[发明专利]一种可提高氧气回收率的两级串联变压吸附制氧系统及其操作方法

权利要求书

1.一种可提高氧气回收率的两级串联变压吸附制氧系统，其中，第一级PSA为装有常规沸石等氮吸附剂的基于平衡吸附机理的氧氮分离变压吸附分离系统，第二级PSA为装有氧选择性氮吸附剂的基于平衡吸附机理的氧氩分离变压吸附分离系统；

其中，第一级PSA包括至少两个吸附塔、一个第一缓冲罐P1，还包括各种控制阀门及连接管路，这些控制阀门和管路分别组成吸附塔之间的控制转移回路、控制清洗与转移回路；第一级PSA的吸附塔中填充氮吸附剂；

第二级PSA 包括至少两个吸附塔、一个压缩机AB201、一个第二缓冲罐P2、一个第三缓冲罐P3、一个第四缓冲罐P4，以及各种连接管路和管路上必要的控制阀门；第二级PSA的吸附塔中填充氧选择性吸附剂，该吸附剂能从含氧、氩混合气中吸附氧气；第二缓冲罐P2与吸附塔的出口端通过控制阀门相连通，用以接受自吸附塔富集的难以被吸附剂吸附的废气，以及将接收的废气送回到吸附塔的出口端进行预充压；第三缓冲罐P3与吸附塔的出口端通过控制阀门相连通，用以接收自吸附塔富集的难以被吸附剂吸附的废气，以及将接收的工艺气体送回到吸附塔的出口端进行置换吸附剂气相的高纯度气体，并借助压缩机AB201输出作为产品气，或者排向一个并非完全必要的产品气缓冲罐P4；压缩机AB201与吸附塔的入口端通过控制阀门相连通，用以将被吸附塔吸附的气体通过控制阀门自吸附塔中取出；各种连接管路和管路上必要的控制阀门组成下述回路：  

进料回路：用于把第一级PSA中第一缓冲罐P1即产品气缓冲罐的气体引入第二级PSA的吸附塔中；该回路包括对应于各吸附塔的切换阀门，以及必要的连接管线；

富氧产出回路：用以选择性的将吸附塔与压缩机AB201通过控制阀门相接通，将气体自吸附塔取出，输送至产品气缓冲罐P4；该回路包括对应于各吸附塔的切换阀门和对应于产品气缓冲罐P4的切换阀门，以及必要的连接管线；

贫氧气体输出回路：用以选择性的将贫氧气体转移到第二缓冲罐P2或者将第二缓冲罐P2的气体转送入吸附塔的出口端，该回路包含对应于各吸附塔的切换阀门和对应于第二缓冲罐P2的切换阀门，以及必要的连接管线；

贫氧气体转移与置换回路：用以选择性的将贫氧气体转移到第三缓冲罐P3或者将第三缓冲罐P3的气体转送入吸附塔的出口端，该回路包含对应于各吸附塔的切换阀门和对应于第三缓冲罐P3的切换阀门，以及必要的连接管线；

置换清洗回路，用以将更高纯度的产品氧气体转移到吸附塔的入口端，该回路包含对应于各吸附塔的切换阀门，与第四缓冲罐P4之间的切换阀门，以及必要的连接管线； 

产品气、废气出口段分别具有可调节流量、控制输出压力的阀门以及必要的连接管线；

还包括一套完整的控制组件，用以对回路上的阀件进行必要的操作控制以及对压缩机进行必要的操作控制；

其特征在于，在第二级PSA中还设置了混合进料回路，位于原有的进料回路旁边，并且相互关联，即在第一级PSA中的第一缓冲罐P1与第二级PSA中的压缩机AB201输出端之间设置一管路，该管路中，对应于各吸附塔分别设置切换阀门，与原有进料回路的切换阀门之间建立连接；在压缩机AB201输出端与第二级PSA中的第四缓冲罐P4之间设置一个切换阀门；此外，在压缩机AB201输入端与第四缓冲罐P4之间设置管路，该管路上设置一个切换阀门。

2.如权利要求1所述的两级串联变压吸附制氧系统的操作方法，其特征在于具体步骤为：

步骤一、经预处理后的压缩空气进入第一级PSA，即采用氮吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附系统进行氧氮分离，并如公知变压吸附技术运行并产生富含氧、氩组分的混合气，其组分约O₂:90-95%，Ar:4～5%，其余为氮，收集于第一缓冲罐P1；

步骤二、经第一级PSA产生的富含氧、氩组分、含少量氮的混合气经第一缓冲罐P1出口管线进入第二级PSA即采用氧选择性吸附剂基于平衡吸附理论的变压吸附系统进行氧氩分离，产生纯度达99.5%的高纯度氧气，收集于第四缓冲罐P4，并经阀门控制输出产品气，而其中富含氩气的废气则经第二缓冲罐P2再经阀门控制排除出系统；其中，第二级PSA即基于平衡吸附机理的变压吸附氧氩分离系统，以两个吸附塔为例，自动阀门按照如下表规定的要求切换，两个吸附塔201A、201B异相顺序运行，其运行步骤如下表所示：

其中，各阀门符号说明如下：

V6A、V6B为进料回路中对应于两个吸附塔的切换阀门；

V6C、V6D为混合进料回路中对应于两个吸附塔的切换阀门，V6E为混合进料回路中压缩机AB201输出端与第四缓冲罐P4之间的切换阀门；V7D为混合进料回路中在压缩机AB201输入端与第四缓冲罐P4之间管路上的切换阀门；

V7A、V7B为富氧产出回路中，对应于两个吸附塔的切换阀门，V7C为对应于产品气缓冲罐P4的切换阀门；

V8A、V8B为贫氧气体输出回路中，对应于两个吸附塔的切换阀门，V8C为对应于第二缓冲罐P2的切换阀门；

V9A、V9B为贫氧气体转移与置换回路中，对应于两个吸附塔的切换阀门，V9C为对应于第三缓冲罐P3的切换阀门；

V10A、V10B为置换清洗回路中，对应于两个吸附塔的切换阀门，V10C为与第四缓冲罐P4之间的切换阀门；

V8D、V6F分别为产品气、废气出口段具有可调节流量、控制输出压力的阀门；

上述阀门开启至合适的开度指可控制气体流率的阀门自0～100%之间的任意合适的开启度。