔分子筛再生好坏的评价指标。当冷吹末期第一温度传感器221-B测得的温度高于要求的设定值时，冷吹过程自动作延迟处理，并发出声光报警。

4)均压阶段

可选地，该空气纯化系统还包括均压调节阀41和均压手阀42，吸附塔12-A的第二端口122经压调节阀41和均压手阀42与吸附塔12-B的第二端口122连接。进一步，均压手阀42在吸附和所有的再生过程中都是保持一定程度的常开。只是均压调节阀41仅在均压阶段逐步全开。均压手阀42设置的意义在于配合均压调节阀41控制均压管路的流量，以控制均压过程的快慢(即控制一个吸附塔的升压速度，以及另一个吸附塔的降压速度)，减小均压过程引起的压力波动对后续精馏模块13的影响。

在均压阶段，吸附塔12-B所有调节阀关闭，均压调节阀41打开，均压手阀42自始至终保持一定程度的常开。

从吸附塔12-A出来的一小部分产品气经均压调节阀41、均压手阀42到达吸附塔12-B，直至吸附塔12-B压力与吸附塔12-A压力相近，为吸附塔12-B投入吸附过程作铺垫，以减小吸附塔12-B进入吸附过程时的床层冲击。均压末期，第一压力传感器224测得的吸附塔12-A压力与第一压力传感器224测得的吸附塔12-B压力的差值，是衡量均压过程好坏的评价指标。当这个差值大于要求的设定值时，均压过程自动作延迟处理，并发出声光报警。

5)并联阶段

因为吸附塔12-B中的分子筛，除对极性分子如水和二氧化碳等具有较强的吸附能力外，对氮气和氧气也有一定的吸附作用。均压过程是一个压力上升的过程，随着压力升高，分子筛的静吸附容量增大，还会有更多的氮气和氧气被分子筛所吸附。负荷增大，吸附热增多，而这种热就暂时储存在分子筛中。当均压后的纯化气直接转为使用时，空气将分子筛床层的热量带出来，第二温度传感器222-B测得的空气温度上升，对后续系统极为不利。为减弱这种不利影响，增加了一个并联步骤。即刚再生过的吸附塔12-B投入使用后，原在吸附工作的吸附塔12-A继续使用，并列运行一段时间。这样由于从吸附塔12-A出来的空气温度是较低的，混合在一起的空气温度也就不至于会像单独使用吸附塔12-B那样高。因此，第二温度传感器222-B测得的空气温度作为监控指标，对并联过程具有很强的评价意义。

需要说明的是，分子筛再生过程的五个阶段，每一个阶段均有时间设定和计时。例如，泄压阶段，当时间走完，系统监测到吸附塔压力高于要求的设定值时，系统发出声光报警，并自动延时(如延时15分钟或20分钟)，继续泄压。若延时处理之后，第一压力传感器224-B测得压力低于或等于设定值，则系统自动进入下一步，即加热过程，并开启计时。若延时处理后仍然高于设定值，则系统停止动作，并发出声光报警，提示操作者出现系统故障。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。