9、真空變壓吸附制氧設(shè)備

1、真空變壓吸附制氧設(shè)備真空變壓吸附制氧設(shè)備（An Oxygen Concentrator By accum ressure wing dsorption ）2015*真空變壓吸附制氧設(shè)備真空變壓吸附制氧設(shè)備*一、工藝原理一、工藝原理1 1、真空變壓吸附、真空變壓吸附制氧工藝的基礎(chǔ)：制氧工藝的基礎(chǔ)： 新型新型LiXLiX沸石沸石分子篩在低壓分子篩在低壓- -真真空區(qū)域擁有更大空區(qū)域擁有更大N2N2吸附量差值。吸附量差值。*2 2、合理的吸附塔結(jié)構(gòu)：、合理的吸附塔結(jié)構(gòu)： 空氣氣源組分復(fù)雜，空氣氣源組分復(fù)雜，工藝應(yīng)對氣源進行有效工藝應(yīng)對氣源進行有效凈化再進行關(guān)鍵的氧氮凈化再進行關(guān)鍵的氧氮分離，保證核心

2、吸附劑分離，保證核心吸附劑的工作效率。的工作效率。*二、產(chǎn)品特點二、產(chǎn)品特點1 1、深冷法與真空變壓、深冷法與真空變壓吸附法制氧對比吸附法制氧對比2 2、真空變壓吸附制氧、真空變壓吸附制氧設(shè)備產(chǎn)品特點設(shè)備產(chǎn)品特點3 3、同行情況說明、同行情況說明*1、真空變壓吸附制氧與深冷法制氧對比、真空變壓吸附制氧與深冷法制氧對比項目深冷法制氧真空變壓吸附法制氧分離原理將空氣液化,根據(jù)氧和氮沸點不同達到分離。加壓吸附,降壓解吸,利用氧氮吸附能力不同達到分離。裝置特點工藝流程復(fù)雜,設(shè)備較多,投資大工藝流程簡單,設(shè)備少,自控門較多,投資省。工藝特點-160 -190 低溫下操作常溫操作操作特點啟動時間長,一般1

3、540h, 必須連續(xù)運轉(zhuǎn),不能間斷運行,短暫停機,恢復(fù)工況時間長。啟動時間短,一般30 min, 可連續(xù)運行,也可間斷運行。維護特點設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在低溫下運行，加工精度高,維修保養(yǎng)技術(shù)難度大,維護費用高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,近似常溫常壓下操作，維護保養(yǎng)技術(shù)難度低,維護保養(yǎng)費用低。土建及安裝特點占地面積大,廠房和基礎(chǔ)要求高,工程造價高。安裝周期長,技術(shù)難度大,安裝費用高。占地面積小,廠房無特殊要求,造價低。安裝周期短,安裝費用低。安全性在超低溫、高壓環(huán)境運行可造成碳氫化合物局部聚集,存在劇烈爆炸的可能性。常溫常壓下操作,不會造成碳氫化合物的局部聚集?？烧{(diào)性氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度不可調(diào),靈活性差氣體產(chǎn)品產(chǎn)量

4、、純度可調(diào),靈活性好。經(jīng)濟適用性氣體產(chǎn)品種類多,氣體純度高,適用于大規(guī)模制氣、用氣場合。投資小,能耗低,產(chǎn)品單一,濃度低,適用于氧氣純度95 %以下、中小型用氧場合。三、產(chǎn)品特點三、產(chǎn)品特點*2、真空變壓吸附制氧設(shè)備產(chǎn)品特點根據(jù)各種不同分子篩測試數(shù)據(jù)采用與之對應(yīng)的最根據(jù)各種不同分子篩測試數(shù)據(jù)采用與之對應(yīng)的最佳吸附解吸壓力段進行設(shè)計，保證每套設(shè)備擁有佳吸附解吸壓力段進行設(shè)計，保證每套設(shè)備擁有最佳能效比。最佳能效比。采用羅茨風(fēng)機、泵機，長壽命、低維護成本、節(jié)采用羅茨風(fēng)機、泵機，長壽命、低維護成本、節(jié)能，多種可選降噪設(shè)計方案可有效降低現(xiàn)場噪音。能，多種可選降噪設(shè)計方案可有效降低現(xiàn)場噪音。進口品質(zhì)高性

5、能蝶閥、西門子進口品質(zhì)高性能蝶閥、西門子PLC控制系統(tǒng)、優(yōu)控制系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)傳感及氣動元件，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行。質(zhì)傳感及氣動元件，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運行。三、流程描述三、流程描述* 空氣氣源經(jīng)風(fēng)機升壓進入氮氧分離吸附塔,分離得到的氧氣經(jīng)過平衡罐、緩沖罐進入氧氣壓縮機升壓后送至客戶現(xiàn)場,分離得到的尾氣經(jīng)真空泵抽至大氣排放。設(shè)備組成設(shè)備組成鼓風(fēng)機升壓部分鼓風(fēng)機升壓部分真空泵抽負壓部分真空泵抽負壓部分氮氧分離部分氮氧分離部分氧氣緩沖部分氧氣緩沖部分氧氣增壓部分氧氣增壓部分儀表氣部分儀表氣部分電氣控制部分電氣控制部分循環(huán)冷卻水部分循環(huán)冷卻水部分說明：說明：設(shè)備是以潔凈空氣為原料，經(jīng)空氣過濾器進入羅茨鼓風(fēng)機

6、，設(shè)備是以潔凈空氣為原料，經(jīng)空氣過濾器進入羅茨鼓風(fēng)機，升壓后經(jīng)過換熱器進行熱交換冷卻，使溫度降到分子篩最佳升壓后經(jīng)過換熱器進行熱交換冷卻，使溫度降到分子篩最佳吸附性能溫度狀態(tài)（吸附性能溫度狀態(tài)（25左右），再進入已經(jīng)再生完畢處于左右），再進入已經(jīng)再生完畢處于工作狀態(tài)的吸附器。在吸附器內(nèi)，空氣中的水分、二氧化碳工作狀態(tài)的吸附器。在吸附器內(nèi)，空氣中的水分、二氧化碳等組分經(jīng)過床層下部氧化鋁、等組分經(jīng)過床層下部氧化鋁、13X分子篩被吸附，氮氣組分分子篩被吸附，氮氣組分被床層中部被床層中部LiX分子篩吸附，未被吸附的氧氣在吸附器頂部富分子篩吸附，未被吸附的氧氣在吸附器頂部富積作為產(chǎn)品氣輸出，真空變壓吸附

7、分子篩制氧設(shè)備常規(guī)設(shè)置積作為產(chǎn)品氣輸出，真空變壓吸附分子篩制氧設(shè)備常規(guī)設(shè)置兩只吸附器，當(dāng)一只吸附器產(chǎn)出氧氣時，另一只吸附器處于兩只吸附器，當(dāng)一只吸附器產(chǎn)出氧氣時，另一只吸附器處于抽真空再生狀態(tài)，吸附器在單級真空泵作用下抽至抽真空再生狀態(tài)，吸附器在單級真空泵作用下抽至-55kpa左右，排出氣經(jīng)過消音處理排至室外。當(dāng)抽負壓吸附器在完左右，排出氣經(jīng)過消音處理排至室外。當(dāng)抽負壓吸附器在完成真空再生之后，由完成吸附工況的吸附器對本器均壓，然成真空再生之后，由完成吸附工況的吸附器對本器均壓，然后引入空氣升壓并開始吸附，而完成均壓之后的吸附器接著后引入空氣升壓并開始吸附，而完成均壓之后的吸附器接著抽真空再生

8、。這樣兩只吸附器交替重復(fù)產(chǎn)氧和再生，實現(xiàn)連抽真空再生。這樣兩只吸附器交替重復(fù)產(chǎn)氧和再生，實現(xiàn)連續(xù)制取氧氣。被制取的純度續(xù)制取氧氣。被制取的純度93%左右富氧在緩沖調(diào)節(jié)之后經(jīng)左右富氧在緩沖調(diào)節(jié)之后經(jīng)過氧氣壓縮機升壓達到所需的壓力要求，再送至用氧用戶。過氧氣壓縮機升壓達到所需的壓力要求，再送至用氧用戶。3-1 3-1 鼓風(fēng)機升壓部分鼓風(fēng)機升壓部分作為整套設(shè)備的進氣動力部件鼓風(fēng)機，為氧氮分離系統(tǒng)提供作為整套設(shè)備的進氣動力部件鼓風(fēng)機，為氧氮分離系統(tǒng)提供合適的正壓氣源。鼓風(fēng)機升壓部分包括入口空氣濾清裝置、合適的正壓氣源。鼓風(fēng)機升壓部分包括入口空氣濾清裝置、羅茨鼓風(fēng)機主體及配套電機、換熱器、旁路氣動切換蝶

9、閥及羅茨鼓風(fēng)機主體及配套電機、換熱器、旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥、出口單向閥、消音器、波紋管接頭（或彈性接頭）手動蝶閥、出口單向閥、消音器、波紋管接頭（或彈性接頭）等成套設(shè)備。等成套設(shè)備。羅茨風(fēng)機是一種旋轉(zhuǎn)式容積鼓風(fēng)機，它通過同步齒輪帶動作羅茨風(fēng)機是一種旋轉(zhuǎn)式容積鼓風(fēng)機，它通過同步齒輪帶動作等速反向旋轉(zhuǎn)，達到把吸入氣體從進口推移到出口，并克服等速反向旋轉(zhuǎn)，達到把吸入氣體從進口推移到出口，并克服出口側(cè)高壓氣體阻力而強制排氣的目的。出口側(cè)高壓氣體阻力而強制排氣的目的。風(fēng)機結(jié)構(gòu)風(fēng)機結(jié)構(gòu)殼體殼體葉輪及軸葉輪及軸側(cè)板側(cè)板軸承及支座軸承及支座同步齒輪同步齒輪油箱油箱其它其它 油封油封 O-型圈型圈3-2

10、3-2 真空泵抽負壓部分真空泵抽負壓部分真空泵系統(tǒng)包括羅茨真空泵主體及配套電機、旁路氣動切換真空泵系統(tǒng)包括羅茨真空泵主體及配套電機、旁路氣動切換蝶閥及手動蝶閥、蝶閥及手動蝶閥、Y型過濾器、消音器、波紋管接頭（或彈型過濾器、消音器、波紋管接頭（或彈性接頭）等成套設(shè)備。分子篩吸附達到動態(tài)飽和狀態(tài)之后必性接頭）等成套設(shè)備。分子篩吸附達到動態(tài)飽和狀態(tài)之后必須進行解吸再生，沸石分子篩被證明在負壓真空狀態(tài)下有更須進行解吸再生，沸石分子篩被證明在負壓真空狀態(tài)下有更好的解吸再生效果。好的解吸再生效果。為了提高羅茨真空泵抽真空效率，我們通常選用濕式泵，為為了提高羅茨真空泵抽真空效率，我們通常選用濕式泵，為其提供

11、少量密封用軟化水。其提供少量密封用軟化水。3-3 3-3 氮氧分離部分氮氧分離部分氧氮分離部分是整套設(shè)備的核心部件，主要由兩個交替工作氧氮分離部分是整套設(shè)備的核心部件，主要由兩個交替工作的內(nèi)部填裝填料的吸附塔和一些氣動切換閥門組成。根據(jù)的內(nèi)部填裝填料的吸附塔和一些氣動切換閥門組成。根據(jù)LiX沸石分子篩對空氣中氮氣、氧氣分子的吸附容量不同，沸石分子篩對空氣中氮氣、氧氣分子的吸附容量不同，在正壓吸附和負壓脫附過程中實現(xiàn)氧氮分離，而正壓吸附與在正壓吸附和負壓脫附過程中實現(xiàn)氧氮分離，而正壓吸附與負壓脫附過程由可編程控制器按一定程序控制電磁閥并由電負壓脫附過程由可編程控制器按一定程序控制電磁閥并由電磁閥

12、控制相應(yīng)的氣動切換閥來實現(xiàn)自動循環(huán)運行，連續(xù)產(chǎn)出磁閥控制相應(yīng)的氣動切換閥來實現(xiàn)自動循環(huán)運行，連續(xù)產(chǎn)出氧氣。氧氣。切換蝶閥切換蝶閥分子篩吸附原理分子篩吸附原理變壓吸附制氧機是采用沸石分子篩為吸附劑。沸石分子篩具變壓吸附制氧機是采用沸石分子篩為吸附劑。沸石分子篩具有均一微孔結(jié)構(gòu)，并且能選擇性地吸附直徑小于其微孔孔徑有均一微孔結(jié)構(gòu)，并且能選擇性地吸附直徑小于其微孔孔徑的氣體分子的結(jié)晶性的鋁硅酸鹽。其化學(xué)方程式一般以的氣體分子的結(jié)晶性的鋁硅酸鹽。其化學(xué)方程式一般以ME2/XOAl2O3mSiO2nH2O ME:X價的陽離子來表價的陽離子來表示。其結(jié)構(gòu)組成也是多種多樣的，同時不同陽離子比例組成示。其結(jié)構(gòu)

13、組成也是多種多樣的，同時不同陽離子比例組成對吸附分離影響不同。對吸附分離影響不同。沸石分子篩的晶體是籠型結(jié)構(gòu)，有非常發(fā)達的晶穴。在晶穴沸石分子篩的晶體是籠型結(jié)構(gòu)，有非常發(fā)達的晶穴。在晶穴中具有非常強的陽離子和氧負離子，構(gòu)成了極性極強的極性中具有非常強的陽離子和氧負離子，構(gòu)成了極性極強的極性分子篩，而氧和氮是非極性分子，當(dāng)氧氮通過極性分子篩時，分子篩，而氧和氮是非極性分子，當(dāng)氧氮通過極性分子篩時，在極性分子作用下，氧氮產(chǎn)生了誘導(dǎo)偶極，而氧氮的誘導(dǎo)偶在極性分子作用下，氧氮產(chǎn)生了誘導(dǎo)偶極，而氧氮的誘導(dǎo)偶極和沸石分子篩的極性偶極作用產(chǎn)生一種誘導(dǎo)力，而容易極極和沸石分子篩的極性偶極作用產(chǎn)生一種誘導(dǎo)力，而

14、容易極化的氮產(chǎn)生的誘導(dǎo)力遠遠大于氧產(chǎn)生的誘導(dǎo)力，因此分子篩化的氮產(chǎn)生的誘導(dǎo)力遠遠大于氧產(chǎn)生的誘導(dǎo)力，因此分子篩對氮的吸附容量大于對氧的吸附容量，所以氮被沸石分子篩對氮的吸附容量大于對氧的吸附容量，所以氮被沸石分子篩優(yōu)先吸附而富集于分子篩的固相中，氧富集于非固相中，這優(yōu)先吸附而富集于分子篩的固相中，氧富集于非固相中，這就是氧的產(chǎn)品氣。分子篩還具有加壓時對氮的吸附容量增加，就是氧的產(chǎn)品氣。分子篩還具有加壓時對氮的吸附容量增加，減壓時吸附容量減少的特性。因此，可采用對沸石分子篩加減壓時吸附容量減少的特性。因此，可采用對沸石分子篩加壓時吸附氮，減壓時，氮從分子篩中解吸出來的方法來實現(xiàn)壓時吸附氮，減壓時

15、，氮從分子篩中解吸出來的方法來實現(xiàn)變壓吸附制氧。變壓吸附制氧。其中其中LiX沸石分子篩在負壓抽真空再生條件下有相當(dāng)優(yōu)越的沸石分子篩在負壓抽真空再生條件下有相當(dāng)優(yōu)越的氧氮分離性能，對比氧氮分離性能，對比CaX及及CaA型沸石分子篩，產(chǎn)氣率提高型沸石分子篩，產(chǎn)氣率提高了二倍以上，有資料表明，了二倍以上，有資料表明，LiX沸石分子篩隨著發(fā)展這個差沸石分子篩隨著發(fā)展這個差距將進一步拉大。同時距將進一步拉大。同時LiX沸石分子篩吸附穩(wěn)定性更好，使沸石分子篩吸附穩(wěn)定性更好，使用壽命更長。用壽命更長。Li+離子是半徑最小的金屬離子，有高的電荷密度，因此有離子是半徑最小的金屬離子，有高的電荷密度，因此有較高的

16、極化率，與較高的極化率，與N2的作用更強。的作用更強。3-4 3-4 氧氣緩沖部分氧氣緩沖部分氧氣緩沖部分主要由氧氣平衡罐、氧氣緩沖罐、質(zhì)量流量計、氧氣緩沖部分主要由氧氣平衡罐、氧氣緩沖罐、質(zhì)量流量計、氧氣純度分析儀、調(diào)節(jié)閥、氣動切換閥等組成。氧氣純度分析儀、調(diào)節(jié)閥、氣動切換閥等組成。3-5 3-5 氧氣增壓部分氧氣增壓部分氧氣增壓部分是由氧壓機主體及配套電機、后冷卻器、氧氣氧氣增壓部分是由氧壓機主體及配套電機、后冷卻器、氧氣儲罐、單向閥、氧氣蝶閥等組成。儲罐、單向閥、氧氣蝶閥等組成。氧壓機一般采用立式往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)時，通過曲軸、氧壓機一般采用立式往復(fù)活塞式結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)時，通過曲軸、連桿及

17、十字頭，將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛钊跉飧變?nèi)的往復(fù)運動，連桿及十字頭，將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛钊跉飧變?nèi)的往復(fù)運動，并由此使工作容積作周期性變化，完成吸氣、壓縮、排氣和并由此使工作容積作周期性變化，完成吸氣、壓縮、排氣和膨脹四個工作過程。當(dāng)活塞由外止點向內(nèi)止點運動時，進氣膨脹四個工作過程。當(dāng)活塞由外止點向內(nèi)止點運動時，進氣閥開啟，氣體進入氣缸，吸氣開始；當(dāng)?shù)竭_內(nèi)止點時，吸氣閥開啟，氣體進入氣缸，吸氣開始；當(dāng)?shù)竭_內(nèi)止點時，吸氣結(jié)束；當(dāng)活塞由內(nèi)止點向外止點運動時，氣體被壓縮，當(dāng)氣結(jié)束；當(dāng)活塞由內(nèi)止點向外止點運動時，氣體被壓縮，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力超過其排氣管中背壓時，排氣閥開啟，即排氣開始，缸內(nèi)壓力超過其排氣管中背壓時，排

18、氣閥開啟，即排氣開始，活塞到外止點時，排氣結(jié)束?；钊購耐庵裹c向內(nèi)止點運動，活塞到外止點時，排氣結(jié)束?；钊購耐庵裹c向內(nèi)止點運動，氣缸余隙中的高壓氣體膨脹，當(dāng)吸入管中壓力大于正在缸中氣缸余隙中的高壓氣體膨脹，當(dāng)吸入管中壓力大于正在缸中膨脹的氣體壓力，并能克服進氣閥彈簧力時，進氣閥開啟，膨脹的氣體壓力，并能克服進氣閥彈簧力時，進氣閥開啟，在此瞬時，膨脹結(jié)束，完成了一個工作循環(huán)。在此瞬時，膨脹結(jié)束，完成了一個工作循環(huán)。3-6 3-6 儀表氣部分儀表氣部分儀表氣部分包括空壓機、冷干機、過濾器、除油器、空氣儲儀表氣部分包括空壓機、冷干機、過濾器、除油器、空氣儲罐、調(diào)壓閥等設(shè)備。罐、調(diào)壓閥等設(shè)備。氣動蝶閥，氣動調(diào)節(jié)蝶閥在自動控制切換過程中均需要氣動蝶閥，氣動調(diào)節(jié)蝶閥在自動控制切換過程中均需要0.6MPa左右儀表氣源作為氣缸驅(qū)動力；為了保證設(shè)備的開左右儀表氣源作為氣缸驅(qū)動力；為了保證設(shè)備的開工率，對于需經(jīng)常維護保養(yǎng)的過濾裝置增設(shè)旁通閥。工率，對于需經(jīng)常維護保養(yǎng)的過濾裝置增設(shè)旁通閥。3-7 3-7 電氣控制部分電氣控制部