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变压吸附制氧常见问题处理之一:原理及工艺流程

2024/01/11

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1 变压吸附制氧基本原理

变压吸附制氧的基本原理是,原料空气经鼓风机进口过滤器去除杂质后进入鼓风机,被鼓风机增压后,通过管道和气动切换阀门进入吸附剂床层,原料空气中的水分和二氧化碳被底部的13X吸附剂吸附,净化后的空气在吸附器内继续上升,经过PU-8制氧吸附剂的过程中氮气逐渐被吸附,从而在吸附器顶部富集到氧气。产品氧气从吸附器顶部流出后,进入氧气缓冲罐,再经增压,供用户使用。

为了连续获得氧气,一般设两个或两个以上的吸附器,一个吸附器在较高压力下吸附空气中的氮气,从吸附器出口端获得产品氧气;其他的吸附器在较低压力下解吸或升压,以便在下一个周期内吸附原料空气中的氮气。几个吸附器轮流切换,从而达到连续产氧的目的。

对于VPSA制氧工艺,每个周期都必须完成吸附、顺向放压、真空解吸、清洗、均压、升压等步骤。

吸附:空气经过吸附床层,氮气被吸附,当吸附器达到一定压力后,产品氧气流入氧气缓冲罐。

顺向放压:吸附结束后,吸附器上部气体含氧量相对较高,将这部分气体顺向放至低压吸附器。

真空解吸:顺向放压结束后,吸附器压力还是较高,需要通过抽真空的方法使吸附器压力进一步降低,将解吸的氮气抽出放空。

清洗:在吸附器抽真空达到最低解吸压力之前,将氧气从顶部通入吸附器,同时从底部继续抽真空,使吸附的氮气进一步解吸。

均压:吸附器再生结束后,将完成吸附的吸附器从顶部通入气体,同时对吸附器从底部继续抽真空。

升压:均压后吸附器压力仍较低,利用氧气缓冲罐中的产品气从顶部送入吸附器,同时从吸附器底部引入空气,对吸附器进行升压。

以上各步骤循环进行,即可实现空气的氧氮分离,从而得到符合要求的产品氧气。各工作步骤的切换,是靠气动切换阀来实现的,气动阀门根据控制系统程序的设定实现自动开启和关闭。

2 VPSA制氧装置系统组成

VPSA制氧装置由鼓风机系统、真空泵系统、吸附系统、仪表控制系统、电气控制系统、仪表空气系统、氧气增压系统共七部分组成。

鼓风机系统:为制氧装置提供原料空气,将空气加压后送入吸附器。此系统主要由鼓风机进气过滤器、鼓风机、鼓风机出口冷却器和相应的管道及阀门组成。

真空泵系统:在吸附结束后对吸附器抽真空,将解吸的氮气排出系统。此系统主要由真空泵、真空泵出口消音室和相应的管道及阀门组成。

吸附系统:空气中氧气和其他组分(氮气、水分、二氧化碳等)分离的场所,其他组分被吸附剂吸附,而氧气吸附较少,在吸附器顶部得到富集,从而将氧气从空气中分离出来。此系统主要由吸附器(内装有各种吸附剂及填料)、氧气缓冲罐和相应的管道及阀门组成。

仪表控制系统:用来控制制氧装置的启动、停止,通过各气动阀门的自动运行实现各步骤的切换。此系统主要由上位机、仪表控制柜、传感器、变送器等现场仪表监控系统,自动控制硬件、自动控制软件、自动控制程序等办公室操作系统,组成。

电气控制系统:为制氧装置内的动力装置等用电设备提供电源及控制动力设备的启动、停止及保护。此系统主要由电气控制柜、电气操作开关、电气自动化保护、动力电缆和控制电缆等部分组成。

仪表空气系统:为气动控制阀门提供高压、清洁、连续、充足的气源,保证气动控制阀门可以顺利开关。此系统主要由空气压缩机、干燥机、空气过滤器和相应的管道及控制阀门组成。

氧气增压系统:从吸附器流出的氧气收集在氧气缓冲罐内,输出压力为20 kPa左右,经氧气增压装置加压后达到要求的供氧压力,供用户使用。此系统主要由氧气增压风机、氧气增压风机后冷器、低压氧气缓冲罐和供氧管道组成。

3 装置性能指标

氧气纯度 80%

氧气输出压力 45 kPa(G)

启动时间 15~30 min

电耗 0.3±0.02 kW·h/m3(折纯氧计,按电源进线柜电度表有功功率计量,包括鼓风机、真空泵、用电等)