[实用新型]大规模变压吸附梯级空气分离装置

说明书

本实用新型提供一种大规模变压吸附梯级空气分离装置。空气加压风机出口通过脱水脱二氧化碳吸附塔与径向沸石分子筛变压吸附塔组的入口相连，塔组出入口均装有程控阀，并在径向沸石分子筛变压吸附塔组的入口接有减压泵；径向沸石分子筛变压吸附塔组的出口通过程控阀与碳分子筛变压吸附塔组的入口相连，塔组的出口接有减压泵；变压吸附塔组通过程控阀实现部分吸附塔吸附分离、部分吸附塔解吸再生循环使用。

1.技术领域

本发明提供大规模变压吸附梯级空气分离装置，属于空气分离技术领域。

2.背景技术

现代煤化工、冶金工业、石油炼制和硫酸工业等生产需要消耗大量的氧气，而对氮气的需求量较小。现有氧气生产方法中，空气分离法是最经济的工业制氧方法。目前，在空气分离领域中，低温精馏法(深冷分离)是传统的制氧方法，变压吸附法和膜分离法是新兴的制氧方法。低温精馏法技术成熟、适宜于大规模生产高压氧气和高压氮气、能够得到高纯度的氧气和氮气，且回收率很高，但氧气和氮气产量比过小，仅有21：78(体积比)，难以满足高耗氧低耗氮的工业过程需要。变压吸附法技术较成熟，适宜于中小规模生产氧气、能够得到中等纯度的低压氧气，氮气低压排出，但由于氩气、氦气和氖气等惰性气体未能分离影响氧气纯度的进一步提高且回收率有待提高。膜分离法技术正在开发，适宜于小和超小规模生产氧气、能够得到低浓度的氧气，投资较高且尚无大规模工业化应用的分离膜。

但对于煤炭富氧燃烧、半焦氧热法制取乙炔、金属氧热还原法冶炼、重油热解气化耦合和硫酸工业等生产过程需要消耗大量的低压氧气，而对氮气的需求量较小，采用深冷分离投资和能耗过大且损失氧气压力势能，急需开发大规模变压吸附法空气分离工艺和装备，满足现代工业对低压高纯度氧气的需求。

3.发明内容

为了克服现有空气变压吸附分离技术存在的不足，本发明的目的是开发一种大规模变压吸附梯级空气分离装置，该装置能够大幅度提高空气变压吸附分离的规模和氧气的纯度，降低高纯氧制取的能耗和大规模制氧的投资以及金属材料的用量。

本发明所采用的装置，利用径向变压吸附塔大幅度提高空气变压吸附分离的规模、降低高纯氧分离能耗，通过沸石分子筛变压吸附塔组选择性吸附氮气、碳分子筛变压吸附塔组选择性吸附氧气的组合措施大幅度降低了氧气中的氩气、氦气和氖气等惰性气体含量，从而提高了氧气的纯度和回收率，同时还可得到高纯度的氮气，从而实现了空气大规模、低压、高纯度、低能耗的梯级变压吸附分离。

本发明的大规模变压吸附梯级空气分离装置特征是：空气加压风机出口通过脱水脱二氧化碳吸附塔与径向沸石分子筛变压吸附塔组的入口相连，塔组出入口均装有程控阀，并在径向沸石分子筛变压吸附塔组的入口接有减压泵；径向沸石分子筛变压吸附塔组的出口通过程控阀与碳分子筛变压吸附塔组的入口相连，塔组的出口接有减压泵；变压吸附塔组通过程控阀实现部分吸附塔吸附分离、部分吸附塔解吸再生循环使用。

在本发明中，径向沸石分子筛变压吸附塔组中装填的沸石分子筛为5A分子筛、锂X型分子筛、锂A型分子筛、13X型分子筛及其碱土金属改性分子筛中的一种。

在本发明中，变压吸附分离装置为真空变压吸附或低压变压吸附操作。

在本发明中，碳分子筛变压吸附塔为径向变压吸附塔或轴向变压吸附塔。

在本发明中，径向变压吸附塔由塔壁、隔离筒和中心管由外向内依次按同心圆布置，隔离筒和中心管的顶部通过吸附剂压紧板形成吸附段上部封闭；塔壁与隔离筒形成上部封死的气室，隔离筒与隔离筒形成辅助吸附室，隔离筒与中心管形成吸附室，中心管内底部设置防死区导向锥筒；塔壁底部侧面连接切向进气口，吸附尾气出口连接中心管设置在塔顶部；塔壁、中心管和隔离筒与底板密封连接；辅助吸附室和吸附室底部分别安装辅助吸附剂卸料口和吸附剂卸料口。

在本发明中，空气径向沸石分子筛变压吸附塔组分离得到的富氧空气浓度为50％-85％。

4.附图说明