專利名稱：變壓吸附氣體分離裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓吸附氣體分離裝置，尤其涉及該裝置的結(jié)構(gòu)及其控制變壓吸 附分離裝置的方法。
背景技術(shù)：
用固定吸附劑床層進(jìn)行變壓吸附分離混合氣體的設(shè)備，其最常用的方法是用固定 的吸附周期。其工作原理是當(dāng)一只裝有吸附劑的容器(簡(jiǎn)稱吸附塔)在升高壓力產(chǎn)氣時(shí)， 同時(shí)另一只吸附塔在放空降壓解吸再生，通過(guò)固定的吸附周期來(lái)切換兩塔的工作方式，每 個(gè)塔各完成一次產(chǎn)氣和解吸再生稱之為一個(gè)吸附周期；如此交替循環(huán)工作，不斷生成產(chǎn)品 氣，工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1、控制時(shí)序見(jiàn)圖2，圖中第二截止閥LV2、第三截止閥LV3。原料氣進(jìn)入變壓吸附空分裝置，A吸附塔開(kāi)始工作，氣動(dòng)閥QV5、8、9、1(i打開(kāi)，B塔向A 塔均壓(不等式均壓)后關(guān)閉氣動(dòng)閥QV5、8、9，然后打開(kāi)氣動(dòng)閥QV1A11，A吸附塔進(jìn)入工作狀 態(tài)，產(chǎn)品氣由管道流入緩沖罐C產(chǎn)品氣體輸入各用戶，產(chǎn)品氣另一部分通過(guò)第一截止閥LV1 進(jìn)入B吸附塔脫附再生通過(guò)氣動(dòng)閥QV4放空到大氣。A塔運(yùn)行到設(shè)定時(shí)間后切換B吸附塔工 作，B吸附塔開(kāi)始工作氣動(dòng)閥QV6、7、9、1(i打開(kāi)，A塔向B塔均壓(不等式均壓)后關(guān)閉氣動(dòng)閥 QV6i7il0,然后打開(kāi)氣動(dòng)閥QV2、3、12，B吸附塔進(jìn)入工作狀態(tài)，產(chǎn)品氣由管道流入緩沖罐C產(chǎn)品氣 體輸入各用戶，產(chǎn)品氣另一部分通過(guò)第一截止閥LV1進(jìn)入A吸附塔脫附再生通過(guò)氣動(dòng)閥QV3 放空到大氣。兩塔交替工作一次為一個(gè)周期，以上氣動(dòng)閥動(dòng)作及控制切換時(shí)間均有PLC設(shè) 定后自動(dòng)控制，原料氣進(jìn)入變壓吸附空分裝置反復(fù)循環(huán)此周期得到合格氣體輸送至用戶。采用上述結(jié)構(gòu)的固定吸附周期是針對(duì)設(shè)備額定的產(chǎn)氣量、純度、壓力下而特定的 一個(gè)值，只有在裝置產(chǎn)氣量不變的情況下，產(chǎn)品氣的純度才能穩(wěn)定，吸附劑才能夠被充分利 用。隨著變壓吸附技術(shù)的不斷更新，在工業(yè)化工行業(yè)需求量的增加，所需實(shí)際產(chǎn)氣量較大時(shí) 變壓吸附分離設(shè)備就需要隨產(chǎn)氣量的增大而增大(考慮分子篩吸附性能需將吸附塔高徑 比做大)。當(dāng)吸附劑使用在相同的吸附周期內(nèi)和不同大小的設(shè)備時(shí)這類氣體分離裝置就會(huì) 產(chǎn)生如下的缺點(diǎn)1、吸附劑沒(méi)有得到充分再生，使此時(shí)的分子篩產(chǎn)氣率下降，導(dǎo)致實(shí)際額定設(shè)備產(chǎn) 氣量下降、當(dāng)用戶開(kāi)啟設(shè)備額定設(shè)計(jì)產(chǎn)氣量時(shí)純度隨之下降；2、由于均壓后吸附器內(nèi)部壓力相對(duì)較高，分子篩吸附的氣體還未隨壓力降低而解 吸，此時(shí)打開(kāi)吹掃氣隨放空管路一并放空，造成回吹產(chǎn)品氣浪費(fèi)。3、只適用產(chǎn)氣量小的空分設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種變壓吸附氣體分離裝置，旨在解決上述 的問(wèn)題；本發(fā)明還提供了一種采用上述變壓吸附氣體分離裝置的控制方法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的裝置包括第一吸附塔和第二吸附塔并列放置于地基上，一根四通管道 分別連接第一吸附塔的底部、第一管道氣動(dòng)閥、第三管道氣動(dòng)閥以及第三管道氣動(dòng)閥的一 端，在第一吸附塔中部連接第七管道氣動(dòng)閥的一端，一根三通管道分別連接第一吸附塔頂 部、第九管道氣動(dòng)閥以及第十一管道氣動(dòng)閥；用一根四通管道分別連接第二吸附塔底部、第 二管道氣動(dòng)閥、第四管道氣動(dòng)閥以及第六管道氣動(dòng)閥的一端，在第二吸附塔中部連接第八 管道氣動(dòng)閥的一端，一根三通管道分別連接第二吸附塔頂部、第十管道氣動(dòng)閥以及第十二 管道氣動(dòng)閥的一端；一根三通管道分別與氣源進(jìn)口、第一管道氣動(dòng)閥的另一端以及第二管 道氣動(dòng)閥的另一端連接；一根三通管道分別連接第九管道氣動(dòng)閥的另一端、第十管道氣動(dòng) 閥的另一端以及第一截止閥的一端，一根四通管道分別連接第十一管道氣動(dòng)閥的另一端、 第十二管道氣動(dòng)閥以及第一截止閥的另一端以及第二截止閥的一端；兩通管道分別連接第 二截止閥的另一端和緩沖罐進(jìn)口，緩沖罐出口與第三截止閥連接；還包括一根五通管道 分別連接第五管道氣動(dòng)閥的另一端、第六管道氣動(dòng)閥的另一端、第七管道氣動(dòng)閥的另一端、 第八管道氣動(dòng)閥的另一端以及第十三管道氣動(dòng)閥的一端；一根四通管道分別連接第三管道 氣動(dòng)閥的另一端、第四管道氣動(dòng)閥的另一端、排空消音器的進(jìn)口以及第十三管道氣動(dòng)閥的 另一端。本發(fā)明的控制方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的打開(kāi)第五管道氣動(dòng)閥、第八管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道氣動(dòng)閥，B 塔向A塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉氣動(dòng)閥第五管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第 十管道氣動(dòng)閥，同時(shí)打開(kāi)第一管道氣動(dòng)閥、第四管道氣動(dòng)閥、第八管道氣動(dòng)閥、第十一管道 氣動(dòng)閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，A塔工作，B塔中、下部同時(shí)放空吸附劑吸附氣體再生；B塔放空3s后關(guān)閉B塔中部放空第八管道氣動(dòng)閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，A塔正 常工作，B塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；A塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉B塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥；A塔繼續(xù)工作 Is后切換B塔工作。打開(kāi)氣動(dòng)閥第六管道氣動(dòng)閥、第七管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道氣 動(dòng)閥，A塔向B塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉第六管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道 氣動(dòng)閥，同時(shí)打開(kāi)第二管道氣動(dòng)閥、第三管道氣動(dòng)閥、第七管道氣動(dòng)閥、第十二管道氣動(dòng)閥 以及第十三管道氣動(dòng)閥，B塔工作，A塔中、下部同時(shí)放空吸附劑吸附氣體再生；A塔放空3s后關(guān)閉A塔中部放空第七管道氣動(dòng)閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，B塔正 常工作，A塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；B塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉A塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥；B塔繼續(xù)工作 Is后切換A塔工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是加速再生吸附劑的脫附時(shí)間，保證再生吸 附劑完全脫附為下一次吸附做好基礎(chǔ)，提高分子篩吸附性能。節(jié)約吹掃再生的成品氣，減少 脫附放空氣，縮短放空時(shí)間、減少空氣耗量，降低了用戶運(yùn)行能耗和生產(chǎn)成本，并使產(chǎn)品氣 純度、壓力穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品氣質(zhì)量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中變壓吸附氣體分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中變壓吸附氣體分離裝置氣動(dòng)閥之間的時(shí)序表；圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中管道用氣動(dòng)閥之間的時(shí)序表；圖5是采用圖1和圖3放空曲線的比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的裝置包括第一吸附塔A和第二吸附塔B并列放置于地基上，一根四通管 道分別連接第一吸附塔A的底部、第一管道氣動(dòng)閥QV1、第三管道氣動(dòng)閥QV3以及第三管道氣 動(dòng)閥QV5的一端，在第一吸附塔A中部連接第七管道氣動(dòng)閥QV7的一端，一根三通管道分別 連接第一吸附塔A頂部、第九管道氣動(dòng)閥QV9以及第十一管道氣動(dòng)閥QV11 ；用一根四通管道 分別連接第二吸附塔B底部、第二管道氣動(dòng)閥QV2、第四管道氣動(dòng)閥QV4以及第六管道氣動(dòng) 閥QV6的一端，在第二吸附塔B中部連接第八管道氣動(dòng)閥QV8的一端，一根三通管道分別連 接第二吸附塔B頂部、第十管道氣動(dòng)閥QVltl以及第十二管道氣動(dòng)閥QV12的一端；一根三通管 道分別與氣源進(jìn)口、第一管道氣動(dòng)閥QV1的另一端以及第二管道氣動(dòng)閥QV2的另一端連接； 一根三通管道分別連接第九管道氣動(dòng)閥QV9的另一端、第十管道氣動(dòng)閥QVltl的另一端以及 第一截止閥LV1的一端，一根四通管道分別連接第十一管道氣動(dòng)閥QV11的另一端、第十二管 道氣動(dòng)閥QV12以及第一截止閥LV1的另一端以及第二截止閥LV2的一端；兩通管道分別連接 第二截止閥LV2的另一端和緩沖罐C進(jìn)口，緩沖罐C出口與第三截止閥LV3連接；還包括一 根五通管道分別連接第五管道氣動(dòng)閥QV5的另一端、第六管道氣動(dòng)閥QV6的另一端、第七管 道氣動(dòng)閥QV7的另一端、第八管道氣動(dòng)閥QV8的另一端以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13的一端； 一根四通管道分別連接第三管道氣動(dòng)閥QV3的另一端、第四管道氣動(dòng)閥QV4的另一端、排空 消音器P的進(jìn)口以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13的另一端。本發(fā)明在原有技術(shù)上增加中部放空管道氣動(dòng)閥QV13,氣動(dòng)閥QV13在設(shè)備中位置可 參照?qǐng)D3。具體管道連接方法原有管道氣動(dòng)閥QVp12位置不變，將連接管道氣動(dòng)閥QV5、6、7、 8的四通管道更改為五通，五通管道分別連接管道氣動(dòng)閥QV5、6、7、8、13，將原有連接管道氣動(dòng)閥 QV3、4和排空消音器的三通管道更改為四通管道，分別連接管道氣動(dòng)閥QV13另一端、管道氣 動(dòng)閥QV3、4和排空消音器，其它管道不做更改。具體管道氣動(dòng)閥開(kāi)啟、關(guān)閉通過(guò)PLC程序控 制，具體動(dòng)作時(shí)間，順序可參照?qǐng)D4時(shí)序表。本發(fā)明的控制方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的打開(kāi)第五管道氣動(dòng)閥QV5、第八管道氣動(dòng)閥QV8、第九管道氣動(dòng)閥QV9以及第十管道 氣動(dòng)閥QVltl，B塔向A塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉氣動(dòng)閥第五管道氣動(dòng)閥QV5、第九管道氣動(dòng)閥QV9 以及第十管道氣動(dòng)閥QVltl，同時(shí)打開(kāi)第一管道氣動(dòng)閥QV1、第四管道氣動(dòng)閥QV4、第八管道氣 動(dòng)閥QV8、第十一管道氣動(dòng)閥QV11以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13, A塔工作，B塔中、下部同時(shí)放 空吸附劑吸附氣體再生；B塔放空3s后關(guān)閉B塔中部放空第八管道氣動(dòng)閥QV8以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13,A塔正常工作，B塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；A塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉B塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥QV4 ;A塔繼續(xù)工 作Is后切換B塔工作。打開(kāi)氣動(dòng)閥第六管道氣動(dòng)閥QV6、第七管道氣動(dòng)閥QV7、第九管道氣動(dòng)閥QV9以及第 十管道氣動(dòng)閥QVltl，A塔向B塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉第六管道氣動(dòng)閥QV6、第九管道氣動(dòng)閥QV9以及 第十管道氣動(dòng)閥QVltl，同時(shí)打開(kāi)第二管道氣動(dòng)閥QV2、第三管道氣動(dòng)閥QV3、第七管道氣動(dòng)閥 QV7、第十二管道氣動(dòng)閥QV12以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13, B塔工作，A塔中、下部同時(shí)放空吸 附劑吸附氣體再生；A塔放空3s后關(guān)閉A塔中部放空第七管道氣動(dòng)閥QV7以及第十三管道氣動(dòng)閥QV13, B塔正常工作，A塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；B塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉A塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥QV4 ;B塔繼續(xù)工 作Is后切換A塔工作。在圖4中N為延時(shí)開(kāi)啟再生塔吹掃氣氣動(dòng)閥。N為延時(shí)開(kāi)啟時(shí)間(該時(shí)間段為不 定值，可根據(jù)設(shè)備產(chǎn)氣量不同，吸附壓力不同，設(shè)置不同的延時(shí)開(kāi)啟時(shí)間)。本發(fā)明采用現(xiàn)有吸附器2只、氣動(dòng)閥12只，新增加氣動(dòng)閥1只，新增氣動(dòng)閥QV13 由中部均壓管路引出用管道連接于消音器排空管道。本發(fā)明的控制方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明在原有流程基礎(chǔ)上新增加氣動(dòng)閥QV13，增加控制氣動(dòng)閥QV13控制時(shí)序見(jiàn)圖 4。一個(gè)循環(huán)周期分為八個(gè)控制步驟完成，詳細(xì)說(shuō)明如下打開(kāi)氣動(dòng)閥QV5,8,9,1(I，B塔向A塔均壓，第一可以降低A塔工作時(shí)進(jìn)氣高壓力對(duì)A 塔床層沖擊，降低吸附劑使用壽命。第二是提高氣體回收率，節(jié)約壓縮空氣降低能耗。關(guān)閉氣動(dòng)閥QV5,9,1Q后打開(kāi)氣動(dòng)閥QV^8i11i13A塔工作，B塔中、下部同時(shí)放空吸附 劑吸附氣體再生。延時(shí)打開(kāi)氣動(dòng)閥QVltl用產(chǎn)品氣對(duì)B塔吸附劑深度脫附再生，并節(jié)約產(chǎn)品 回吹氣降低能耗。關(guān)閉B塔中部放空氣動(dòng)閥QV8,13A塔正常工作，B塔吸附劑脫附再生。A塔正常工作，關(guān)閉B塔下部放空閥QV4，第一是用再生產(chǎn)品氣對(duì)B塔屏蔽沖壓，產(chǎn) 生的作用同控制步驟一所述，第二預(yù)防A塔與B塔切換時(shí)產(chǎn)生漏氣或管道串氣等現(xiàn)象。以上為A單塔工作細(xì)分說(shuō)明，A塔四大控制流程為連續(xù)性。B塔工作同A塔工作控 制流程相同，具體閥門(mén)編號(hào)可參照時(shí)序4完成。根據(jù)圖5可以清晰看出，在相同工作時(shí)間、相同工作壓力、相同產(chǎn)氣量的空分設(shè) 備，使用不同的工藝流程及控制方法，吸附劑的再生效果不同，吸附劑的再次利用率也隨之 變化，吸附劑不能完全利用時(shí)就證明一部分吸附劑相對(duì)富裕，造成小產(chǎn)氣量設(shè)備大型化，本 發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一次更新突破。本發(fā)明實(shí)施可使變壓吸附空分裝置走向大型化，變壓吸附技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到
更進(jìn)一步突破。
權(quán)利要求
1.一種變壓吸附氣體分離裝置，包括第一吸附塔和第二吸附塔并列放置于地基上， 一根四通管道分別連接第一吸附塔的底部、第一管道氣動(dòng)閥、第三管道氣動(dòng)閥以及第三管 道氣動(dòng)閥的一端，在第一吸附塔中部連接第七管道氣動(dòng)閥的一端，一根三通管道分別連接 第一吸附塔頂部、第九管道氣動(dòng)閥以及第十一管道氣動(dòng)閥；用一根四通管道分別連接第二 吸附塔底部、第二管道氣動(dòng)閥、第四管道氣動(dòng)閥以及第六管道氣動(dòng)閥的一端，在第二吸附塔 中部連接第八管道氣動(dòng)閥的一端，一根三通管道分別連接第二吸附塔頂部、第十管道氣動(dòng) 閥以及第十二管道氣動(dòng)閥的一端；一根三通管道分別與氣源進(jìn)口、第一管道氣動(dòng)閥的另一 端以及第二管道氣動(dòng)閥的另一端連接；一根三通管道分別連接第九管道氣動(dòng)閥的另一端、 第十管道氣動(dòng)閥的另一端以及第一截止閥的一端，一根四通管道分別連接第十一管道氣動(dòng) 閥的另一端、第十二管道氣動(dòng)閥以及第一截止閥的另一端以及第二截止閥的一端；兩通管 道分別連接第二截止閥的另一端和緩沖罐進(jìn)口，緩沖罐出口與第三截止閥連接；其特征在 于還包括一根五通管道分別連接第五管道氣動(dòng)閥的另一端、第六管道氣動(dòng)閥的另一端、第 七管道氣動(dòng)閥的另一端、第八管道氣動(dòng)閥的另一端以及第十三管道氣動(dòng)閥的一端；一根四 通管道分別連接第三管道氣動(dòng)閥的另一端、第四管道氣動(dòng)閥的另一端、排空消音器的進(jìn)口 以及第十三管道氣動(dòng)閥的另一端。
2.一種采用權(quán)利要求1結(jié)構(gòu)的控制變壓吸附分離裝置的方法，是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的打開(kāi)第五管道氣動(dòng)閥、第八管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道氣動(dòng)閥，B塔向 A塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉氣動(dòng)閥第五管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管 道氣動(dòng)閥，同時(shí)打開(kāi)第一管道氣動(dòng)閥、第四管道氣動(dòng)閥、第八管道氣動(dòng)閥、第十一管道氣動(dòng) 閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，A塔工作，B塔中、下部同時(shí)放空吸附劑吸附氣體再生；B塔放空3s后關(guān)閉B塔中部放空第八管道氣動(dòng)閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，A塔正常工 作，B塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；A塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉B塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥；A塔繼續(xù)工作Is后 切換B塔工作。打開(kāi)氣動(dòng)閥第六管道氣動(dòng)閥、第七管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道氣動(dòng)閥， A塔向B塔均壓；B塔向A塔均壓0 1. 5s后關(guān)閉第六管道氣動(dòng)閥、第九管道氣動(dòng)閥以及第十管道氣動(dòng) 閥，同時(shí)打開(kāi)第二管道氣動(dòng)閥、第三管道氣動(dòng)閥、第七管道氣動(dòng)閥、第十二管道氣動(dòng)閥以及 第十三管道氣動(dòng)閥，B塔工作，A塔中、下部同時(shí)放空吸附劑吸附氣體再生；A塔放空3s后關(guān)閉A塔中部放空第七管道氣動(dòng)閥以及第十三管道氣動(dòng)閥，B塔正常工 作，A塔吸附劑繼續(xù)脫附再生；B塔正常工作，工作累計(jì)39s后關(guān)閉A塔下部放空第四管道氣動(dòng)閥；B塔繼續(xù)工作Is后 切換A塔工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變壓吸附氣體分離裝置及其控制方法，本發(fā)明在原有技術(shù)上增加中部放空管道氣動(dòng)閥QV13；具體管道連接結(jié)構(gòu)原有管道氣動(dòng)閥QV1-12位置不變，將連接管道氣動(dòng)閥QV5、6、7、8的四通管道更改為五通，五通管道分別連接管道氣動(dòng)閥QV5、6、7、8、13，將原有連接管道氣動(dòng)閥QV3、4和排空消音器的三通管道更改為四通管道，分別連接管道氣動(dòng)閥QV13另一端、管道氣動(dòng)閥QV3、4和排空消音器，其它管道不做更改；加速再生吸附劑的脫附時(shí)間，保證再生吸附劑完全脫附為下一次吸附做好基礎(chǔ)，提高分子篩吸附性能；節(jié)約吹掃再生的成品氣，減少脫附放空氣，縮短放空時(shí)間、減少空氣耗量，降低了用戶運(yùn)行能耗和生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B01D53/047GK102114377SQ200910215269
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉益民, 張軍, 沈聞皓, 申春午, 謝貴琴, 韓維峰 申請(qǐng)人:上海瑞氣氣體設(shè)備有限公司