本發明涉及制氧設備及方法領域，具體涉及一種變壓吸附制氧與氧氣提純一體化系統及方法。
背景技術：
變壓吸附制氧技術是一種空氣分離制取氧氣的技術，主要依靠制氧分子篩（變壓吸附制氧設備的關鍵部件）在不同壓力下對空氣中各組份氣體的吸附容量的不同來達到將各組分氣體分離的目的。變壓吸附制氧設備，廣泛應用于化工、電子、醫療、冶金、環境治理等行業。由于制氧分子篩的特性和吸附原理限制，其對空氣中惰性氣體的吸附容量很低，變壓吸附制氧設備制取的氧氣中含有大量的惰性氣體，比如氬氣等，所以氧氣濃度的極限只能達到96.0%以下，如果要取得濃度更高的氧氣，必須采用氧氣提純技術。氧氣提純技術是通過一種氧氣親和劑與氧氣親和，將氧氣留在純化塔（塔內裝填氧氣親和劑）內，而化學性質很不活潑的惰性氣體則流出純化塔，然后通過純化塔抽真空將氧氣提取出來，獲得高純度的氧氣。
現階段變壓吸附制取氧氣及氧氣提純，是將變壓吸附制氧設備和氧氣純化設備分成兩個相對獨立的設備，然后連接在一起。由于變壓吸附制氧設備生產普氧（純度93%）時，需要氧氣產量的約200%的再生氣；且再生氣除了一部分殘留在吸附塔中，其余的都要放空；同時氧氣純化主機的廢氣和尾氣也都要排空，沒有利用，這就導致整套設備的再生氣消耗過大、嚴重降低整套設備的氧氣回收率（氧氣回收率只有30%左右）的問題，致使設備能耗居高不下，同時也影響設備的氧純度提升，一般很難達到99.5%以上。同時，由于開機沒有采取一定的措施，沒有回收管路和反充壓管路，導致整套設備的開機時間很長，一般需要3小時左右，嚴重影響設備的使用。
技術實現要素：
本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種可提高氧氣純度且節能環保的變壓吸附制氧與氧氣提純一體化系統及方法。
本發明采用的技術方案為：一種變壓吸附制氧與氧氣提純一體化系統，主要包括壓縮空氣管路、變壓吸附制氧機、緩沖罐、氧氣提純主機和氧氣儲罐，所述壓縮空氣管路與變壓吸附制氧機的入口連通，變壓吸附制氧機的出口通過管路與緩沖罐連通，緩沖罐經管路與氧氣提純主機的入口連通，氧氣提純主機的出口經管路與氧氣儲罐連通，氧氣儲罐經管路與緩沖罐連通，氧氣儲罐經管路與回流罐連通；各管路上均分別設置有控制通斷的閥門。
按上述方案，變壓吸附制氧機包括第一吸附塔、第二吸附塔、排空管路和再生管路，壓縮空氣管路經第一進氣管路與第一吸附塔的入口連通，第一吸附塔的出口經第一出氣管路與氧氣管路連通，氧氣管路與緩沖罐的入口連通；壓縮空氣管路經第二進氣管路與第二吸附塔的入口連通，第二吸附塔的出口經第二出氣管路與氧氣管路連通；第一進氣管路和第二進氣管路均分別與排空管路連通；第一出氣管路與再生管路的一端連通，第二出氣管路與再生管路的另一端連通。
按上述方案，氧氣提純主機包括第一純化塔、第二純化塔和廢氣排空管路，緩沖罐的出口依次經普氧進氣管路和第三進氣管路與第一純化塔的入口連通，第一純化塔的出口經第一排氣管路與廢氣排空管路連通；所述緩沖罐的出口依次經普氧進氣管路和第四進氣管路與第二純化塔的入口連通，第二純化塔的出口經第二排氣管路與廢氣排空管路連通。
按上述方案，其特征在于，所述氧氣提純主機內還設有第二高純氧吹掃管路和高純氧出氣管路，第三進氣管路與第二高純氧吹掃管路連通，第四進氣管路與第二高純氧吹掃管路連通，第二高純氧吹掃管路與氧氣儲罐連通；第三進氣管路與高純氧出氣管路連通，第四進氣管路與高純氧出氣管路連通，高純氧出氣管路上依次配置有過濾器和氧氣真空-增壓兩用壓縮機，高純氧出氣管路與氧氣儲罐的入口連通。
按上述方案，其特征在于，氧氣儲罐的出口經反充壓管路與緩沖罐的入口連通，氧氣儲罐的出口連通高純氧管路，高純氧管路分別與回收管路和外設氧氣輸送管路連通。
按上述方案，所述系統還包括高純氧排空管路、第一高純氧吹掃管路和回流罐，所述第一排氣管路與高純氧排空管路連通，第二排氣管路與高純氧排空管路連通，第一排氣管路與第一高純氧吹掃管路連通，第二排氣管路與第一高純氧吹掃管路連通，高純氧排空管路、第一高純氧吹掃管路和回收管路均分別與回流罐的入口連通。
按上述方案，所述氧氣提純主機內還設有第四均壓管路和第五均壓管路，第二排氣管路經第四均壓管路與第三進氣管路連通，第四均壓管路上設有第一均壓閥；第一排氣管路經第五均壓管路與第四進氣管路連通，第五均壓管路上設有第二均壓閥。
本發明還采用了一種利用如上所述一體化系統制取并提純氧氣的方法，該方法包括以下步驟：
步驟一、氧氣儲罐內的高純氧經反充壓管路進入緩沖罐，變壓吸附制氧機開始運行；變壓吸附制氧機產出的普氧進入緩沖罐；
步驟二、緩沖罐內的普氧進入氧氣純化主機，氧氣純化主機開始運行；氧氣純化主機產出的高純氧進入氧氣儲罐；
步驟三、氧氣儲罐內純度不合格的氧氣經回收管路進入到回流罐，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃再生；
步驟四、氧氣儲罐內純度合格的氧氣經產氣閥輸出。
按上述方案，在步驟二中，變壓吸附制氧機的制氧過程包括：
（1）、干燥凈化后的壓縮空氣進入第一吸附塔，第一吸附塔產出的普氧經氧氣管路進入緩沖罐；
（2）、回流罐內的氧氣進入第二吸附塔進行吹掃再生，同時第一吸附塔產出的氧氣部分經再生管路進入第二吸附塔，第二吸附塔內的再生廢氣進入排空管路排空；
（3）、第一吸附塔內的氧氣經均壓管路進入第二吸附塔，實現第一吸附塔對第二吸附塔的均壓過程；
（4）、第一吸附塔內的殘留氣進入排空管路；
（5）、切換第二吸附塔，壓縮空氣進入第二吸附塔，第二吸附塔產出的普氧經氧氣管路進入緩沖罐；
（6）、回流罐內的氧氣進入第一吸附塔進行吹掃再生，同時第二吸附塔產出的氧氣部分經再生管路進入第一吸附塔，第一吸附塔內的再生廢氣進入排空管路排空；
（7）、第二吸附塔內的氧氣經均壓管路進入第一吸附塔，實現第二吸附塔對第一吸附塔的均壓過程；
（8）、第二吸附塔內的殘留氣進入排空管路；
（9）、重復步驟（1）~（8）。
按上述方案，在步驟三中，氧氣純化主機提純氧氣的步驟包括：
（1）、緩沖罐內的普氧進入第一純化塔，首先從第一純化塔流出的氣體經廢氣排空管路排空；第一純化塔進入工作狀態；
（2）、流經第一純化塔的氧氣經高純氧排空管路流入回流罐，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃；
（3）、氧氣儲罐內的高純氧經第二高純氧吹掃管路進入第一純化塔，對第一純化塔進行吹掃，吹掃氣經第一高純氧吹掃管路進入到回流罐；
（4）、第一純化塔內的一部分氣體經第五均壓管路進入第二純化塔，完成第一純化塔對第二純化塔的均壓過程；
（5）、第一純化塔內殘留的高純氧氣進入高純氧出氣管路，經過濾器過濾除塵，再經氧氣真空-增壓兩用壓縮機輸出到氧氣儲罐；
（6）、緩沖罐內的普氧進入第二純化塔，首先從第二純化塔流出的氣體經廢氣排空管路排空；第二純化塔進入工作狀態；
（7）、流經第二純化塔的氧氣經高純氧排空管路流入回流罐，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃再生；
（8）、氧氣儲罐內的高純氧經第二高純氧吹掃管路進入第二純化塔，對第二純化塔進行吹掃，吹掃氣經第一高純氧吹掃管路進入到回流罐；
（9）、第二純化塔內的部分氣體經第四均壓管路進入第一純化塔，完成第二純化塔對第一純化塔的均壓過程；
（10）、第二純化塔內殘留的高純氧氣進入高純氧出氣管路，經過濾器過濾除塵，再經氧氣真空-增壓兩用壓縮機輸出到氧氣儲罐；
（11）、重復步驟（1）~（10）。
本發明的有益效果為：
1、本發明回收氧氣純化主機排放的尾氣，輸入變壓吸附制氧機用作再生氣，大幅提高了整個系統的氧氣回收率；
2、氧氣純化主機排放的尾氣氧純度比較高,一般在95%左右，且氧氣量也比較大，有利于變壓吸附制氧設備的再生(變壓吸附制氧設備的再生氣純度一般在93%左右，用95%的氧氣再生效果更好)，變壓吸附制氧設備的再生效果好，產出的普氧純度高，氧氣純化主機的純化效果更好，提高了最終產出的氧氣純度；
3、采用多步氧氣提純、純化塔精確吹掃置換、高純氧大流量反吹掃置換控制技術能顯著提升氧氣純度，并且系統運行穩定，安全性高；
4、采用單點快速均壓能顯著降低氧氣真空-增壓兩用壓縮機的功率，節省能耗；
5、采用二次反充壓、高純氧回流再生可大幅縮短開機時間，提高了工作效率。
附圖說明
圖1為本發明一個具體實施例的流程示意圖。
其中：1、第一進氣管路；2、壓縮空氣管路；3、第二進氣管路；4、排空管路；5、第一均壓管路；6、第二均壓管路；7、第二吸附塔；8、第一吸附塔；9、第三均壓管路；10、第二出氣管路；11、氧氣管路；12、第一出氣管路；13、再生管路；14、回流管路；15、回流罐；16、高純氧排空管路；17、第一高純氧吹掃管路；18、回收管路；19、第一排氣管路；20、第一廢氣排空閥；21、第一吹掃閥；22、廢氣排空管路；23、第一排空閥；24、第二廢氣排空閥；25、第二排氣管路；26、第二吹掃閥；27、第一純化塔；28、第二排空閥；29、回收孔板；30、第四均壓管路；31、第五均壓管路；32、回收閥；33、產氣閥；34、第二純化塔；35、高純氧管路；36、氧氣儲罐；37、第二均壓閥；38、第一均壓閥；39、反充壓閥；40、反充壓孔板；41、第二進氣閥；42、第四吹掃閥；43、第一進氣閥；44、普氧進氣管路；45、吹掃孔板；46、第四進氣管路；47、氧氣真空-增壓兩用壓縮機；48、第二出氣閥；49、過濾器；50、高純氧出氣管路；51、第二高純氧吹掃管路；52、第一出氣閥；53、第三吹掃閥；54、第三進氣管路；55、反充壓管路；56、進氣孔板；57、單向閥；58、緩沖罐；59、吹掃管路。
具體實施方式
為更好地理解本發明，下面結合具體實施例對本發明作進一步的描述。
如圖1所示的一種變壓吸附制氧與氧氣提純一體化系統，主要包括壓縮空氣管路2、變壓吸附制氧機、緩沖罐58、氧氣提純主機和氧氣儲罐36，所述壓縮空氣管路2與變壓吸附制氧機的入口連通，變壓吸附制氧機的出口經氧氣管路11與緩沖罐58連通，緩沖罐58經普氧進氣管路44與氧氣提純主機的入口連通，氧氣提純主機的出口經管路與氧氣儲罐36連通，氧氣儲罐36經管路與緩沖罐58連通，氧氣儲罐36經管路與回流罐15連通；各管路上均分別設置有控制通斷的閥門。
本發明中，變壓吸附制氧機包括第一吸附塔8、第二吸附塔7、排空管路4和再生管路13，壓縮空氣管路2經第一進氣管路1與第一吸附塔8的入口連通，第一吸附塔8的出口經第一出氣管路12與氧氣管路11連通，氧氣管路11與緩沖罐58的入口連通；壓縮空氣管路2經第二進氣管路3與第二吸附塔7的入口連通，第二吸附塔7的出口經第二出氣管路10與氧氣管路11連通；第一進氣管路1和第二進氣管路3均分別與排空管路4連通；第一出氣管路12與再生管路13的一端連通，第二出氣管路10與再生管路13的另一端連通。所述變壓吸附制氧機內還設有第一均壓管路5、第二均壓管路6和第三均壓管路9，第一出氣管路12經第一均壓管路5與第二進氣管路3連通，第二出氣管路10經第二均壓管路6與第一進氣管路1連通，第一出氣管路12經第三均壓管路9與第二出氣管路10連通。各管路上均分別設置有可控制通斷的閥門，第一吸附塔8和第二吸附塔7的出口均分別安設有調節流量的孔板或節流閥；氧氣管路11和再生管路13上均分別設置有調節流量的孔板或節流閥。
本發明中，氧氣提純主機包括第一純化塔27、第二純化塔34和廢氣排空管路22，緩沖罐58的出口依次經普氧進氣管路44和第三進氣管路54與第一純化塔27的入口連通（普氧進氣管路44上設有進氣孔板56，普氧進氣管路44通過第一進氣閥43與第三進氣管路54連通），第一純化塔27的出口經第一排氣管路19與廢氣排空管路22連通（第一排氣管路19通過第一廢氣放空閥20與廢氣排空管路22連通）；所述緩沖罐58的出口依次經普氧進氣管路44和第四進氣管路46與第二純化塔34的入口連通（普氧進氣管路44通過第二進氣閥41與第四進氣管路46連通），第二純化塔34的出口經第二排氣管路25與廢氣排空管路22連通（第二排氣管路25經第二廢氣放空閥24與廢氣排空管路22連通）。
所述氧氣提純主機內還設有第二高純氧吹掃管路51和高純氧出氣管路50，第三進氣管路54通過第三吹掃閥53與第二高純氧吹掃管路51連通，第四進氣管路46通過第四吹掃閥42與第二高純氧吹掃管路51連通（第二高純氧吹掃管路51上設有吹掃孔板45），第二高純氧吹掃管路51與氧氣儲罐36的入口連通。第三進氣管路54通過第一出氣閥52與高純氧出氣管路50連通，高純氧出氣管路50上依次配置有過濾器49和氧氣真空-增壓兩用壓縮機47，高純氧出氣管路50與氧氣儲罐36的入口連通。各個管路上均分別設置有可通斷閥門。
所述氧氣提純主機內還設有第四均壓管路30和第五均壓管路31，第二排氣管路25經第四均壓管路30與第三進氣管路54連通，第四均壓管路30上設有第一均壓閥38；第一排氣管路19經第五均壓管路31與第四進氣管路46連通，第五均壓管路31上設有第二均壓閥37。
氧氣儲罐36的出口經反充壓管路55與緩沖罐58的入口連通，反充壓管路55上依次配置有反充壓閥39、反充壓孔板40和單向閥57；氧氣儲罐36的出口連通高純氧管路35，高純氧管路35設置有調節壓力、調節流量的閥門，并分可通斷的兩路輸出；高純氧管路35分別與回收管路18和外設氧氣輸送管路連通，回收管路18上依次配置有回收孔板29和回收閥32，外設氧氣輸送管路上配置有產氣閥33。
優選地，所述系統還包括高純氧排空管路16、第一高純氧吹掃管路17和回流罐15，所述第一排氣管路19經第一排空閥23與高純氧排空管路16連通，第二排氣管路25經第二排空閥28與高純氧排空管路16連通，第一排氣管路19經第一吹掃閥21與第一高純氧吹掃管路17連通，第二排氣管路25經第二吹掃閥26與第一高純氧管路17連通，高純氧排空管路16和第一高純氧吹掃管路17均分別與回流罐15的入口連通。優選地，所述系統還包括回流管路14，所述第一出氣管路12和第二出氣管路10均分別與回流管路14連通，回流管路14與回流罐15的出口連通。第一高純氧吹掃管路17和高純氧排空管路16上設置調節流量的孔板或者節流閥；回流管路14上設置有穩定壓力、調節流量的閥門。
一種變壓吸附制取氧與氧氣提純一體化方法，具體包括以下步驟：
步驟一、氧氣儲罐36內的高純氧經反充壓管路55進入緩沖罐58，變壓吸附制氧機開始運行；變壓吸附制氧機產出的普氧經氧氣管路11進入緩沖罐58；
步驟二、緩沖罐58內的普氧經普氧進氣管路44進入氧氣純化主機，氧氣純化主機開始運行；氧氣純化主機產出的高純氧經高純氧出氣管路50進入氧氣儲罐36；
步驟三、氧氣儲罐36內純度不合格的氧氣經回收管路18進入到回流罐15，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃再生；
步驟四、氧氣儲罐36內純度合格的氧氣經產氣閥33輸出。
在步驟二中，變壓吸附制氧機的制氧過程為：
（1）、干燥凈化后的壓縮空氣經第一進氣管路1進入第一吸附塔8，第一吸附塔8產出的普氧經第一出氣管路12和氧氣管路11進入緩沖罐58；
（2）、回流罐15內的氧氣經回流管路14和第二出氣管路10進入第二吸附塔7進行吹掃再生，同時第一吸附塔8產出的氧氣部分經第一出氣管路12和再生管路13進入第二吸附塔7，第二吸附塔7內的再生廢氣經第二進氣管路1進入排空管路4排空；
（3）、第一吸附塔8內的氧氣經第一出氣管路12、第三均壓管路9和第二出氣管路10進入第二吸附塔7，實現第一吸附塔8對第二吸附塔7的頂部均壓過程；第一吸附塔8內的氧氣經第一均壓管路5進入第二吸附塔7，實現第一吸附塔8對第二吸附塔7的底部均壓過程；
（4）、第一吸附塔8內的殘留氣經第一進氣管路3進入排空管路4放空；
（5）、切換第二吸附塔7，壓縮空氣經第二進氣管路3進入第二吸附塔7，第二吸附塔7產出的普氧經第二出氣管路10和氧氣管路11進入緩沖罐58；
（6）、回流罐15內的氧氣經回流管路14和第一出氣管路12進入第一吸附塔8進行吹掃再生，同時第二吸附塔7產出的氧氣部分經第二出氣管路10和再生管路13進入第一吸附塔8，第一吸附塔8內的再生廢氣經第一進氣管路3進入排空管路4排空；
（7）、第二吸附塔7內的氧氣經第二出氣管路10、第三均壓管路9和第一出氣管路12進入第一吸附塔8，實現第二吸附塔7對第一吸附塔8的頂部均壓過程；第二吸附塔7內的氧氣經第二均壓管路6進入第一吸附塔8，實現第二吸附塔7對第一吸附塔8的底部均壓過程；
（8）、第二吸附塔7內的殘留氣經第二進氣管路3進入排空管路4放空；
（9）、重復步驟（1）~（8）。
在步驟三中，氧氣純化主機提純氧氣的步驟包括：
（1）、緩沖罐58內的普氧經第三進氣管路54進入第一純化塔27，首先從第一純化塔27流出的氣體經第一排氣管路19和廢氣排空管路22排空；第一純化塔27進入工作狀態；
（2）、流經第一純化塔27的氧氣經第一排氣管路19和高純氧排空管路16流入回流罐15，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃；
（3）、氧氣儲罐36內的高純氧經第二高純氧吹掃管路51進入第一純化塔27，對第一純化塔27進行吹掃，吹掃氣經第一高純氧吹掃管路17進入到回流罐15；
（4）、第一純化塔27內的部分氣體經第五均壓管路31進入第二純化塔34，完成第一純化塔27對第二純化塔34的均壓過程；
（5）、第一純化塔27內的高純氧氣經第三進氣管路54進入高純氧出氣管路50，經過濾器49過濾除塵，再經氧氣真空-增壓兩用壓縮機47輸出到氧氣儲罐36；
（6）、緩沖罐58內的普氧經第四進氣管路46進入第二純化塔34，首先從第二純化塔34流出的氣體經第二排氣管路25和廢氣排空管路22排空；第二純化塔34進入工作狀態；
（7）、流經第二純化塔34的氧氣經第二排氣管路25和高純氧排空管路16流入回流罐15，用于變壓吸附制氧機內分子篩的吹掃再生；
（8）、氧氣儲罐36內的高純氧經第二高純氧吹掃管路51進入第二純化塔34，對第二純化塔34進行吹掃，吹掃氣經第一高純氧吹掃管路17進入到回流罐15；
（9）、第二純化塔34內的部分氣體經第四均壓管路30進入第一純化塔27，完成第二純化塔34對第一純化塔27的均壓過程；
（10）、第二純化塔34內的高純氧氣經第四進氣管路46進入高純氧出氣管路50，經過濾器49過濾除塵，再經氧氣真空-增壓兩用壓縮機47輸出到氧氣儲罐36；
（11）、重復步驟（1）~（10）。
最后應說明的是，以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但是凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。