專利名稱：緊湊結構吸附塔小型變壓吸附制氧裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體分離與凈化及制氧技術中一種小型變壓吸附空分制氧裝置。
背景技術：
變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA)是使氣體在較高壓力下吸附，而在較低壓力下脫附，因各組份氣體在吸附劑上的平衡吸附量不同，或因組分的吸附動力學差異實現(xiàn)氣體分離的循環(huán)操作過程。實際應用的PSA工藝一般采用兩個以上的吸附塔。變壓吸附裝置的小型化對于某些特殊需要是至關重要的。若以富氧代替空氣，可使PEMFC(質(zhì)子交換膜燃料電池)車輛的功率顯著提高。對于普通的柴油機車輛，富氧亦可顯著提高燃料的燃燒效率，降低排放污染。這就需要適于在車輛上配置小型空分制氧裝置。小型空分制氧裝置對于某些軍事應用顯得尤其重要?，F(xiàn)有的專利技術通過縮短一個操作周期的時間，使得吸附塔的尺寸和整個變壓吸附裝置的規(guī)模大大降低。但是，各級吸附塔仍是獨立并彼此分開的，使整個變壓吸附裝置的緊湊性受到制約。
變壓吸附工藝存在的另一問題，是在操作達到穩(wěn)態(tài)后，由于吸脫附熱效應，造成沿吸附塔軸線方向的溫度分布不均勻，即在從塔的入口到出口的不同塔截面上的溫度不一致，導致吸附床的容量(產(chǎn)率)下降。為解決這一問題，曾經(jīng)采用不同的對吸附床層加熱或冷卻措施，導致操作成本的提高。
發(fā)明內(nèi)容
針對變壓吸附工藝中存在的上述問題以及小型化需求，本發(fā)明的目的在于提供一種以緊湊結構吸附塔為核心的小型空分制氧裝置。該裝置占據(jù)空間小、重量輕、能耗低，與燃料電池或柴油機汽車配合使用，可顯著提高能量效率和發(fā)動機功率。
本發(fā)明是通過下述方案加以實現(xiàn)的。由吸附塔、儲氣罐、消聲器、壓縮機和電磁閥組成的小型空分制氧裝置，其特征在于吸附塔的片狀結構和多塔片迭合的緊密裝配方式。每個塔片內(nèi)裝填空氣凈化吸附劑和制氧吸附劑。塔片上下兩側各有一個氣體進/出口。每個吸附塔可包含多個并聯(lián)的塔片，并且各塔的塔片可交替穿插排布，塔片之間密封連接。
上述的塔片正面形狀為圓形、矩形或梯形。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1、使多級吸附塔達到最緊密的排布，占據(jù)的空間最小，從而使整個PSA系統(tǒng)(例如空分制氧機)所占據(jù)的空間最小。2、緊密排布的多級吸附塔實現(xiàn)了吸附熱和脫附熱的互補，若每塔為多片并聯(lián)并交叉排布，則熱利用效率更高、或熱效應的不利影響更小。其結果是顯著提高了吸附床的生產(chǎn)能力。3、制氧流程簡單，可控制吹掃，氧的收率高。
附圖1為緊湊結構吸附塔裝配示意圖。
附圖2為緊湊結構吸附塔小型變壓吸附制氧裝置示意圖。
圖中1為壓縮機，2為緩沖罐，3為吸附塔，4為富氧罐，5為消聲器，6-19為電磁閥。
具體實施例方式
附圖2給出一個空分制氧流程。該流程包括八個塔片，每兩個塔片并聯(lián)(參見附圖1)組成四塔流程。塔片內(nèi)裝填包括空氣凈化用吸附劑和制氧專用吸附劑組成的復合吸附劑。其它組成部分包括一個小型空氣壓縮機，一個緩沖罐，一個富氧罐，一個消聲器和14個電磁閥。空氣從塔底依此進入各吸附塔，作為產(chǎn)品氣的富氧(濃度＞90％)依次從各塔塔頂進入富氧罐。四塔中，每兩塔一組，在塔頂均壓。均壓后，對于須降壓的塔向大氣逆向放空，然后用富氧氣逆向吹掃。吹掃時間控制在富氧峰不移出吸附床；對于須升壓的塔，由富氧氣逆向增壓至吸附壓力。在一個操作周期內(nèi)四個塔的時序分布如表1所示，該時序保證了閥門動作的諧時性。
表1
權利要求
1.一種緊湊結構吸附塔小型變壓吸附制氧裝置，它由空壓機、吸附塔、儲氣罐、消聲器和電磁閥組成，其特征在于吸附塔由裝填空氣凈化吸附劑和制氧吸附劑的片狀結構的塔片組成，每個吸附塔可由一個或多個并聯(lián)的塔片組成，其間可穿插另一吸附塔的塔片，所有的塔片迭放，塔片之間密封連接，每個塔片的上下兩側設有氣體的進出口。
2.按權利要求1所述的空分制氧裝置，其特征在于吸附塔塔片的正面形狀為圓形、矩形、梯形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有緊湊結構吸附塔的小型空分制氧裝置。這種裝置的吸附塔是由具有片狀構型的基本單元(稱作“塔片”)組成。每個塔可為單一塔片,也可由并聯(lián)的多個塔片組成,塔片的正面形狀為圓形、矩形、梯形。各吸附塔的塔片可交互穿插排布,所有塔片迭放并緊密連接。操作特征是每兩塔一組順向均壓,逆向泄壓。連續(xù)進氣,連續(xù)排出產(chǎn)品氣。此裝置外形體積小,重量輕,能耗低,適用于為車輛(包括燃料電池車)提供富氧,以及應用于國防建設。
文檔編號B01D53/047GK1346690SQ0114196
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權日2001年9月26日
發(fā)明者周理, 周亞平 申請人:天津大學