一种气体变压吸附装置及包含其的气体提纯装置的制作方法

本实用新型涉及气体制备技术领域，尤其涉及一种气体变压吸附装置及包含其的气体提纯装置。

背景技术：

目前，吸附剂填充方法的变压吸附(PSA)制氧/制氮装置是一种重要的具有广泛应用的气体分离方法，是一种较为先进的气体分离技术，也是低温深冷空分工艺的重要补充，以至少一个或多个吸附剂塔和至少一个或多个储气罐以及流体切换阀门、控制系统等组成的变压吸附装置，主要是依靠分子筛(变压吸附空气分离设备的关键部件)在不同压力下对空气中各组份气体的吸附容量和吸附速率的不同来达到将各组分气体分离的目的。变压吸附空气分离设备分为制氮设备和制氧设备，广泛应用于化工、电子、医疗、煤炭、冶金、食品储存等行业。在变压吸附空气分离设备中，其关键部件分子筛是一种内部含有大量微孔的颗粒状物质(如球型)，因此怕油、水和粉尘。变压吸附(PSA)制氧/制氮装置可以为用户提供一种相对廉价、灵活的氮气纯度范围为90～99.999％(无氧气含量，氧气含量小于5ppm，体积百分比)，氧气纯度范围23～95.7％(体积百分比)的现场供气方法，因这种方法具有灵活、方便、投资少、能耗低、自动化程度高等优点，变压吸附技术自1958年一开始用就得以迅速发展。

变压吸附制氮工作过程主要为吸附、再生、均压、减压、升压及再次吸附。

吸附：压缩空气通过吸附塔，其中水分、二氧化碳和大部分碳氢化合物被分子筛吸收。

再生：低压反流氮通过吸附塔，吸附在分子筛上的水份、二氧化碳和碳氢化合物被低压污氮带走。

均压：需要再生的吸附塔和完成已经再生的吸附塔进行压力平衡，减少切换损失。

减压：吸附塔通过放空消音器减压到接近大气压力。

升压：用压缩空气将再生后的吸附塔升高到吸附压力。一个吸附塔从吸附结束到再次吸附的工作过程如下：

吸附结束——均压——减压——再生冲洗——升压——再次吸附

这样循环往复地工作，罐内分子筛不断的撞击、摩擦，不断的产生粉尘和撞击碎粒，高速气流在管道内，将粉尘和碎粒吹送到装置中各零部件内：

①阀组内运动的阀芯卡死，产生故障；

②小孔节流处被堵死，产生故障；

③影响系统正常工作，使压力下降；

④分子筛撞击、摩擦、减小分子筛的表面积和体积，降低产品气的浓度。

分子筛在吸附塔内会依次受到上升原料空气和逆向解析气的冲击，很容易蠕动，从而粉化，随产品气和解析气排出，整个制氧设备的产量和纯度会因此而下降。传统工艺中一般采用陶瓷球压紧，陶瓷球比重较大，装填完分子筛后，铺一层丝网，然后用粒径不等的陶瓷球填满整个吸附塔剩余空间，再在出口加装过滤装置，压住陶瓷球，防止陶瓷球的外串。

而实际应用中，陶瓷球比重较大，加上出口过滤装置压住陶瓷球，在初期确实可以压住分子筛。但初装的分子筛总有粉尘，随着设备运行，粉尘逐步逃逸，整个床层会有所下降，这时出口过滤装置压不住陶瓷球，陶瓷球会在塔内跳动，加剧分子筛的粉化。陶瓷球压紧会需要定期补充分子筛，甚至更换分子筛。

CN104340961A公开了一种变压吸附制氧设备，采用七阀两步不等势均压流程、低速均压控制技术，减轻了气流对分子筛床层的冲刷，保护分子筛，延长设备使用寿命，去掉制氧设备中分子筛的压紧机构，提高设备可靠性。但是设备结构复杂，对气流速度的稳定性要求较高。

CN206985703U公开了一种同时制取氮氧气体的变压吸附系统，包括制氧系统和制氮系统，制氧系统均为吸附塔和解析塔组成的变压吸附装置，制氮系统为变压吸附装置或除杂装置，制氧系统进气口连接大气，制氧系统排气口连接氧气储备装置，制氧系统解析气出口连接制氮系统，制氧系统解析气出口与制氮系统之间设排气阀。当制氧系统真空抽出含氮量较高的混合气后，根据后续氮气量和系统控制时间来开启或关闭排气阀与进口阀，以调节进入氮气装置的气体的要求，若流量过大，通过排气阀排放至大气；通过制氧系统的吸附时间来开启进口阀的流量，使其进入到制氮系统的解析气中氮气的浓度达到90％以上。但是此装置自动化程度低，需要严格监控，仍无法避免分子筛受气流冲击粉化后对装置的损坏。

因此需要改进吸附装置的结构，有效避免气流分布不均和吸附剂粉化，提高装置的使用寿命，减少装置的故障发生率。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的目的之一在于提供一种气体变压吸附装置，有效避免气流分布不均和吸附剂粉化对装置的损坏，提高装置的使用寿命，减少装置的故障发生率。

为达此目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种气体变压吸附装置，包括刚性腔体，所述刚性腔体由进气区、吸附区和出气区三部分构成，

所述吸附区中设有填满吸附剂颗粒并封装的柔性透气网袋。

本实用新型所述的“包括”，意指其除所述结构外，还可以包括其他结构，这些其他结构赋予所述气体变压吸附装置不同的特性。除此之外，本实用新型所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

本实用新型通过填满吸附剂颗粒并封装的柔性透气网袋，将吸附剂颗粒束缚在耐疲劳的柔性透气网袋中，使得吸附剂颗粒在吸附脱附过程中，均在袋中完成，从而改善了吸附颗粒运动的环境，当气体在装置内往复高速运动时，柔性透气网袋将吸附剂颗粒牢牢地包裹在内，把现有技术中吸附剂颗粒在罐体刚性腔体内运动改为网袋塑性腔体内运动。①减少了吸附剂颗粒的运动空间和撞击距离；②把吸附剂颗粒撞击、摩擦产生的粉尘和碎粒锁在袋内，不进入系统气道、阀门、节流小孔，从而减少故障和提高装置的使用寿命；③由于气流是往复运动的，粉尘、颗粒在空间中处于漂移、悬浮状态，不固定在某个位置，所以能保持布气网袋的气流畅通。

优选地，所述柔性透气网袋的筛网孔径为10～500μm，例如10μm、20μm、50μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm、300μm、320μm、350μm、380μm、400μm、420μm、450μm、480μm或500μm等。

优选地，所述吸附剂颗粒的粒度为2～3mm，例如2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3mm等。这一尺寸范围内的吸附剂颗粒具有高表面积，吸附气体的能力佳，同时在袋内能形成适合的堆积密度，相互运动产生粉尘较少。

优选地，所述柔性透气网袋包括纺织纤维袋。

优选地，所述进气区与所述吸附区以第一布气微孔层为界，所述吸附区与所述出气区以第二布气微孔层为界。

所述进气区设有进气口，用于输入原料气和排出回流余气。

所述出气区设有出气口，用于输出解析气。

本实用新型的装置进行吸附时，关闭出气口，打开进气口，经过加压的原料气从进气口输入进气区，气体经过第一布气微孔层的微孔完成均匀布气后，而后均布的压力气流进入吸附区，经柔性透气网袋的网孔进入袋内与吸附剂颗粒接触和碰撞，吸附剂颗粒具有选择则吸附性，被吸附的气体留在袋内，未被吸附的余气经第一布气微孔层过滤后回流至进气口后排出或收集。吸附完成后进行解析，关闭进气口，打开出气口，减压，被吸附的气体解析，解析气经柔性透气网袋的网孔后再经过第二布气微孔层进行过滤，从出气口输出并收集。

所述刚性腔体的两端分别由第一平盖和第二平盖封头，所述进气口设在第一平盖上，所述出气口设在第二平盖上。平盖具有可拆卸的特点，能方面清理装置和更换部件及吸附剂。

优选地，所述进气区的进气口处设有气体导流板。如此，原料气首先经过导流板进行初步均压，再经过第一布气微孔层进一步均匀布气，两者配合提高了布气效率，且提高了设备稳定性。

优选地，所述刚性腔体包括铝罐。

优选地，所述第一布气微孔层和所述第二布气微孔层各自独立地包括棕垫。

优选地，所述气体变压吸附装置包括立式、卧式或经流式中的任意一种。

作为本实用新型优选的技术方案，所述气体变压吸附装置包括刚性腔体，所述刚性腔体由进气区、吸附区和出气区三部分构成，所述进气区与所述吸附区以第一布气微孔层为界，所述吸附区与所述出气区以第二布气微孔层为界；所述进气区设有进气口，用于输入原料气和排出回流余气；所述出气区设有出气口，用于输出解析气；所述进气区的进气口处和所述出气区的出气口处各设有一气体导流板；所述吸附区中设有填满粒度为2～3mm的吸附剂颗粒并封装的孔径为10～500μm的柔性透气网袋。

第二方面，本实用新型提供一种气体提纯装置，包括如第一方面所述的气体变压吸附装置，所述气体变压吸附装置的进气口连接原料气加压装置，出气口连接解析气储存装置。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

1.本实用新型通过将吸附剂颗粒束缚在耐疲劳的柔性透气网袋中，使得吸附剂颗粒在吸附脱附过程中，均在袋中完成，从而改善了吸附颗粒运动的环境，当气体在装置内往复高速运动时，柔性透气网袋将吸附剂颗粒牢牢地包裹在内，把现有技术中吸附剂颗粒在罐体刚性腔体内运动改为网袋塑性腔体内运动。①减少了吸附剂颗粒的运动空间和撞击距离；②把吸附剂颗粒撞击、摩擦产生的粉尘和碎粒锁在袋内，不进入系统气道、阀门、节流小孔，从而减少故障和提高装置的使用寿命；③由于气流是往复运动的，粉尘、颗粒在空间中处于漂移、悬浮状态，不固定在某个位置，所以能保持布气网袋的气流畅通；

2.本实用新型的构造简单，成本低，广泛适用于多种气体变压吸附，例如空气加压吸附制氧和空气加压吸附制氮等，工艺适应性强。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中气体变压吸附装置的剖面图；

图2为本实用新型实施例1中气体变压吸附装置的局部剖面图。

图中标记示意为：1-进气区、2-吸附区、3-出气区、4、5-棕垫、6-铝罐、11-进气口、12、32-平盖、13、33-气体导流板、21-柔性透气网袋、22-吸附剂颗粒、31-出气口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。但下述的实施例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

实施例1

一种气体变压吸附装置，如图1～2所示，包括铝罐6，铝罐6由进气区1、吸附区2和出气区3三部分构成，铝罐6的两端分别由平盖12和第二平盖32封头，进气区1与吸附区2以棕垫4为界，吸附区2与出气区3以棕垫5为界；进气区1的平盖12上设有进气口11，用于输入原料气和排出回流余气；出气区3的平盖32上设有出气口31，用于输出解析气；进气口11处设有气体导流板13和出气口31处设有气体导流板33；吸附区2中设有孔径为10μm的柔性透气网袋21，粒度为2mm的吸附剂颗粒封装在柔性透气网袋21中并将其填满，吸附剂颗粒为碳分子筛。

本实施例的装置进行吸附时，关闭出气口31，打开进气口11，经过加压的空气从进气口11输入进气区1，气体先经过气体导流板13再经过棕垫4第的微孔完成均匀布气，而后均布的压力气流进入吸附区2，经柔性透气网袋21的网孔进入袋内与吸附剂颗粒接触和碰撞，吸附剂颗粒具有选择则吸附性，被吸附的氮气留在袋内，未被吸附的氧气和其他余气经棕垫4和气体导流板13过滤后回流至进气口11后排出。吸附完成后进行解析，关闭进气口11，打开出气口31，减压，被吸附的氮气解析后经柔性透气网袋21的网孔后再经过棕垫5进行过滤净化，从出气口输出并收集氮气。

实施例2

一种气体变压吸附装置，与实施例1结构类似，不同的是，本实施例中柔性透气网袋的孔径为500μm，吸附剂颗粒的粒径为3mm。

实施例3

一种气体变压吸附装置，与实施例1结构类似，不同的是，本实施例中柔性透气网袋的孔径为100μm，吸附剂颗粒的粒径为2.2mm。

实施例4

一种气体变压吸附装置，与实施例1结构类似，不同的是，本实施例中柔性透气网袋的孔径为300μm，吸附剂颗粒的粒径为2.5mm，吸附剂颗粒为OC60A型吸氧分子筛。

实施例5

一种气体提纯装置，包括实施例1所提供的气体变压吸附装置，气体变压吸附装置的进气口连接空气加压鼓风机，出气口连接氮气储存罐。

本实施例的装置进行吸附时，关闭出气口31，打开进气口11，经过空气加压鼓风机加压的空气从进气口11输入进气区1，气体先经过气体导流板13再经过棕垫4第的微孔完成均匀布气，而后均布的压力气流进入吸附区2，经柔性透气网袋21的网孔进入袋内与吸附剂颗粒接触和碰撞，吸附剂颗粒具有选择则吸附性，被吸附的氮气留在袋内，未被吸附的氧气和其他余气经棕垫4和气体导流板13过滤后回流至进气口11后排出。吸附完成后进行解析，关闭进气口11，打开出气口31，减压，被吸附的氮气解析后经柔性透气网袋21的网孔后再经过棕垫5进行过滤净化，从出气口输出至氮气储存罐将氮气收集。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细工艺设备和工艺流程，但本实用新型并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。