一种低能耗的两塔VPSA制氮系统及其工艺的制作方法

本发明涉及工业制氮，特别地是一种低能耗的两塔vpsa制氮系统及其工艺。

背景技术：

1、目前，常见的以空气为原料进行脱氧富氮的工艺主要包括psa工艺和vpsa工艺。psa和vpsa工艺均是以空气为原料，利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，从而达到脱氧富氮的目的。其中，常规psa制氮工艺采用加压吸附和常压解吸的方式，系统运行压力等级较高，达到0.7-1.0mpa，一方面其压缩系统需要更多的运行能耗，另一方面其系统设备构成较复杂，且存在压力容器的安全管理等问题。而vpsa工艺则采用低压吸附和真空解吸的方式，系统运行压力可降低至0.04-0.10mpa，可明显降低压缩系统运行能耗，也减少了系统设备的构成，避免了压力容器的安全性问题。

2、现有专利文献cn114849424a(一种多塔联用的大型vpsa氮氧联产装置)公开了一种采用了三个氮气吸附塔和三个氧气吸附塔的技术方案，在来气流量大时，多个吸附塔同时运行，制氮效率高。但当来气流量较小时，设备利用率低、制氮系统投资回报率低且所需保养费用高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低能耗的两塔vpsa制氮系统及其工艺，可实现制氮系统吸附塔组的吸附、解吸过程的交互，即在进行脱氧富氮流程时，一个吸附塔可进行吸附，另一吸附塔可同时实现解吸，低压吸附过程和真空解吸过程同时进行，并根据时序控制同步切换运行；与常规psa制氮系统相比，可节约15～20％的运行能耗。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，包括一组吸附塔组；所述吸附塔组主要由两个并联的吸附塔a和吸附塔b组成，在进气端吸附塔a和吸附塔b共同联通一个空气罐，在排气端吸附塔a和吸附塔b分别共同联通一个真空泵和一个缓冲罐；控制任一吸附塔a/b进行低压吸附时，通过真空泵快速对另一吸附塔b/a进行真空解吸，如此完成循环吸附过程，实现氮气产品的连续产出。

4、进一步作为本发明技术方案的改进，所述空气罐与低压空压机连接；低压吸附由低压空压机提供在0.04～0.10mpa范围的低压空气，经由空气罐后进入任一吸附塔中进行吸附，完成吸附后的产品氮气经由缓冲罐向外输出。

5、进一步作为本发明技术方案的改进，真空解吸由真空泵抽取另一吸附塔中的介质，降低吸附塔内压力至-0.04～-0.10mpa范围，实现完全解吸并排出吸附物质。

6、进一步作为本发明技术方案的改进，所述吸附塔a、吸附塔b、空气罐、真空泵和缓冲罐之间通过管道及阀门(二、四、五、七、八、十一、十二)联通。

7、进一步作为本发明技术方案的改进，所述吸附塔a进行吸附时，阀门(二、四)开启，阀门(五、七)关闭，低压空压机提供的低压空气进入空气罐后通过阀门(二、四)进入吸附塔a进行吸附；与此同时，吸附塔b进行解吸，阀门(十二)开启，阀门(十一)关闭，由真空泵抽取吸附塔b中的吸附物质实现解吸所述吸附塔a进行吸附时，阀门(二、四)开启，阀门(五、七)关闭，低压空压机提供的低压空气进入空气罐后通过阀门(二、四)进入吸附塔a进行吸附；与此同时，吸附塔b进行解吸，阀门(十二)开启，阀门(十一)关闭，由真空泵抽取吸附塔b中的吸附物质实现解吸。

8、进一步作为本发明技术方案的改进，所述阀门(二、四、五、七、八、十一、十二)均为电磁阀，通过plc按工艺时序进行控制及切换。

9、进一步作为本发明技术方案的改进，真空解吸过程，控制吸附塔压力在-0.04～-0.10mpa范围内实现完全解吸，在该压力级别下，可实现的循环吸附动能可达常压解吸0.4mpa时的同等水平。

10、进一步作为本发明技术方案的改进，一种低能耗的两塔vpsa制氮工艺，包括以下步骤：

11、步骤s1、原料空气首先经过空气净化单元进行预处理，由低压无油活塞空压机压缩到额定标准0.4mpa-0.5mpa，进入制氮系统为其提供持续稳定气流及压力，为后面的制氮主机提供安全的气源供给；

12、步骤s2、吸附塔a和吸附塔b内装有专用碳分子筛，由控制系统控制自动阀门的开启，洁净的压缩空气进入吸附塔a入口端经碳分子筛向出口端流动时，由于氧气在分子筛上的吸附能力比氮气大，因此被优先吸附；o2、co2和h2o被吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出；

13、步骤s3、吸附塔a内的碳分子筛达到吸附饱和状态自动停止吸附，压缩空气则流入吸附塔b进行氧气吸附得到产品氮气，并对吸附塔a分子筛进行再生；再生时由真空泵对吸附塔内抽真空形成真空度，进行负压脱附，塔内分子筛恢复再吸附能力。

14、与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：

15、1、本发明工艺可实现吸附塔组内各吸附塔吸附和解吸过程的交互工作，保证吸附和解吸过程平稳连续的进行，输出稳定的氮气气流产品。

16、2、本发明工艺设置的真空泵，真空解吸时提供的吸附动能相当于常压解吸0.4mpa时的吸附动能，相较psa工艺可实现节能15％-20％。

17、3、本发明工艺相较psa可在更低压力实现吸附回收率峰值，整体工艺过程压力级别更低，可减少气流对床层冲击，设备使用寿命更长。

18、4、本发明工艺及系统整体运行压力低，未达压力容器管理级别要求，生产管理更便捷，安全性更高。

19、5、本发明工艺所述的系统工作压力下，本系统对空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳等吸附效果可达到峰值，且空气消耗量最低。

20、6、本发明工艺及系统整体运行过程中无油污染风险，设备使用寿命更长，产出产品污染风险小。

21、7、本阀门工艺及系统设备构成简单，可适用于撬装化生产，有利于中小型氮气需求客户使用及管理维护。

技术特征：

1.一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：包括一组吸附塔组；所述吸附塔组主要由两个并联的吸附塔a(3)和吸附塔b(6)组成，在进气端吸附塔a(3)和吸附塔b(6)共同联通一个空气罐(1)，在排气端吸附塔a(3)和吸附塔b(6)分别共同联通一个真空泵(13)和一个缓冲罐(9)；控制任一吸附塔a(3)/b(6)进行低压吸附时，通过真空泵(13)快速对另一吸附塔b(6)/a(3)进行真空解吸，如此完成循环吸附过程，实现氮气产品的连续产出。

2.根据权利要求1所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：所述空气罐(1)与低压空压机连接；低压吸附由低压空压机提供在0.04～0.10mpa范围的低压空气，经由空气罐(1)后进入任一吸附塔中进行吸附，完成吸附后的产品氮气经由缓冲罐(9)向外输出。

3.根据权利要求2所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：真空解吸由真空泵(13)抽取另一吸附塔中的介质，降低吸附塔内压力至-0.04～-0.10mpa范围，实现完全解吸并排出吸附物质。

4.根据权利要求1所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：所述吸附塔a(3)、吸附塔b(6)、空气罐(1)、真空泵(13)和缓冲罐(9)之间通过管道及阀门(2、4、5、7、8、11、12)联通。

5.根据权利要求4所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：所述吸附塔a(3)进行吸附时，阀门(2、4)开启，阀门(5、7)关闭，低压空压机提供的低压空气进入空气罐(1)后通过阀门(2、4)进入吸附塔a(3)进行吸附；与此同时，吸附塔b(6)进行解吸，阀门(12)开启，阀门(11)关闭，由真空泵(13)抽取吸附塔b(6)中的吸附物质实现解吸。

6.根据权利要求4所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：所述阀门(2、4、5、7、8、11、12)均为电磁阀，通过plc按工艺时序进行控制及切换。

7.根据权利要求1所述的一种低能耗的两塔vpsa制氮系统，其特征在于：真空解吸过程，控制吸附塔压力在-0.04～-0.10mpa范围内实现完全解吸，在该压力级别下，可实现的循环吸附动能可达常压解吸0.4mpa时的同等水平。

8.一种低能耗的两塔vpsa制氮工艺，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种低能耗的两塔VPSA制氮系统及其工艺，系统包括一组吸附塔组；所述吸附塔组主要由两个并联的吸附塔A和吸附塔B组成，在进气端吸附塔A和吸附塔B共同联通一个空气罐，在排气端吸附塔A和吸附塔B分别共同联通一个真空泵和一个缓冲罐；控制任一吸附塔A/B进行低压吸附时，通过真空泵快速对另一吸附塔B/A进行真空解吸，如此完成循环吸附过程，实现氮气产品的连续产出；本发明可实现制氮系统吸附塔组的吸附、解吸过程的交互，即在进行脱氧富氮流程时，一个吸附塔可进行吸附，另一吸附塔可同时实现解吸，低压吸附过程和真空解吸过程同时进行，并根据时序控制同步切换运行；与常规PSA制氮系统相比，可节约15～20％的运行能耗。

技术研发人员：王玉军,史洲剑,徐文东,叶国兵,肖立,丁际昭
受保护的技术使用者：双璞科技（佛山）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10