多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备及其使用方法与流程

1.本发明涉及制氧系统技术领域，具体是多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备及其使用方法。


背景技术：

2.分子筛制氧系统：在常温下，采用变压吸附工艺，利用分子筛将空气中的氧气与氮气分离，从而提取氧气的系统。原理是：利用分子筛物理吸附和解吸技术，制氧机内装填分子筛，在加压时可将空气中氮气吸附，剩余的未被吸收的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。分子筛在减压时将所吸附的氮气排放回环境空气中，在下一次加压时又可以吸附氮气并制取氧气，整个过程为周期性地动态循环过程，分子筛并不消耗。
3.分子筛：即沸石分子筛，是一种无机晶体材料，因具有规整的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性而广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域中，并起着不可替代的作用。
4.沸石分子筛的吸附是一种物理变化过程。产生吸附的原因主要是分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”，当流体流过时，流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面，在表面产生分子浓聚，使流体中的这种分子数目减少，达到分离、清除的目的。由于吸附不发生化学变化，只要设法将浓聚在表面的分子赶跑，沸石分子筛就又具有吸附能力，这一过程是吸附的逆过程，叫解吸或再生。由于沸石分子筛孔径均匀，只有当分子动力学直径小于沸石分子筛孔径时才能很容易进入晶穴内部而被吸附，所以沸石分子筛对于气体和液体分子就犹如筛子一样，根据分子的大小来决定是否被吸附。由于沸石分子筛晶穴内还有着较强的极性，能与含极性基团的分子在沸石分子筛表面发生强的作用，或是通过诱导使可极化的分子极化从而产生强吸附。这种极性或易极化的分子易被极性沸石分子筛吸附的特性体现出沸石分子筛的又一种吸附选择性。
5.氧气提纯及再生方法：在分子筛制氧工艺中，在开机初始时，氧浓度从环境氧浓度逐步提升到90％以上，按国家规定在30分钟内应达到90％以上，多塔制氧工艺约在10分钟左右，在此期间因氧浓度未达到规定值，所产生的氧气不允许向外输送，如果排放到室内会影响到环境氧浓度产生火灾隐患，也浪费了制氧工艺中的能源。
6.分子筛制氧是采用物理方式，采用分子筛对压缩空气中的氮分子进行吸附，氧分子游离在分子筛外部，通过压力差输送到管道中，在初始时，吸附塔中的分子筛从在环境中压缩的空气中进行氮氧分离，分离出的氧浓度较低，呈现从环境氧浓度到成品氧浓度(≥90％)上升趋势，在上升过程中的氧气因氧浓度未达到标准要求，不能输送到管道中，只能排放到空气中或封闭积聚到管道中，而不利于氧浓度的提升。
7.现有技术中《一种回收不合格氧气的制氧系统》申请号2018221284806，其采用的是将不合格的氧气通过管道输送到供气管道中，与压缩空气混合后再投入到吸附塔中进行氧气的提取。实际使用时，因吸附塔的进气与出氧存在一定的压力差，空气压力要大于氧气压力0.5mpa以上，例如吸附塔进气的空气压力在0.45mpa以上，而氧气压力在0.4mpa以内，
所以该专利存在回流氧气因压力低于压缩空气的压力而导致无法汇入到压缩空气管道中，使用效果较差。因此，本发明提供了多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备及其使用方法，以解决不合格氧气因压力低于压缩空气的压力，二者压力差的原因导致不合格的氧气无法与压缩空气源汇集，所以使用效果差的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.本发明的多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备，包括若干装填有沸石分子筛的吸附塔、供气设备、排气设备、缓冲罐、连接管道以及控制阀，吸附塔通过各自通过独立的连接管道连接到缓冲罐，控制阀设置到连接管道。
11.作为本发明进一步的方案，缓冲罐还设置有用于检测缓冲罐中气压的气压计ⅰ。
12.作为本发明进一步的方案，吸附塔还设置有用于检测吸附塔内气压的气压计ⅱ。
13.作为本发明进一步的方案，多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备还包括plc，plc控制连接到控制阀、气压计ⅰ和气压计ⅱ。
14.作为本发明进一步的方案，缓冲罐还连接有加压设备，加压设备的进气口连接到缓冲罐，加压设备的排气口连接到吸附塔。
15.作为本发明进一步的方案，加压设备为空气压缩机。
16.作为本发明进一步的方案，包括两个以上装填有沸石分子筛的吸附塔，以两个吸附塔与电磁阀控制为例，设有吸附塔一和吸附塔二，吸附塔一的进气口通过电磁阀v1连通均压塔，均压塔的进气口依次连通压缩机、二级过滤器、除湿器和一级过滤器，一级过滤器的进气口连通进气管，吸附塔一和吸附塔二的进气口均连通旋转阀，旋转阀连通细菌过滤器进气口和氧气缓冲塔的出气口，旋转阀与细菌过滤器之间设有电磁阀v4，细菌过滤器1 的出气口连通出氧口，吸附塔一的出气口通过电磁阀v21连通氧气缓冲塔的进气口，吸附塔一的出气口通过电磁阀v31连通排氮口，吸附塔二的出气口通过电磁阀v22连通氧气缓冲塔的进气口，吸附塔二的出气口通过电磁阀v32连通排氮口。
17.作为本发明进一步的方案，所述氧气缓冲塔设置有采样口，采样口连通氧浓度分析仪，进行数据分析，不合格时关闭电磁阀v4，通过旋转阀将氧气缓冲塔中的氧气输送到不同的吸附塔中进行二次提纯，从而可以迅速的提升氧浓度。
18.作为本发明再进一步的方案，所述电磁阀v1、v21、v31、v22、v32和v4均为单向阀。
19.本发明的使用方法，具体实施过程如下：
20.s1:空气经过压缩机的抽取，依次通过一级过滤器、除湿器、二级过滤器，最后进入均压塔内，电磁阀v1和v21开启，高压空气进入吸附塔一内进行吸附，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔中不向外排放，与均压塔达到压力平衡；
21.s2:关闭电磁阀v1，开启氧气缓冲塔通过旋转阀连通吸附塔一，进行一次均压，不合格的氧气通过吸附塔二进行二次吸附，达到压力平衡后，旋转阀连通吸附塔一的进气口，同时电磁阀v1、v22和v31开启，进行排氮；
22.s3:排氮完成后电磁阀v31、v21开启，电磁阀v22关闭，再一次进行均压，同时，电磁
阀v32开启，旋转阀连通吸附塔二的进气口，进行排氮；
23.s4:氧气缓冲塔内的氧浓度分析仪，进行数据分析，不合格时关闭电磁阀v4，通过旋转阀将氧气缓冲塔中的氧气输送到不同的吸附塔中进行二次提纯，从而可以迅速的提升氧浓度，合格后，电磁阀v4开启，旋转阀连通细菌过滤器，通过出氧口排出提纯后的氧气。
24.在实际使用中，采用四吸附塔或六吸附塔工艺时，则采用智能旋转阀代替电磁阀或单向阀，氧气出口处设置有氧气缓冲罐。本方案实施过程中，首先将不合格的氧气先存储到氧气缓冲罐中不向外排放，正常情况下在多塔制氧过程中，吸附塔对压缩空气进行提取后，进行二次均压，将吸附塔中剩余的低浓度氧气分两次充入到其他吸附塔中，再进行排氮，完成排氮后再通过接收其他吸附塔的均压气，进行二次提纯，再加入压缩空气进行氧气的制取，制氧系统控制阀通过旋转进行制氧工艺的切换。本发明通过技术创新，可在制氧初期存储在氧气缓冲罐中的不合格氧气进行回收，充入到二次均压提纯中的第一步中，此时吸附塔在排氮结束后，压力与大气压相同，不合格的氧气可以迅速的流入到该吸附塔中，再经过第二次均压后通过压缩空气提纯氧气。每个吸附塔重复进行，可以充分的利用氧气缓冲罐中的氧气进行提纯。并且可以通过气压计ⅰ和气压计ⅱ分别监控缓冲罐和吸附塔中的压力状态，从而在满足前设条件时，即缓冲罐中的压力大于吸附塔中的压力，也就是缓冲罐中积累到足够量的不合格氧气，从而可以开展二次吸附回收作业，即打开对应的控制阀即可。当然这一过程是可以通过plc控制连接到气压计ⅰ和气压计ⅱ以及控制阀而进行自动控制实现的。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.1、本发明通过旋转阀对氧气缓冲塔中的不合格氧气进行回流缓冲到吸附塔中从而实现不合格氧气的二次提纯。
27.2、本发明通过将不合格氧气输送到已经排空的吸附塔中进行二次提纯。
28.3、本发明的氧气缓冲塔上设置有采样口，通采样口将氧气输送到氧浓度分析仪中进行数据分析，不合格时关闭电磁阀v4，通过旋转阀将氧气缓冲塔中的氧气输送到不同的吸附塔中进行二次提纯，从而可以迅速的提升氧浓度。
附图说明
29.图1为多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备的工艺流程图。
30.图2为多塔分子筛制氧系统中氧气提纯的二次提纯的工艺流程图。
31.图中：1、进气管；2、一级过滤器；3、除湿器；4、二级过滤器；5、压缩机；6、吸附塔一；7、吸附塔二；8、氧气缓冲塔；9、旋转阀；10、细菌过滤器；11、出氧口；12、均压塔；13、排氮口。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例一
34.请参阅图1，本发明实施例中，多塔分子筛制氧系统中氧气提纯、再生设备及其使
用方法，以两塔代替多个吸附塔说明，两塔结构中至少包括两个装填有沸石分子筛的吸附塔一1和吸附塔二7，吸附塔一6的进气口通过电磁阀v1连通均压塔12，均压塔12的进气口依次连通压缩机5、二级过滤器4、除湿器3和一级过滤器2，一级过滤器2的进气口连通进气管1，吸附塔一6和吸附塔二7的进气口均连通旋转阀9，旋转阀9连通细菌过滤器10进气口和氧气缓冲塔8的出气口，旋转阀9与细菌过滤器10之间设有电磁阀v4，细菌过滤器10的出气口连通出氧口11，吸附塔一6的出气口通过电磁阀v21连通氧气缓冲塔8的进气口，吸附塔一6的出气口通过电磁阀v31连通排氮口13，吸附塔二7的出气口通过电磁阀v22连通氧气缓冲塔8的进气口，吸附塔二7的出气口通过电磁阀v32连通排氮口13；
35.所述氧气缓冲塔8设置有采样口，采样口连通氧浓度分析仪，进行数据分析，不合格时关闭电磁阀v4，通过旋转阀9将氧气缓冲塔8中的氧气输送到不同的吸附塔中进行二次提纯，从而可以迅速的提升氧浓度。
36.所述电磁阀v1、v21、v31、v22、v32和v4均为单向阀。
37.本发明通过对旋转阀9与氧气缓冲塔8建立一个均压回路，在氧浓度低时，氧气缓冲塔8出口电磁阀v4关闭，氧气缓冲塔8内的压力增加，要高于正常工作时的吸附塔的均压压力，氧气缓冲塔8内的氧气会通过原出氧通道将氧气经过旋转阀9输送到吸附塔中进行预充压与提纯。经过反复提纯后，达到氧浓度要求时，氧气缓冲塔8出口的供氧阀门v4 开启，氧气向外输送。
38.实施例二
39.请参阅图2，本发明实施例与实施例一的不同之处在于，采用智能旋转阀代替电磁阀或单向阀，氧气出口处设置有氧气缓冲罐，吸附塔设有4-6个，每个与智能旋转阀单独连接设置，通过智能旋转阀将氧气缓冲塔8中的氧气输送到不同的吸附塔中进行二次提纯，从而可以迅速的提升氧浓度。
40.本发明的使用方法，具体实施过程如下：
41.s1:空气经过压缩机5的抽取，依次通过一级过滤器2、除湿器3、二级过滤器4，最后进入均压塔12内，电磁阀v1和v21开启，高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一正在进行预进气；吸附塔二正在进行进气产氧；吸附塔三在进行顺向均压；吸附塔四在进行排氮；吸附塔五进行负压解吸，吸附塔六进行逆向均压提纯，吸附塔二进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔六中进行均压进行二次提纯。
42.s2:旋转阀旋转一个固定角度，高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一正在进行进气产氧；吸附塔二在进行顺向均压；吸附塔三在进行排氮；吸附塔四进行负压解吸，吸附塔五进行逆向均压提纯，吸附塔六进行预进气；吸附塔一进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔五中进行均压进行二次提纯。
43.s3:旋转阀旋转一个固定角度，高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一在进行顺向均压；吸附塔二在进行排氮；吸附塔三进行负压解吸，吸附塔四进行逆向均压提纯，吸附塔五进行预进气；吸附塔六正在进行进气产氧；吸附塔六进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔四中进行均压进行二次提纯。
44.s4:旋转阀旋转一个固定角度，高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一在进行排氮；吸附塔二进行负压解吸，吸附塔三进行逆向均压提纯，吸附塔四进行预进气；吸附塔五正在进行进气产氧；吸附塔六在进行顺向均压；吸附塔五进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔三中进行均压进行二次提纯。
45.s5:旋转阀旋转一个固定角度，此时：高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一进行负压解吸，吸附塔二进行逆向均压提纯，吸附塔三进行预进气；吸附塔四正在进行进气产氧；吸附塔五在进行顺向均压；吸附塔六在进行排氮；吸附塔四进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔二中进行均压进行二次提纯。
46.s6:旋转阀旋转一个固定角度，此时：高压空气进入智能旋转阀中进行分配，吸附塔一进行逆向均压提纯，吸附塔二进行预进气；吸附塔三正在进行进气产氧；吸附塔四在进行顺向均压；吸附塔五在进行排氮；吸附塔六进行负压解吸，吸附塔三进行进气产氧时，不合格的氧气先存储到氧气缓冲塔8中不向外排放，由智能旋转阀返流到正在进行均压的吸附塔一中进行均压进行二次提纯。
47.在多塔制氧过程中，吸附塔对压缩空气进行提取后，进行两次均压，将吸附塔中剩余的低浓度氧气分两次充入到其他吸附塔中，再进行排氮，完成排氮后再通过接收其他吸附塔的均压气，进行二次提纯，再加入压缩空气进行氧气的制取，旋转阀9通过旋转进行制氧工艺的切换。本发明通过技术创新，可在制氧初期存储在氧气缓冲塔8中的不合格氧气进行回收，充入到二次均压提纯中的第一步中，此时吸附塔在排氮结束后，压力与大气压相同，不合格的氧气可以迅速的流入到该吸附塔中，再经过第二次均压后通过压缩空气提纯氧气。每个吸附塔重复进行，可以充分的利用氧气缓冲塔8中的氧气进行提纯。
48.在多次均压的基础上创新的增加了二次回收与提纯工艺，通过利用氧气缓冲罐与吸附塔的压力差，将氧气缓冲罐中的未达到氧浓度要求的高纯氧输送到吸附塔中进行二次提纯，氧气吸附塔在排空后压力只有常压，此时通过旋转阀将缓冲罐与该吸附塔连接，可以将缓冲罐中的氧气大量的输送到吸附塔中，再进行下面的工序从而实现了不合格氧气的二次提纯。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。