專利名稱：一種psa產氧濃度快速提升的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及氧氣與雜質氣體(主要指氮氣)分離的工藝，特別涉及一種PSA產氧濃度快速提升的工藝。
背景技術：
目前，變壓吸附(通用縮寫為PSA)制氧工藝以空氣為原料氣，以沸石分子篩為吸附劑，利用沸石分子篩對氧氣和氮氣吸附容量隨壓力變化而差異的特性，在等溫條件下，當吸附壓力增加時，它對氮氣等雜質氣體的吸附量要比氧氣增加很多，當吸附壓力減少時，它對氮氣等雜質氣體的吸附量要比氧氣少很多，可采用升壓吸附、減壓吸附循環制氧，其中的二塔流程變壓吸附產氧工藝是目前最常用的制氧工藝，它通過二塔式制氧主機來完成，該主機由吸附塔A、吸附塔B以及與之關聯的管道、各程控閥門(吸附塔A的出氣閥、排氣閥、進氣閥、吸附塔B的出氣閥、排氣閥、進氣閥以及總出氣閥)等組成。各閥門的啟閉切換通過可編程序控制器(PLC)進行控制，這種控制為定時段的開啟、關閉、循環，以完成吸附塔A、吸附塔B進行交替循環工作，每個吸附塔經歷吸附、出氣、解吸、清洗、均壓、抽真空、置換步驟中的全部或部分的組合，最常見的二塔流程變壓吸附產氧工藝由吸附、出氣、清洗、均壓、解吸五個步驟組成，具體步驟如附圖7—圖14所示㈠整套PSA設備啟動后，吸附塔A的進氣閥KVl開啟，原料氣對吸附塔A進行升壓，同時吸附塔B的排氣閥KV4開啟，吸附塔B進行排氣解吸、吸附塔A保持升壓4秒，吸附塔A內氣體壓力升到O. 26MPa時，吸附塔A的出氣閥KV5、總出氣閥KV7開啟，吸附塔A產出的氧氣進入氣體儲罐C ;曰、吸附塔A產出的氧氣持續進入氣體儲罐C，總出氣閥KV7開啟20秒后關閉，同時吸附塔B的出氣閥KV6開啟，吸附塔A產出的氧氣對吸附塔B進行清洗6秒；_、吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6保持打開，對吸附塔B清洗完成，吸附塔A的進氣閥KVl和吸附塔B的排氣閥KV4同時關閉，吸附塔A對吸附塔B進行均壓4秒； 、吸附塔B的均壓完成，吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6關閉，同時吸附塔B的進氣閥KV2、吸附塔A的排氣閥KV3開啟，吸附塔B進行升壓，吸附塔A進行排氣解吸、吸附塔B升壓4秒氣體壓力升到O. 26MPa時，吸附塔B的出氣閥KV6、總出氣閥KV7開啟20秒，吸附塔B產出的氧氣進入產品氣體儲罐C ;㈦、吸附塔B產出的氧氣持續進入氣體儲罐C，總出氣閥KV7開啟20秒后關閉，同時吸附塔A的出氣閥KV5開啟，吸附塔B產出的氧氣對吸附塔A進行清洗6秒、吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6保持打開，對吸附塔A清洗完成，吸附塔B的進氣閥KV2和吸附塔A的排氣閥KV3同時關閉，吸附塔B對吸附塔A進行均壓4秒。上述一個周期不斷重復進行，兩吸附塔A、B交替工作，就完成了制氧流程的連續進行。但是，采用上述現有工藝的PSA變壓吸附設備啟動時間較長，一般在30分鐘一60分鐘之間，PSA變壓吸附設備啟動時間是指從開機到濃度達到設計要求(設計要求是指氧氣濃度應達到90%及90%以上)的時間。有些二塔式制氧設備的啟動時間隨著使用時間的延長變得更長，越來越讓使用者放心不下，只有氧氣濃度達到了設計要求才能往管網里送氣，即使設計成全自動控制的設備，值班人員也要在現場守著設備，唯恐開機時間太長耽誤了往管網里送氧氣。工廠里氧氣供應不上要停產，醫院里氧氣供應不上要出醫療事故，如果在氧氣未達到設計濃度之前，在純度較低時就輸送給醫院，會造成很大的安全隱患，由此可見，PSA變壓吸附設備啟動時間的縮短，不但能夠為用戶節約能源，減少了麻煩，而且在醫療上更能夠為拯救生命贏得了寶貴的時間。
發明內容
本發明內容是在現有的二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，增加一套PSA產氧濃度快速提升的工藝，通過該工藝可以大大縮短PSA變壓吸附設備啟動時間，節約達到設計要求氧氣濃度(90%及90%以上)所需的時間、節省了設備的動力消耗成本，又能保障了
氧氣正常供應。本發明采用的技術方案是一種PSA產氧濃度快速提升的工藝，設置在二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，采用可編程序控制器控制各管道上的各閥門KV1、KV2、KV3、KV4、KV5、KV6、KV7的啟閉切換，來實現對各步驟的時序控制和循環，包括以下順序步驟
(1)吸附塔A吸附、吸附塔B解吸整套PSA設備啟動后，當空氣緩沖罐中的壓強達到O. 3—0. 5MPa時，原料氣開始進入吸附塔A，吸附塔A升壓，原料氣中的雜質氣體被吸附塔A內吸附劑吸附，同時吸附塔B內雜質氣體向外排氣，吸附塔B內的吸附劑解吸；
(2)吸附塔A對吸附塔B清洗原料氣持續進入吸附塔A，當吸附塔A升壓到O.25-
0.6MPA時，吸附塔A產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔B對吸附塔B內的吸附劑進行清洗，同時吸附塔B內雜質氣體向外排放，清洗10-30秒，結束清洗；
(3)吸附塔A對吸附塔B均壓吸附塔A內富氧空氣轉移到吸附塔B，吸附塔A對吸附塔B均壓，均壓3— 6秒，結束均壓；
(4)吸附塔B吸附、吸附塔A解吸原料氣進入吸附塔B，原料氣中的雜質氣體被吸附塔B內吸附劑吸附，同時吸附塔A內雜質氣體向外排氣，吸附塔A內的吸附劑解吸；
(5)吸附塔B對吸附塔A清洗原料氣持續進入吸附塔B，當吸附塔B升壓到O.25—
O.6MPa時，吸附塔B產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔A，對吸附塔A的吸附劑進行清洗，同時吸附塔A內雜質氣體向外排放，清洗10-30秒，結束清洗；
(6)吸附塔B對吸附塔A均壓吸附塔B內富氧空氣轉移到吸附塔A，吸附塔B對吸附塔A均壓，均壓3— 6秒，結束均壓；
上述步驟(I)一 (6)為一個周期，連續循環進行4一8個周期結束，開始二塔流程變壓吸附產氧工藝。作為本發明的優選方式之一在二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，包括以下順序步驟
(I)吸附塔A吸附、吸附塔B解吸整套PSA設備啟動后，當空氣緩沖罐中的壓強達到O. 3—0. 5MPa時，原料氣開始進入吸附塔A，吸附塔A升壓4_6秒，原料氣中的雜質氣體被吸附塔A內的吸附劑吸附，吸附塔B內的雜質氣體排氣至外部的消聲器1，吸附塔B內的吸附劑逐漸解吸，此步驟中吸附塔A的排氣閥KV3、吸附塔B的進氣閥KV2、吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6、總出氣閥KV7均關閉；
(2)吸附塔A對吸附塔B清洗保持吸附塔A的進氣閥KVl打開，原料氣持續進入吸附塔A，當吸附塔A升壓到O. 25—0. 6MPa時，吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6打開，同時吸附塔B的排氣閥KV4打開，吸附塔A產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔B對吸附塔B內的吸附劑進行清洗，同時吸附塔B內雜質氣體排氣至外部的消聲器1，清洗10-30秒，結束清洗，此步驟中吸附塔A的排氣閥KV3關閉、吸附塔B的進氣閥KV2、總出氣閥KV7均關閉；
(3)吸附塔A對吸附塔B均壓吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6保持打開，吸附塔A內富氧空氣轉移到吸附塔B，吸附塔A對吸附塔B均壓，均壓3—6秒，結束均壓，此步驟中吸附塔A的排氣閥KV3、進氣閥KV1、吸附塔B的排氣閥KV4、進氣閥KV2、總出氣閥KV7均關閉；
(4)吸附塔B吸附、吸附塔A解吸吸附塔B的進氣閥KV2打開，同時吸附塔A的排氣閥KV3打開，原料氣進入吸附塔B，原料氣中的雜質氣體被吸附塔B內吸附劑吸附，吸附塔A內的雜質氣體排氣至外部的消聲器1，吸附塔A內的吸附劑逐漸解吸，此步驟中吸附塔B的排氣閥KV4、出氣閥KV6、吸附塔A的進氣閥KVl、出氣閥KV5、總出氣閥KV7均關閉；
(5)吸附塔B對吸附塔A清洗吸附塔B的進氣閥KV2保持打開，原料氣持續進入吸附塔B，當吸附塔B升壓到O. 25—0. 6MPa時，吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6打開，同時吸附塔A的排氣閥KV3打開，吸附塔B產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔A對吸附塔A內吸附劑進行清洗，吸附塔A內雜質氣體排氣至外部的消聲器1，清洗10-30秒，結束清洗，此步驟中吸附塔B的排氣閥KV4、吸附塔A的進氣閥KVl、總出氣閥KV7均關閉；
(6)吸附塔B對吸附塔A均壓吸附塔A的出氣閥KV5、吸附塔B的出氣閥KV6保持打開，吸附塔B內富氧空氣轉移到吸附塔A，吸附塔B對吸附塔A均壓，均壓3—6秒，結束均壓，此步驟中吸附塔A的排氣閥KV3、進氣閥KV1、吸附塔B的排氣閥KV4、進氣閥KV2、總出氣閥KV7均關閉。本發明的積極效果是
本發明與現有技術的最大區別是在現有的二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，吸附塔A、吸附塔B之間交替進行的升壓、解吸、清洗、均壓過程中，不再向氣體儲罐C輸送氧氣，一方面，氧氣始終動態儲留在吸附塔A、吸附塔B，并且濃度在步驟⑴一 (6)的交替循環中不斷提高，直到循環4-8個周期，吸附塔A、吸附塔B內均已產生了一些較高濃度的氧氣，另一方面，本發明工藝使吸附塔A、吸附塔B的分子篩床的利用率大幅提高，也會加速高濃度氧氣生成，在此情形下，再進行二塔流程變壓吸附產氧工藝，產出符合要求的高濃度氧氣(90%及90%以上)的時間就會大大縮短。分子篩床的利用率大幅提聞的原理是
(一)通過吸附塔A對吸附塔B的清洗、吸附塔B對吸附塔A的清洗，分子篩床上的游離氮等雜質氣體被清除至吸附塔外部的大氣中，減少了雜質氣體在產品氧氣中所占的比例，分子篩床吸附氮氣等雜質氣體的吸附能力更高，使產氧濃度提升更快。( 二 )通過吸附塔A對吸附塔B的均壓，吸附塔B對吸附塔A的均壓，一方面有利于分子篩床的死空間激活，另一方面使一個吸附塔的吸附壓力快速升高，分子篩床提前吸附氮氣，使氧氣濃度進一步提高，使另一個吸附塔壓力快速降低，分子篩床釋放更多的氮氣，使下一步排氣解吸更徹底。由于縮短了氧氣濃度到達的時間，相當于縮短了系統運行的時間，所以降低了系統的動力消耗，降低能耗和生產成本，而且該工藝可靠性高，自動化程度高，保證了氧氣濃度的快速提升及穩定供應。
圖I是本發明步驟(I)的示意圖；圖2是本發明步驟(2)的示意圖；圖3是本發明步驟(3)的示意圖；圖4是本發明步驟(4)的示意圖；圖5是本發明步驟(5)的示意圖；圖6是本發明步驟(6)的示意圖；圖7是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(I)的示意圖；圖8是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(2)的示意圖；圖9是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(3)的示意圖；圖10是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(4)的示意圖；圖11是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(5)的示意圖；圖12是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(6)的示意圖；圖13是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(7)的示意圖；圖14是現有技術二塔流程變壓吸附產氧工藝的步驟(8)的示意圖；圖15是產氧濃度、時間對比曲線圖之一；圖16是產氧濃度、時間對比曲線圖之二 ；圖17是本發明的PLC控制程序梯形圖第一部分；圖18是本發明的PLC控制程序梯形圖第二部分；圖19是本發明的PLC控制程序梯形圖第三部分；圖20是PLC控制系統電路原理圖。
具體實施方式
本發明解決了現有技術的不足，是對現有技術的一次更新突破。在一個周期內，吸附塔A、吸附塔B之間交替進行升壓、解吸、清洗、均壓，但始終不向氣體儲罐C輸送氧氣，直至重復4一8個周期。權利要求中的步驟(I) - (6)的時序控制通過各閥門的啟閉切換來實現，而各閥門的啟閉切換靠已經編制好程序的PLC來控制，以完成兩個吸附塔A、吸附塔B 的工作程序，控制狀態如下表
權利要求
1.一種PSA產氧濃度快速提升的工藝，設置在二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，采用可編程序控制器來控制設備主機管道上的流體閥門(KV1、KV2、KV3、KV4、KV5、KV6、KV7)的啟閉切換，以此實現對各步驟的時序控制和循環，其特征在于包括以下順序步驟 (1)吸附塔A吸附、吸附塔B解吸整套PSA設備啟動后，當空氣緩沖罐中的壓強達到0.3—0. 5MPa時，原料氣開始進入吸附塔A，吸附塔A進行升壓，原料氣中的雜質氣體被吸附塔A內吸附劑吸附，同時吸附塔B內雜質氣體向外排氣，吸附塔B內的吸附劑解吸； (2)吸附塔A對吸附塔B清洗原料氣持續進入吸附塔A，當吸附塔A升壓到0.25-0.6MPa時，吸附塔A產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而直接進入吸附塔B，對吸附塔B內的吸附劑進行清洗，同時吸附塔B內雜質氣體向外排放，清洗10-30秒，結束清洗； (3)吸附塔A對吸附塔B均壓吸附塔A內富氧空氣轉移到吸附塔B，吸附塔A對吸附塔B均壓，均壓3— 6秒，結束均壓； (4)吸附塔B吸附、吸附塔A解吸原料氣進入吸附塔B，原料氣中的雜質氣體被吸附塔B內吸附劑吸附，同時吸附塔A內雜質氣體向外排氣，吸附塔A內的吸附劑解吸； (5)吸附塔B對吸附塔A清洗原料氣持續進入吸附塔B，當吸附塔B升壓到0.25—0.6MPa時，吸附塔B產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而直接進入吸附塔A，對吸附塔A的吸附劑進行清洗，同時吸附塔A內雜質氣體向外排放，清洗10-30秒，結束清洗； (6)吸附塔B對吸附塔A均壓吸附塔B內富氧空氣轉移到吸附塔A，吸附塔B對吸附塔A均壓，均壓3— 6秒，結束均壓； 上述步驟(I)一 (6)為一個周期，連續循環進行4一8個周期結束，開始二塔流程變壓吸附產氧工藝。
2.根據權利要求I所述的一種PSA產氧濃度快速提升的工藝，其特征在于在二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，包括以下順序步驟 (1)吸附塔A吸附、吸附塔B解吸整套PSA設備啟動后，當空氣緩沖罐中的壓強達到,0.3—0. 5MPa時，吸附塔A的進氣閥(KVl)打開，同時吸附塔B的排氣閥(KV4)打開，原料氣開始進入吸附塔A，吸附塔A升壓4-6秒，原料氣中的雜質氣體被吸附塔A內的吸附劑吸附，吸附塔B內的雜質氣體排氣至外部的消聲器(I)，吸附塔B內的吸附劑逐漸解吸，此步驟中吸附塔A的排氣閥(KV3)、吸附塔B的進氣閥(KV2)、吸附塔A的出氣閥(KV5)、吸附塔B的出氣閥(KV6)、總出氣閥(KV7)均關閉； (2)吸附塔A對吸附塔B清洗保持吸附塔A的進氣閥(KVl)打開，原料氣持續進入吸附塔A，當吸附塔A升壓到0. 25—0. 6MPa時，吸附塔A的出氣閥(KV5)、吸附塔B的出氣閥(KV6)打開，同時吸附塔B的排氣閥(KV4)打開，吸附塔A產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔B對吸附塔B內的吸附劑進行清洗，同時吸附塔B內雜質氣體排氣至外部的消聲器(1)，清洗10-30秒，結束清洗，此步驟中吸附塔A的排氣閥(KV3)關閉、吸附塔B的進氣閥(KV2)、總出氣閥(KV7)均關閉； (3)吸附塔A對吸附塔B均壓吸附塔A的出氣閥(KV5)、吸附塔B的出氣閥(KV6)保持打開，吸附塔A內富氧空氣轉移到吸附塔B，吸附塔A對吸附塔B均壓，均壓3—6秒，結束均壓，此步驟中吸附塔A的排氣閥(KV3)、進氣閥(KVl)、吸附塔B的排氣閥(KV4)、進氣閥(KV2)、總出氣閥(KV7)均關閉； (4)吸附塔B吸附、吸附塔A解吸吸附塔B的進氣閥(KV2)打開，同時吸附塔A的排氣閥(KV3)打開，原料氣進入吸附塔B，原料氣中的雜質氣體被吸附塔B內吸附劑吸附，吸附塔A內的雜質氣體排氣至外部的消聲器(I)，吸附塔A內的吸附劑逐漸解吸，此步驟中吸附塔B的排氣閥(KV4)、出氣閥(KV6)、吸附塔A的進氣閥(KVl)、出氣閥(KV5)、總出氣閥(KV7)均關閉； (5)吸附塔B對吸附塔A清洗吸附塔B的進氣閥(KV2)保持打開，原料氣持續進入吸附塔B，當吸附塔B升壓到0. 2 5—0. 6MPa時，吸附塔A的出氣閥(KV5)、吸附塔B的出氣閥(KV6)打開，同時吸附塔A的排氣閥(KV3)打開，吸附塔B產生的氧氣取消進入氣體儲罐C而進入吸附塔A對吸附塔A內吸附劑進行清洗，吸附塔A內雜質氣體排氣至外部的消聲器(1)，清洗10-30秒，結束清洗，此步驟中吸附塔B的排氣閥(KV4)、吸附塔A的進氣閥(KVl)、總出氣閥(KV7)均關閉； (6)吸附塔B對吸附塔A均壓吸附塔A的出氣閥(KV5)、吸附塔B的出氣閥(KV6)保持打開，吸附塔B內富氧空氣轉移到吸附塔A，吸附塔B對吸附塔A均壓，均壓3—6秒，結束均壓，此步驟中吸附塔A的排氣閥(KV3)、進氣閥(KVl)、吸附塔B的排氣閥(KV4)、進氣閥(KV2)、總出氣閥(KV7)均關閉。
全文摘要
一種PSA產氧濃度快速提升的工藝，設置在二塔流程變壓吸附產氧工藝開始之前，采用可編程序控制器來控制設備主機管道上的流體閥門(KV1、KV2、KV3、KV4、KV5、KV6、KV7)的啟閉切換，以此實現對各步驟的時序控制和循環，包括以下順序步驟(1)吸附塔A吸附、吸附塔B解吸；(2)吸附塔A對吸附塔B清洗；(3)吸附塔A對吸附塔B均壓；(4)吸附塔B吸附、吸附塔A解吸(5)吸附塔B對吸附塔A清洗；(6)吸附塔B對吸附塔A均壓；上述步驟(1)—(6)為一個周期，連續循環進行4—8個周期結束，開始二塔流程變壓吸附產氧工藝；縮短了氧氣濃度到達的時間，降低能耗，該工藝可靠性高，自動化程度高。
文檔編號C01B13/02GK102974192SQ20121054736
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者王勤修, 王良辰, 王浩然, 萬磊 申請人:王勤修