專利名稱：富氧空氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富氧空氣。更具體地說，本發(fā)明涉及通過使用變壓吸附和有關(guān)的空氣混合控制系統(tǒng)生產(chǎn)富氧的空氣。
在許多工業(yè)應(yīng)用中，為提高燃燒的效果，希望使用富氧的空氣。在這些應(yīng)用中，液氧通常被裝運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的液氧貯罐，以便與空氣混合，制備所需純度的富氧空氣。用于此目的的液氧通常氧濃度在99.5%以上。如果在工作現(xiàn)場(chǎng)需要保證有足夠的富氧空氣，則可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置低溫空氣分離裝置，以便降低在這些工業(yè)應(yīng)用中與生產(chǎn)和輸送富氧空氣有關(guān)的總費(fèi)用。
對(duì)某些應(yīng)用的一種可選方法包括使用適于一般空氣分離操作的可滲透膜。這些膜一般把空氣分離成高純度的非滲透氮?dú)饬骱透谎醯臐B透氣流。膜系統(tǒng)簡(jiǎn)單且一般僅生產(chǎn)純度為30-40%的富氧空氣，而不需要與空氣混合。對(duì)某些小規(guī)模的應(yīng)用來說，可以使用現(xiàn)場(chǎng)滲透膜系統(tǒng)提供富氧空氣。也可采用變壓吸附系統(tǒng)(PSA)來生產(chǎn)富氧空氣。
然而，實(shí)際工業(yè)操作的重要領(lǐng)域仍然存在，在這些操作中，把液氧從集中設(shè)置的低溫空氣分離裝置裝運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的貯存設(shè)備，隨后與空氣混合，對(duì)于滿足工業(yè)設(shè)備對(duì)富氧空氣的需要，這仍然是最經(jīng)濟(jì)的方法。盡管如此，與這樣由液氧生產(chǎn)富氧空氣有關(guān)的總費(fèi)用是較高的，對(duì)提高燃燒爐的效率和實(shí)現(xiàn)這類爐子在操作中的能量節(jié)省來說，顯著地影響著使用富氧空氣的可能性。人們明白，對(duì)最有效的操作來說，不同的燃燒爐將要求不同純度的富氧空氣。因此，對(duì)于這類的燃燒操作，技術(shù)上需要對(duì)富氧空氣的生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)，特別是需要能夠以所需的純度生產(chǎn)富氧空氣，并以比現(xiàn)有的用空氣與液氧混合更低的費(fèi)用來提供富氧空氣。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)富氧空氣的改進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)富氧空氣的改進(jìn)系統(tǒng)，它不基于裝運(yùn)液氧到裝置現(xiàn)場(chǎng)。
本發(fā)明的這些和其它的目的，在下文將詳詳描述，本發(fā)明的新的特征在附加的權(quán)利要求中將特別指出。
控制PSA系統(tǒng)和空氣混合裝置就可得到所需氧濃度的富氧空氣。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的流量及純度就能夠使來自空氣壓縮機(jī)裝置的適量空氣與來自PSA系統(tǒng)的富氧混合。
下面，將特別參考附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例的PSA系統(tǒng)和空氣壓縮機(jī)及混合裝置的整體工藝流程圖;
圖2示出了圖1實(shí)施例的變化的工藝流程圖，其中對(duì)加入混合空氣和產(chǎn)品增壓壓縮都是使用單一壓縮裝置;
圖3示出了圖1實(shí)施例的另一變化的工藝流程圖，其中對(duì)加入混合空氣和產(chǎn)品增壓壓縮都用單一壓縮裝置，且控制混合空氣管。
本發(fā)明的這些目的是通過利用PSA系統(tǒng)和混合裝置來實(shí)現(xiàn)的，以滿足特殊應(yīng)用對(duì)富氧空氣的要求，這些要求通常高于那些通過使用液氧最經(jīng)濟(jì)地滿足的生產(chǎn)要求，但低于在現(xiàn)場(chǎng)的低溫裝置可滿足的要求。
在PSA工藝過程中，含較易吸附組分和較難吸附組分的原料混合氣通常是在較高的吸附壓力下通入能選擇性地吸附較易吸附組分的吸附床。此后減壓到較低的解吸壓力，解吸所吸附的易吸附組分，并從該吸附床除去易吸附組分。之后，吸附床再加壓，并將另一批量的原料混合氣引入該吸附床。因此，該吸附床的吸附-解吸循環(huán)操作是連續(xù)進(jìn)行的。這樣的PSA工藝過程通常是在多床系統(tǒng)中進(jìn)行的，每個(gè)床采用相同的PSA循環(huán)處理順序，在系統(tǒng)的其它床中，這樣的處理順序相互關(guān)連地進(jìn)行。在用來分離空氣的PSA系統(tǒng)中，可以采用把氮作為較易吸附組分選擇性地吸附，而把氧作為較難吸附組分加以回收的吸附劑。沸石分子篩是這種類型的吸附劑，它是在選擇性吸附氮的吸附帶的前緣形成并從床的加料端向床的產(chǎn)品端擴(kuò)展的平衡基礎(chǔ)上操作的，可以用在生產(chǎn)氧或氮作為所需產(chǎn)品的PSA工藝循環(huán)過程中。在后一種情況下，也同時(shí)回收富氧空氣流。本領(lǐng)域技術(shù)人員也十分清楚，以速度的選擇性為基礎(chǔ)操作而不涉及在床中形成并擴(kuò)展吸附帶的碳分子篩也能夠選擇性地吸附氧，而不吸附氮，同樣也可以用來生產(chǎn)高純度的氧，或生產(chǎn)富氧空氣流。在一些特殊的實(shí)施例中，本發(fā)明可以采用任意的這樣的工藝過程，制備適合于與空氣混合的含氧氣流，以得到所需氧濃度的富氧空氣流。
使用眾所周知的沸石分子篩，例如5A和13X型沸石分子篩，用于生產(chǎn)高純度氧的一般PSA工藝循環(huán)過程，生產(chǎn)的氧的純度約為90～95%，而使用碳分子篩甚至達(dá)到更高的純度，例如直到約99.5%。在把氮作為所需產(chǎn)品生產(chǎn)的PSA工藝循環(huán)過程中，可以回收一般純度約為30～90%(典型的約為30～50%)的含氧氣流，根據(jù)本發(fā)明，也可以與空氣混合，這取決于富氧空氣產(chǎn)品中所要求的氧的濃度。
如上所述，PSA系統(tǒng)在較高的吸附壓力和較低的解吸壓力之間操作，解吸壓力通常是大氣壓或負(fù)壓。雖然較高的吸附壓力一般高于大氣壓，但在應(yīng)用中較高的吸附壓力也可以位于大氣壓左右，在此時(shí)產(chǎn)生的富氧氣流與空氣混合，如本文中公開的和權(quán)利要求中所述。
現(xiàn)在參看附圖，管1中的原料空氣流通到原料空氣壓縮機(jī)2，加壓到所要求的壓力，然后通過管3進(jìn)入PSA系統(tǒng)4，把空氣分離成氧和富氮?dú)饬?。所述PSA系統(tǒng)可以是任何常規(guī)或已知的PSA系統(tǒng)，基于所使用的沸石分子篩、碳分子篩或任何其它的吸附劑，就能夠從原料空氣中選擇性地吸附氮或氧，生產(chǎn)適合與空氣混合的富氧氣流，以達(dá)到所要求的氧濃度。
人們懂得，PSA系統(tǒng)通常都采用一或幾個(gè)吸附床在吸附階段，原料氣在較高的壓力下通入該一或幾個(gè)吸附床，而系統(tǒng)中的其它吸附床在進(jìn)行再生和加壓。這樣的再生包括解吸階段，在該階段，易選擇性吸附的組分氮或氧從吸附劑中解吸出來，并由吸附床排出。在附圖所示的實(shí)施例中，氧作為較難吸附組分通過管5加以回收，而氮作為較易吸附組分通過管6排出，在真空壓縮機(jī)7的作用下，作為高純度的氮?dú)猱a(chǎn)品，或作為富氮付產(chǎn)品，或作為廢氣流，通過管8從系統(tǒng)中排出。
管5中的富氧氣流(可以裝在產(chǎn)品緩沖貯罐9中)通過一般的氣體純度分析儀10進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該分析儀10與信號(hào)發(fā)射器相連，適于發(fā)射一輸出信號(hào)(通常用標(biāo)號(hào)11表示)到工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12。在管5中，富氧也通過產(chǎn)品孔板流量計(jì)13，后者監(jiān)測(cè)富氧氣流的流量，并且也與常用的信號(hào)傳感器連接，適于發(fā)送一輸出信號(hào)(通常用標(biāo)號(hào)14表示)到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12。上述氣體純度分析儀10和管5中的產(chǎn)品孔板流量計(jì)13的下游，設(shè)置有過程流量或流量極限控制閥15，以控制到混合室16的富氧氣流，在混合室16中，所述富氧氣流與來自管17的空氣混合，以產(chǎn)生所需的富氧空氣產(chǎn)品。
來自管5的富氧與來自管17的空氣混合后，從混合室16進(jìn)入出口管18，用一般的氣體純度分析儀19進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析儀19與一信號(hào)發(fā)射器相連，適于發(fā)出一輸入信號(hào)(通常用標(biāo)號(hào)20表示)到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12。出口管18中的混合富氧空氣從本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)通到下游的應(yīng)用場(chǎng)地(一般用標(biāo)號(hào)21表示)。如果需要，在出口管18中可采用流量控制閥裝置22，以控制來自本發(fā)明PSA-氧混合系統(tǒng)的富氧空氣到下游應(yīng)用場(chǎng)地21的流量。
從所需壓力下的混合空氣壓縮機(jī)23把混合空氣收集在管17中，以便與管5中的富氧氣流混合。在混合室16中進(jìn)行這樣的混合之前，管17中的混合空氣通過混合空氣孔板流量計(jì)24，監(jiān)測(cè)上述混合空氣的流量，它也與常用的空氣流量信號(hào)發(fā)射器相連，適于發(fā)出一輸出信號(hào)(用標(biāo)號(hào)25表示)到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12。
在混合空氣壓縮機(jī)23和上述混合空氣孔板流量計(jì)24之間，排氣管26從管17伸出，以便排出不需要在混合室16中與富氧氣流混合的那部分混合空氣。排氣管26包括混合控制閥27，以便控制從管17輸送到排氣管26的混合空氣的量。另外，可以調(diào)節(jié)壓縮機(jī)23，例如用速度控制或?qū)Я魅~片，以改變混合流速。
編制工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12的程序，使其發(fā)出輸出信號(hào)(用標(biāo)號(hào)28表示)到過程流量控制閥15，并發(fā)出一輸出信號(hào)(用標(biāo)號(hào)29表示)到混合控制閥27。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，PSA系統(tǒng)4通常都有循環(huán)控制裝置30，以便以適當(dāng)?shù)牟僮鞒绦蚩刂葡到y(tǒng)中的每一個(gè)床的PSA循環(huán)操作。在本發(fā)明幾個(gè)較好的實(shí)施例中，上述控制裝置30適于發(fā)出一個(gè)輸出信號(hào)(用標(biāo)號(hào)31表示)到工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12。在這些實(shí)施例中，編寫工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器的程序，使其發(fā)出一輸出信號(hào)(用標(biāo)號(hào)32表示)到上述PSA控制裝置30，以便控制需要整個(gè)系統(tǒng)相應(yīng)波動(dòng)時(shí)的PSA系統(tǒng)4的操作。
在運(yùn)行中，使用氣體純度分析儀10監(jiān)測(cè)管5中富氧氣流的純度，并發(fā)出與富氧純度成比例的過程變化輸入信號(hào)到計(jì)算機(jī)/控制器12。使用產(chǎn)品孔板流量計(jì)13監(jiān)測(cè)管5中上述富氧氣流的流速，并發(fā)出一個(gè)與富氧氣流量成比例的輸入信號(hào)到上述計(jì)算機(jī)/控制器12。利用這種輸入的信息與正比于管18中氧濃度的工藝變量輸入信號(hào)及流量信號(hào)25，工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12就可以發(fā)出一輸出信號(hào)到管5上的過程流量控制閥15和混合空氣排放管26上的混合控制閥27。這樣，來自PSA系統(tǒng)的富氧量和來自混合系統(tǒng)的混合空氣量就可以由工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12來控制并調(diào)節(jié)，因而，富氧空氣流(用出口管18上的氣體純度分析儀19監(jiān)測(cè))可以輸送所需總量的氧用于下游應(yīng)用場(chǎng)地21中的預(yù)定目的。因此，根據(jù)最終富氧空氣的純度和所要求的流速，可以監(jiān)測(cè)和控制本發(fā)明的PSA和混合系統(tǒng)，以便來自混合系統(tǒng)的適量空氣與來自PSA系統(tǒng)的富氧氣流混合，產(chǎn)生所需的富氧產(chǎn)品。
利用本發(fā)明的系統(tǒng)可以生產(chǎn)所需氧濃度范圍很寬的富氧空氣，從低至22%到高達(dá)約90%，較好的是從25%到70%的氧(按體積計(jì))。雖然可以采用本發(fā)明在現(xiàn)場(chǎng)以適合于有效地操作PSA系統(tǒng)的任何所需流速生產(chǎn)富氧空氣，但是，對(duì)所需的濃度，以5-100噸/日(較好的是15-60噸/日)的產(chǎn)量生產(chǎn)富氧空氣，實(shí)施本發(fā)明特別有利。如上所述，更大的產(chǎn)量一般最好是使用現(xiàn)場(chǎng)的低溫裝置生產(chǎn)，而更小的產(chǎn)量通過使用從集中的、遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的低溫空氣分離裝置裝運(yùn)的液氧與空氣混合，或通過一確定產(chǎn)量和純度范圍的膜系統(tǒng)來供應(yīng)是有利的。
如本文公開和權(quán)利要求所述，實(shí)施本發(fā)明所用的PSA系統(tǒng)可以在很寬的所需壓力范圍內(nèi)，根據(jù)下游現(xiàn)場(chǎng)富氧空氣產(chǎn)品要滿足的加工應(yīng)用要求，供應(yīng)與空氣混合的富氧空氣。操作壓力一般約為0到200Psig，常用的是5～100Psig，最常用的是5～50Psig。在通常的二床PSA系統(tǒng)中，工藝循環(huán)操作包括使用的一般沸石分子篩吸附材料的真空解吸，這樣的系統(tǒng)可以以大約5Psig的較高的吸附壓力提供富氧氣流，該氣流適合于在上述壓力下與空氣混合，生產(chǎn)所要求的富氧空氣產(chǎn)品。上述產(chǎn)品氣可以用于任何下游的加工應(yīng)用，該應(yīng)用需要特定的氧濃度，而該氧濃度通過本發(fā)明的總的PSA-空氣混合系統(tǒng)是很容易實(shí)現(xiàn)的。在整個(gè)燃?xì)夤I(yè)如鋼鐵工業(yè)中有許多應(yīng)用需要這樣產(chǎn)量的富氧空氣，通過實(shí)施本發(fā)明可以有效而經(jīng)濟(jì)地保證供應(yīng)。對(duì)于燃燒，使用富氧空氣代替一般空氣，已知能夠使燃燒爐更有效地操作，并且能夠降低與這樣的工業(yè)燃燒操作相聯(lián)系的能量需要。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，富氧空氣有許多其它的應(yīng)用，這類富氧空氣的生產(chǎn)要求是這樣的，以致于本發(fā)明的PSA-空氣混合系統(tǒng)對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)的低溫裝置、液氧或膜來說，是有吸引力的替代方案。
通過把液氧輸送到現(xiàn)場(chǎng)貯存裝置，然后使液氧與空氣混合來供應(yīng)富氧空氣時(shí)，大家知道，液氧的氧濃度約為99.5%。在這種情況下，液氧的貯存和空氣混合系統(tǒng)的結(jié)合涉及有關(guān)的靜態(tài)混合操作，其中很高的固定氧純度的氣流一般與常量的空氣混合，以提供所需氧純度的混合富氧空氣氣流。另一方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，PSA系統(tǒng)的操作是較為動(dòng)態(tài)性的，帶有不適合于液氧-空氣混合系統(tǒng)的波動(dòng)和變化。調(diào)節(jié)總系統(tǒng)和PSA系統(tǒng)本身的特性，使其與這些動(dòng)態(tài)操作條件相適應(yīng)，就顯示出了非常有利的特點(diǎn)，提高了采用本發(fā)明的總的可行性，在工業(yè)上重要的一些應(yīng)用中，最有效地滿足了對(duì)富氧空氣的需要。因此，本發(fā)明的較佳的實(shí)施例中，輸入信號(hào)31從PSA循環(huán)控制裝置30傳送到工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12，而輸出信號(hào)32則返回到上述控制裝置30，能夠監(jiān)測(cè)和控制PSA系統(tǒng)。因此，PSA系統(tǒng)和空氣混合系統(tǒng)能夠有效地相互作用，以提供所需產(chǎn)量的富氧空氣，當(dāng)所要求使用的富氧空氣的壓力高于PSA系統(tǒng)的排放壓力時(shí)，就需要使用增壓壓縮機(jī)。如果混合鼓風(fēng)機(jī)和產(chǎn)品增壓壓縮機(jī)的功能相結(jié)合的話，使之成為僅僅一臺(tái)壓縮裝置，那么本發(fā)明的系統(tǒng)則可以簡(jiǎn)化，并且費(fèi)用可以減少。
圖2和圖3示出了兩個(gè)不同的可選控制流程圖，此時(shí)使用一增壓壓縮機(jī)來加入混合空氣和把最終的富氧空氣流增壓到所要求的壓力。
下面參考圖2，PSA產(chǎn)品氣和混合空氣在增壓壓縮機(jī)23的吸入側(cè)相混合。總的產(chǎn)品流量在產(chǎn)品流量計(jì)24a處測(cè)量，而PSA純度在分析儀10處監(jiān)測(cè)。已知混合空氣純度、PSA純度和最終產(chǎn)品流量及純度，就可以用工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12計(jì)算所需的PSA流量及混合空氣流量。然后，通過發(fā)出信號(hào)28到PSA產(chǎn)品閥15控制這種分流量，該閥調(diào)節(jié)PSA產(chǎn)品流量(用產(chǎn)品流量計(jì)13監(jiān)測(cè))到要求的量。一旦PSA產(chǎn)品流量固定，通過管26的混合空氣流量也就確定了?；旌峡諝饪梢越?jīng)固定節(jié)流閥例如單向閥、壓力調(diào)節(jié)器或其它的這類裝置27進(jìn)入管26。
增壓壓縮機(jī)23可以是任何類型的壓縮機(jī)裝置，用來壓縮適合于富氧使用的氣體，例如往復(fù)式壓縮機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)等等。增壓壓縮機(jī)23可以用許多方式控制其容量，包括監(jiān)測(cè)排放壓力或流量和把信號(hào)發(fā)送到容量控制裝置，例如變速馬達(dá)、循環(huán)閥、卸料機(jī)閥或其它的裝置，因此，機(jī)器容量的協(xié)調(diào)需要用流量和壓力。在圖2中，在下游設(shè)置一個(gè)可選用的背壓調(diào)節(jié)器33，利用繞壓縮機(jī)23的循環(huán)管34中的壓力來控制容量。
現(xiàn)在參看圖3的變化，混合空氣的流量可以用產(chǎn)品流量計(jì)24監(jiān)測(cè)，它適合于把輸出信號(hào)35發(fā)送到工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12，然后用閥27控制混合空氣流量，而不在13和15處監(jiān)測(cè)和控制PSA產(chǎn)品流量。在本發(fā)明的一些沒有增壓的實(shí)施例中，可以使用許多可能的控制流程圖，監(jiān)測(cè)不同的流量和純度。
大家將明白，圖2和圖3的實(shí)施例(在較高壓力應(yīng)用方面較好)除上述指出的外，其它的都是根據(jù)圖1的實(shí)施例進(jìn)行的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都明白，這里描述的PSA-空氣混合系統(tǒng)的細(xì)節(jié)可以進(jìn)行各種各樣改變和改進(jìn)，都不超出在附加的權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，大家都知道，PSA系統(tǒng)可以采用任意數(shù)目的吸附床，并且可以根據(jù)已知循環(huán)的連續(xù)工藝步驟進(jìn)行操作。吸附劑可以從任何已知的吸附劑中選擇，只要其吸附機(jī)理與所要求的特殊類型的吸附機(jī)理即速度選擇吸附或平衡選擇吸附機(jī)理不相矛盾即可。PSA系統(tǒng)也可以采用沸石分子篩吸附劑吸附，以得到一較高的氧濃度，使用碳分子篩吸附劑吸附，在與空氣混合之前，可以達(dá)到更高的氧純度。
本發(fā)明系統(tǒng)的機(jī)械性能也可以從一種應(yīng)用到另一種應(yīng)用而改變，這主要取決于所述應(yīng)用的要求和在特定工作現(xiàn)場(chǎng)可用的裝置。油浸式螺旋壓縮機(jī)可以用來壓縮空氣，但是，任何其它適合的油潤(rùn)滑或非油潤(rùn)滑的空氣壓縮裝置也可采用。大家都明白，各種各樣的容量控制裝置，例如變速馬達(dá)，內(nèi)循環(huán)閥和吸入閥卸料機(jī)都可以用來按照工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器12的輸出信號(hào)調(diào)低空氣壓縮裝置，而不再需要上述所提的排氣控制裝置。雖然上述公開的孔板裝置對(duì)測(cè)定PSA輸出管中和空氣混合管中的氣體流量是合適的裝置，但是，任何其它合適的工業(yè)現(xiàn)有流量測(cè)量裝置也可用來測(cè)定上述管線中氣流的量，并且把輸入信號(hào)傳送到工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器，以用于本發(fā)明的總的混合控制目的。同樣，用于控制富氧從PSA系統(tǒng)通到混合室的量的富氧產(chǎn)品氣流控制閥也可以用一般的三通閥或其它能根據(jù)工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器的輸出信號(hào)調(diào)節(jié)氣體流量的現(xiàn)有流量控制裝置代替。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也知道，混合室可以是任何方便的區(qū)域，在此，來自PSA系統(tǒng)的富氧空氣和來自混合系統(tǒng)的空氣可以混合，并作為所需氧純度和壓力的混合富氧空氣產(chǎn)品從系統(tǒng)通過。如果需要，也可以采用輔助壓縮裝置，以把PSA系統(tǒng)的富氧氣流的壓力提高到所要求的產(chǎn)品壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，特殊燃燒系統(tǒng)可以要求隨富氧空氣流速變化而變化的不同的氧純度，當(dāng)然，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)這可以很容易地實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，大家都理解，為生產(chǎn)富氧空氣和把這樣的富氧空氣以所需氧純度供應(yīng)下游應(yīng)用，各種各樣的工藝技術(shù)都是可用的。大家還理解，上述的每一工藝技術(shù)對(duì)特定的總的操作要求是特別有利的。本發(fā)明在變壓吸附技術(shù)領(lǐng)域提供了非常重要的改進(jìn)，使之能有效地實(shí)際用于這樣的富氧空氣應(yīng)用中。由于使用PSA系統(tǒng)的現(xiàn)有選擇范圍擴(kuò)大到了某些足夠大的應(yīng)用中，其中液氧系統(tǒng)相對(duì)較貴，但現(xiàn)場(chǎng)低溫系統(tǒng)使用效益太低，而本發(fā)明的重要貢獻(xiàn)在于經(jīng)濟(jì)地開發(fā)了使用富氧空氣來提高工業(yè)方面的重要燃燒的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)富氧空氣的系統(tǒng)，包括(a)含有一個(gè)或幾個(gè)吸附床的變壓吸附系統(tǒng)，該吸附床能從空氣中把氧或氮作為較易吸附組分而選擇性地吸附，并從上述系統(tǒng)分別回收空氣中的較難吸附組分和較易吸附組分；(b)在所要求的吸附壓力下，把原料空氣通入上述吸附系統(tǒng)的裝置；(c)富氧氣流的導(dǎo)管裝置，用該裝置使來自PSA系統(tǒng)的原料空氣中的較難吸附組分或較易吸附組分作為所要求壓力的富氧氣流通過，以便下一步與空氣混合；(d)空氣壓縮裝置，用來把混合空氣壓縮到上述所要求的壓力，以便與上述的富氧氣流混合；(e)混合空氣導(dǎo)管裝置，用以使來自空氣壓縮裝置的壓縮過的混合空氣通過，以便下一步與上述富氧氣流混合；(f)在所要求的壓力下混合上述的富氧氣流與上述的混合空氣的混合區(qū)，生成富氧的產(chǎn)品空氣流；(g)用于把上述的富氧空氣流通到下游應(yīng)用的卸料導(dǎo)管裝置；(h)用于把在上述混合空氣導(dǎo)管中的壓縮過的部分混合空氣通到排出口的排放導(dǎo)管裝置；(i)工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置，適合于接收在上述富氧氣流導(dǎo)管裝置中富氧流速輸入信號(hào)和在上述混合空氣導(dǎo)管裝置中的混合空氣的流速輸入信號(hào)、在上述富氧氣流導(dǎo)管裝置中和在上述排放導(dǎo)管裝置中的氧純度輸入信號(hào)，并適合于傳送控制上述富氧氣流和上述混合空氣流流速的輸出信號(hào)，從而使上述氣流混合，產(chǎn)生所需氧純度的富氧空氣；(j)純度監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)上述富氧氣流導(dǎo)管裝置中的富氧氣流純度和上述排放導(dǎo)管裝置中的產(chǎn)品富氧空氣流的純度，上述監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)送器裝置，用來根據(jù)測(cè)量的純度發(fā)送輸入信號(hào)到上述的工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置；(k)流量監(jiān)測(cè)裝置，用來監(jiān)測(cè)在上述富氧氣流導(dǎo)管裝置中的上述富氧氣流的流速，和監(jiān)測(cè)設(shè)置在上述排放導(dǎo)管裝置上游的上述混合空氣導(dǎo)管裝置中的混合空氣的流速，上述監(jiān)測(cè)裝置包括發(fā)送器裝置；用來根據(jù)測(cè)量的流速把輸入信號(hào)發(fā)送到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器；(l)流量控制閥裝置，位于上述富氧氣流導(dǎo)管裝置中和上述排放導(dǎo)管裝置中，用來控制富氧和混合空氣通入混合區(qū)的量，上述的流量控制閥裝置按來自上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置的輸出信號(hào)動(dòng)作，因此，來自PSA系統(tǒng)的富氧和混合空氣可以適當(dāng)?shù)鼗旌?，產(chǎn)生具有所需氧濃度的富氧產(chǎn)品空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，適宜于以大約5-100噸/日的速度生產(chǎn)富氧產(chǎn)品空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是上述產(chǎn)品的生產(chǎn)量大約為15-60噸/日。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，上述流量監(jiān)測(cè)裝置包括設(shè)置在監(jiān)測(cè)管線上的孔板流量計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，變壓吸附系統(tǒng)(PSA)包括二個(gè)或二個(gè)以上吸附床。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征是，上述PSA系統(tǒng)在負(fù)壓下下進(jìn)行解吸操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，上述富氧產(chǎn)品空氣的氧純度約為22-99%(按體積計(jì))。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其特征是，上述氧產(chǎn)品純度約為25-95%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，上述吸附床能把氮作為空氣中的較易吸附組分而選擇性地吸附。
10.一種生產(chǎn)富氧空氣的系統(tǒng)，包括(a)含有一個(gè)或幾個(gè)吸附床的變壓吸附系統(tǒng)，該吸附床能把通到上述系統(tǒng)的原料空氣中的氧或氮作為較易吸附組分而選擇性地吸附，用導(dǎo)管裝置回收原料空氣中的較易吸附組分或較難吸附組分，作為隨后在所要求壓力下與空氣混合的富氧氣流，(b)在上述要求的壓力下，壓縮混合空氣的空氣壓縮裝置，以便與上述富氧氣流混合，上述空氣壓縮裝置包括控制上述混合空氣流速的控制裝置;(c)混合上述富氧氣流和上述混合空氣的混合區(qū);(d)用于把富氧產(chǎn)品空氣通到下游應(yīng)用的排放導(dǎo)管裝置;(e)工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置，適宜于接收相應(yīng)的富氧流速輸入信號(hào)、上述混合空氣的流速輸入信號(hào)、上述富氧氣流和上述富氧空氣產(chǎn)品的氧純度輸入信號(hào)，并適于發(fā)出控制上述富氧氣流和上述混合空氣流速的輸出信號(hào)，從而使富氧空氣產(chǎn)品為所要求的氧純度;(f)用于監(jiān)測(cè)富氧氣流純度和富氧空氣產(chǎn)品純度的純度監(jiān)測(cè)裝置，該監(jiān)測(cè)裝置并且用來根據(jù)測(cè)量的純度把輸入信號(hào)發(fā)送到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器;和(g)用于監(jiān)測(cè)上述富氧氣流和通到上述混合區(qū)的上述混合空氣流速的的監(jiān)測(cè)裝置，該裝置并且用來根據(jù)測(cè)量的流速把輸入信號(hào)發(fā)送到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器，由此，來自PSA系統(tǒng)的富氧與混合空氣可以適當(dāng)?shù)鼗旌?，產(chǎn)生所要求氧濃度的富氧空氣產(chǎn)品。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是以大約為5-100噸/日的速度生產(chǎn)富氧空氣產(chǎn)品。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征是，上述產(chǎn)品的生產(chǎn)容量大約為15-60噸/日。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，PSA系統(tǒng)包括二個(gè)或二個(gè)以上吸附床。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征是，包括適于按照PSA系統(tǒng)的操作條件把輸入信號(hào)發(fā)送到上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置的變壓吸附控制系統(tǒng)，上述控制裝置適于接收來自上述工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置的輸出信號(hào)，以便改變上述的操作條件，從而可以調(diào)節(jié)PSA系統(tǒng)的性能，以保證以所需的產(chǎn)品流量和純度從PSA系統(tǒng)回收上述富氧氣流。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，上述空氣壓縮裝置包括一油浸式螺旋壓縮機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，控制混合空氣流速的上述控制裝置包括用于排出由上述空氣壓縮裝置通到上述混合區(qū)的部分混合空氣的排氣裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征是，上述排氣裝置包括按工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器的輸出信號(hào)動(dòng)作的流量控制閥裝置，用于控制排放到排氣口的混合空氣部分和通到上述混合區(qū)的部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是包括容量控制裝置，用來根據(jù)來自工藝過程計(jì)算機(jī)/控制器裝置的信號(hào)調(diào)低上述空氣壓縮機(jī)的產(chǎn)量。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，上述氧產(chǎn)品純度約為22-90%(按體積計(jì))。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征是，上述氧產(chǎn)品純度約為25-50%。
21.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征是，上述吸附床能把氮作為空氣中的較易吸附組分而選擇性吸附。
全文摘要
把變壓吸附系統(tǒng)(PSA)與空氣混合系統(tǒng)相結(jié)合，以提供所需純度的富氧空氣，特別是在產(chǎn)品流速范圍介于需要液氧和在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立空氣分離低溫裝置之間所使用。
文檔編號(hào)C01B13/02GK1042313SQ8910787
公開日1990年5月23日 申請(qǐng)日期1989年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月12日
發(fā)明者邁克爾·約瑟夫·坎貝爾, 詹姆斯·斯摩拉列克, 約翰·約瑟夫·皮特魯斯祖斯基 申請(qǐng)人:聯(lián)合碳化公司