一種變壓吸附氣體提純器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用變壓吸附原理的氣體提純裝置。本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器具有結(jié)構(gòu)一體化、小型化、PSA循環(huán)簡單、高靈活性、易裝配、高提純效率、低成本等特點(diǎn)。
【專利說明】一種變壓吸附氣體提純器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用變壓吸附(Pressure Swing Adsorption, PSA)原理的氣體提
純裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓吸附提純氣體技術(shù)是利用吸附劑在高壓下吸附雜質(zhì)組分，在低壓下解吸雜質(zhì)組分，從而將氣體提純出來的一種技術(shù)。
[0003]自專利US3430418中公開PSA系統(tǒng)的實(shí)例后，專利US3564816、US3986849先后在前者的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，在增加吸附床的同時，增加了均衡步驟，提高了產(chǎn)率，但帶來了多閥門、過程繁瑣的問題。盡管之后專利US4761165將四純化罐提純器的控制閥減少到18個，專利US6146450也在管路配置上降低了復(fù)雜性，中國專利申請200380101138.0進(jìn)一步優(yōu)化了 PSA的工作循環(huán)，采用并行的均壓流體管路來簡化PSA循環(huán)，但其包括四純化罐20個閥門，且每個產(chǎn)品氣出口都由閥門控制，依然存在結(jié)構(gòu)和PSA循環(huán)上的復(fù)雜性。
[0004]近年來，隨著PSA技術(shù)的快速發(fā)展，PSA技術(shù)在氣體的分離提純領(lǐng)域中得到了大量的應(yīng)用。但是目前PSA技術(shù)中除了存在閥門較多造成的PSA工作循環(huán)的復(fù)雜性外，還存在各純化罐之間管路連接的復(fù)雜性。由于所連接管路需要多個零件，一方面造成安裝的復(fù)雜性，另一方面也帶來管路中泄漏的風(fēng)險點(diǎn)較多的問題。針對以上問題，中國專利申請200720171174.X和專利ZL201020669876.2先后設(shè)計(jì)了 PSA上下模塊，用于將PSA純化罐形成一體化。但是根據(jù)專利或?qū)＠暾堉兴鼋Y(jié)構(gòu)，提純的氧氣從提純器中經(jīng)閥門出來，再經(jīng)過單向閥直接進(jìn)入氧氣筒。這樣，提純氣體進(jìn)入氧氣筒之前沒有做壓力平衡處理，對于系統(tǒng)壓力的平衡性很不利，也就不利于持續(xù)提供較高純度的氣體。
[0005]目前用于PSA提純氫氣的設(shè)備都偏重于大型化，這種大型化的裝置雖然有較大的產(chǎn)氫量，但是同時也存在一定的缺陷，比如設(shè)備造價較高、建造周期較長、維護(hù)費(fèi)用較高。另夕卜，由于設(shè)備較大，進(jìn)氣時間較長，對于產(chǎn)生的氫氣純度不易控制，同時對于像燃料電池這種在工作場所即時需要?dú)錃獾陌l(fā)電設(shè)備不能滿足其即時產(chǎn)電的要求。此外，直接向用氫設(shè)備運(yùn)輸氫氣既存在運(yùn)輸易燃易爆氣體的危險性，又造成氫氣儲存設(shè)備購買和運(yùn)輸上的二次成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決目前PSA提純氫氣大型化帶來的建造過程繁瑣、建造周期長、總體成本高，且由于設(shè)備大、進(jìn)氣時間長而導(dǎo)致不能向像燃料電池這種在工作場所即時需要?dú)錃獾脑O(shè)備實(shí)時穩(wěn)定提供高純度氫氣等問題。
[0007]本發(fā)明提供了一種變壓吸附氣體提純器，包括:
[0008]一個純化罐，內(nèi)含一個吸附床層，并具有原料氣入口、廢氣出口、產(chǎn)品氣出口及清洗氣入口 ；
[0009]一個產(chǎn)品氣緩沖罐，具有產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口；[0010]分別與所述純化罐的原料氣入口、廢氣出口連通的原料氣入口閥、廢氣出口閥；[0011 ] 分別與所述純化罐的清洗氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的清洗氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥；
[0012]分別與所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的產(chǎn)品氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥；
[0013]其特征在于，
[0014]所述變壓吸附氣體提純器還包括:
[0015]一個第一連接構(gòu)件，具有用于所述純化罐的原料氣入口閥和廢氣出口閥的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第一安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第一安裝孔；
[0016]一個第二連接構(gòu)件，與所述第一連接構(gòu)件相對設(shè)置，具有用于所述純化罐的清洗氣入口閥和產(chǎn)品氣出口閥的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第二安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第二安裝孔；
[0017]所述純化罐和所述產(chǎn)品氣緩沖罐位于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間，分別經(jīng)由所述純化罐第一安裝孔和所述純化罐第二安裝孔、以及所述緩沖罐第一安裝孔和所述緩沖罐第二安裝孔而被安置于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間；
[0018]所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件分別為一體式構(gòu)造。
[0019]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述純化罐在其內(nèi)部包括隔離裝置，所述隔離裝置包括具有凹槽的隔離框、其周圓卡接至所述隔離框的凹槽內(nèi)的多孔板、和卡扣件。
[0020]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述多孔板通過內(nèi)密封件卡接至所述隔離框的凹槽內(nèi)部。
[0021]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述隔離框通過外密封件卡接至所述純化罐的壁部。
[0022]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述純化罐在其內(nèi)部包括兩個所述隔離裝置，用于固持位于二者之間的吸附劑。
[0023]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述純化罐在其內(nèi)部還包括一個安裝板，設(shè)置在所述兩個隔離裝置下方，并承載置于其上的多孔狀塑料小球。
[0024]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述安裝板卡接至所述純化罐的壁部。
[0025]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述產(chǎn)品氣緩沖缸內(nèi)填充產(chǎn)品氣吸附材料。
[0026]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述變壓吸附氣體提純器還包括與所述產(chǎn)品氣緩沖缸氣流連通的前置背壓閥。
[0027]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述變壓吸附氣體提純器用來提純氫氣含量在30%?80% (體積含量)的混合原料氣體。
[0028]本發(fā)明還提供一種提純氫氣的方法，其使用如上所述的變壓吸附氣體提純器。
[0029]本發(fā)明還提供一種隔離裝置，所述隔離裝置包括具有凹槽的隔離框、其周圓卡接至所述隔離框的凹槽內(nèi)的多孔板、和卡扣件。
[0030]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述多孔板通過內(nèi)密封件卡接至所述隔離框的凹槽內(nèi)部。[0031]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器具有結(jié)構(gòu)一體化、小型化、PSA循環(huán)簡單、高靈活性、易裝配、聞提純效率、低成本等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]以下附圖用于對本發(fā)明進(jìn)行示例說明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
[0033]圖1 一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器簡圖。
[0034]圖2 二純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器簡圖。
[0035]圖3三純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器簡圖。
[0036]圖4純化罐內(nèi)部吸附劑安裝位置簡圖。
[0037]圖5隔離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖6 —純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器的第一連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖7 —純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器的第二連接構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器包括:
[0041]一個純化罐，內(nèi)含一個吸附床層，并具有原料氣入口、廢氣出口、產(chǎn)品氣出口及清洗氣入口 ；
[0042]一個產(chǎn)品氣緩沖罐，具有產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口；
[0043]分別與所述純化罐的原料氣入口、廢氣出口連通的原料氣入口閥、廢氣出口閥；
[0044]分別與所述純化罐的清洗氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的清洗氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥；
[0045]分別與所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的產(chǎn)品氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥；
[0046]其特征在于，
[0047]所述變壓吸附氣體提純器還包括:
[0048]一個第一連接構(gòu)件，具有用于所述純化罐的原料氣入口閥和廢氣出口閥的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第一安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第一安裝孔；
[0049]一個第二連接構(gòu)件，與所述第一連接構(gòu)件相對設(shè)置，具有用于所述純化罐的清洗氣入口閥和產(chǎn)品氣出口閥的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第二安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第二安裝孔；
[0050]所述純化罐和所述產(chǎn)品氣緩沖罐位于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間，分別經(jīng)由所述純化罐第一安裝孔和所述純化罐第二安裝孔、以及所述緩沖罐第一安裝孔和所述緩沖罐第二安裝孔而被安置于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間；
[0051]所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件分別為一體式構(gòu)造。
[0052]以下，結(jié)合附圖，對本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器作詳細(xì)說明。
[0053]鈍化罐[0054]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器包括一個純化罐，內(nèi)含一個吸附床層，所述吸附床層用于在高吸附壓力下吸附雜質(zhì)組分、在低吸附壓力下解吸雜質(zhì)組分。所述純化罐為由金屬材料或塑料材料做成的圓筒，體積大小和數(shù)量可根據(jù)需要而定。
[0055]所述純化罐內(nèi)部填充提純用的吸附床層，通常填充一個吸附床層，但根據(jù)實(shí)際需要，也可以填充多個吸附床層。以下，以填充一個吸附床層為例進(jìn)行說明。
[0056]在本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器的純化罐的吸附床層中，填充有吸附劑如活性炭類、活性氧化鋁類、分子篩類、硅膠類中的一種或多種，用于吸附雜質(zhì)氣體組分。
[0057]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述吸附床層內(nèi)部填充至少兩種吸附劑，所述吸附劑在吸附床層內(nèi)采用分層放置的填充方式。以圖4所示吸附床層內(nèi)含三層填充物的結(jié)構(gòu)為例，圖中第I層放置具有很強(qiáng)吸水性的A材料，主要用來吸附原料氣體中攜帶的極少量水分;第2層放置B材料，除主要吸附CO2外，還具有吸附CO的能力；第3層填充C材料，主要用來吸附第2層吸附剩下的CO等雜質(zhì)。吸附床層內(nèi)吸附劑的分層情況及填充吸附劑的類型主要由原料氣體的雜質(zhì)組分來決定。
[0058]在本發(fā)明中，所述純化罐具有四個開口，分別為原料氣入口、廢氣出口、清洗氣入口和產(chǎn)品氣出口，分別與所述原料氣入口閥、廢氣出口閥、清洗氣入口閥和產(chǎn)品氣出口閥連接。
[0059]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器的純化罐還包含兩重分散進(jìn)氣端氣注的裝置。一重分散進(jìn)氣端氣注的裝置是多孔狀塑料小球；另一重是內(nèi)置隔離
>J-U ρ?α 裝直。
[0060]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，在純化罐內(nèi)安裝兩個隔離裝置。在一個具體的實(shí)施方案中，所述隔離裝置卡接至所述純化罐的壁部。所述隔離裝置在用于分散進(jìn)氣端氣注的同時，還起到在純化罐中隔離出一定的空間，固持位于其中的吸附劑而構(gòu)成吸附床層的作用，如圖4中的4和4’所示。
[0061]所述隔離裝置包括隔離框、多孔板和卡扣件。所述隔離框?yàn)榕c純化罐內(nèi)部空間的橫截面相同的空心的環(huán)狀，高度為20-35mm，在一個端部處，隔離框環(huán)狀主體部分的內(nèi)表面處平整無凹陷的部分，但在另一端部，由內(nèi)表面向外徑向形成有連續(xù)的凹槽部分，連續(xù)的凹槽部分沿圓周連續(xù)分布，凹槽高度占隔離框環(huán)狀主體高度的30% -60%，凹陷深度占隔離框環(huán)狀主體內(nèi)徑的約5%-60%。多孔板可以放入所述隔離框的凹槽內(nèi)部(即前者直徑大于后者內(nèi)徑)。在實(shí)際使用時，將多孔板的周圓卡接至隔離框的凹槽內(nèi)，借由環(huán)形卡扣件，將多孔板夾持在隔離框內(nèi)，其中接有卡扣件的一側(cè)接觸吸附劑。所述隔離框、多孔板和卡扣件可以為惰性材料，所述多孔板的開孔直徑為80~125微米，開孔率為50% -70%，且孔均勻分布。此外，在所述隔離裝置中，可以存在一個或多個多孔板，在存在多個多孔板的情況中，所述多個多孔板的橫截面(此處所指的橫截面為沿垂直于純化罐的平面所取的橫截面)相同且疊置設(shè)置。
[0062]圖5示出了本發(fā)明的一個具體實(shí)施方案，該內(nèi)置隔離裝置20包括隔離框5、置于其內(nèi)部的聚乙烯多孔纖維板I和疊置于其上的、橫截面相同的金屬孔板2、以及卡扣件6。所述隔離框5可以是聚乙烯材質(zhì)、尼龍材質(zhì)或不銹鋼材質(zhì)，所述卡扣件6可以為與隔離框5相同的材質(zhì)。所述聚乙烯多孔纖維板I和金屬孔板2卡接至所述隔離框5凹槽內(nèi)部，其中聚乙烯多孔纖維板I 一側(cè)接觸吸附劑。所述聚乙烯多孔纖維板I的孔徑為115微米，厚度為3.3mm，開孔率為60%，金屬孔板2的孔徑為4mm，厚度為2mm，開孔率為70%。此外，在該隔離裝置的內(nèi)外各有密封圈用作內(nèi)密封件4和外密封件3。所述聚乙烯多孔纖維板I和金屬孔板2通過內(nèi)密封件4卡接至所述隔離框5凹槽內(nèi)部。所述隔離框5通過外密封件3卡接至所述純化罐的壁部。該隔離裝置用來固定吸附劑，能夠使不同類型的吸附劑很好的分層，防止吸附劑顆粒的流體化，又能使氣體均勻分散地進(jìn)入吸附床層，避免氣流過于集中造成吸附劑的粉碎。
[0063]在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述純化罐在其內(nèi)部還包括一個安裝板，設(shè)置在所述兩個隔離裝置下方，并承載置于其上的多孔狀塑料小球。所述安裝板卡接至所述純化罐的壁部，板上具有孔徑小于置于其上的多孔小球直徑的孔隙，該安裝板的開孔率通常為50% -70%。在一個具體的實(shí)施方案中，在純化罐最底部、所述兩個隔離裝置下方裝有直徑為10mm、孔徑為約1.2mm、開孔率為2%的塑料小球,填充為約5cm的厚度，由孔徑為約8mm、開孔率為60%的所述安裝板來固定。所裝塑料小球有兩個作用:其一、打散由純化罐原料氣入口進(jìn)來的原料氣注,便于氣體分散進(jìn)入純化罐內(nèi)部,避免氣注較大對內(nèi)部吸附材料造成沖擊；其二、隔離氣源中帶來的極少量的冷凝下來的小水珠，延長提純器的工作壽命。
[0064]在另一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器還包含兩重水分處理裝置。一重氣源中水分處理裝置是所述多孔狀的塑料小球，另一重是置于PSA提純器純化罐最下層的吸附劑。
[0065]產(chǎn)品氣緩沖罐
[0066]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器還包括產(chǎn)品氣緩沖罐，其內(nèi)部可含有填充產(chǎn)品氣吸附材料(在產(chǎn)品氣為氫氣的情況下，所述吸附材料可以為常規(guī)儲氫材料，例如硼氫化物，如硼氫化鈉等；金屬氫化物，如氫化鎂、氫化鋯等)的床層，并具有兩個開口，分別作為產(chǎn)品氣出口和產(chǎn)品氣入口，分別與所述產(chǎn)品氣出口閥和產(chǎn)品氣入口閥連接。所述產(chǎn)品氣緩沖罐與純化罐并排放置安裝，用來存放提純的產(chǎn)品氣，緩沖產(chǎn)品氣流速，為用戶提供穩(wěn)定流出的產(chǎn)品氣O
[0067]第一連接構(gòu)件&第二連接構(gòu)件
[0068]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器包含一個第一連接構(gòu)件，具有用于所述純化罐的原料氣入口閥和廢氣出口閥的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第一安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第一安裝孔。此外，在第一連接構(gòu)件中，還包含用于輸入原料氣的原料氣進(jìn)氣通道和用于輸出廢氣的廢氣排氣通道。
[0069]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器還包含一個第二連接構(gòu)件，與所述第一連接構(gòu)件相對設(shè)置，具有用于所述純化罐的清洗氣入口閥和產(chǎn)品氣出口閥的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第二安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第二安裝孔。此外，在第二連接構(gòu)件中，還包含用于輸入清洗氣的清洗通道和用于輸出產(chǎn)品氣的產(chǎn)品氣出口通道。
[0070]在本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器中，所述純化罐和所述產(chǎn)品氣緩沖罐位于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間，分別經(jīng)由所述純化罐第一安裝孔和所述純化罐第二安裝孔、以及所述緩沖罐第一安裝孔和所述緩沖罐第二安裝孔而被安置于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間。
[0071]根據(jù)本發(fā)明，所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件分別為一體式構(gòu)造。
[0072]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述純化罐的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔分別位于所述第一連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述純化罐第一安裝孔位于所述第一連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
[0073]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述純化罐的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔分別位于所述第二連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述純化罐第二安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
[0074]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔分別位于所述第一連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述緩沖罐第一安裝孔位于所述第一連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
[0075]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的一表面上，所述緩沖罐第二安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
[0076]圖6所示的是一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式提純器的第一連接構(gòu)件，圖中標(biāo)注的I和2分別是純化罐第一安裝孔和產(chǎn)品氣緩沖罐第一安裝孔，圖中標(biāo)注的3和4分別是純化罐的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔，圖中標(biāo)注的5是產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔，圖中標(biāo)注的6和7分別是待提純的原料氣的進(jìn)氣通道和廢氣的排氣通道。與安裝孔3相對應(yīng)的電磁閥是純化罐的原料氣入口閥，與安裝孔4相對應(yīng)的電磁閥是純化罐的廢氣出口閥，與安裝孔5對應(yīng)的電磁閥是產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥。
[0077]圖7所示的是一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式提純器的第二連接構(gòu)件，圖中所標(biāo)注的I和2分別是純化罐第二安裝孔和產(chǎn)品氣緩沖罐第二安裝孔，圖中所標(biāo)注的6和7分別是清洗通道和純產(chǎn)品氣出口通道，圖中所標(biāo)注的3和4分別是純化罐的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔，圖中5是純化罐的產(chǎn)品氣出口，此處安裝單向閥。與安裝孔3對應(yīng)的電磁閥是純化罐的清洗氣入口閥，與安裝孔4相對應(yīng)的電磁閥是產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥。
[0078]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述變壓吸附氣體提純器包括多個純化罐。優(yōu)選地，所述第一連接構(gòu)件還具有一個用于所述純化罐的原料氣入口閥的第一公用原料氣進(jìn)氣通道和一個用于所述純化罐的廢氣出口閥的第一公用廢氣排氣通道。所述第二連接構(gòu)件還具有一個用于所述純化罐的清洗氣入口閥的第二公用清洗通道和一個用于所述純化罐的產(chǎn)品氣出口閥的第二公用產(chǎn)品氣出口通道。
[0079]如上所述，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，所述純化罐的產(chǎn)品氣出口閥是單向閥。本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器的純化罐的產(chǎn)品氣出口閥采用單向閥，與傳統(tǒng)的純化罐提純產(chǎn)品氣出口閥采用電磁閥相比，成本更低。以圖7所示的一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式提純器的第二連接構(gòu)件為例，其包含一個單向閥，其中這個單向閥安裝在純化罐的產(chǎn)品氣出口 5處，S卩純化罐的產(chǎn)品氣出口安裝純機(jī)械結(jié)構(gòu)的單向閥。這種單向閥最低通過氣體的壓力為20kPa，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，既避免了程控閥帶來的程序上的繁瑣，又降低了程控閥產(chǎn)生的成本，區(qū)別于專利ZL201220313782.0用于回流管路和專利ZL201020669876.2用于氧氣罐氧氣入口。[0080]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器還包含一個與所述產(chǎn)品氣緩沖罐氣流連通的前置背壓閥，位于產(chǎn)品氣緩沖罐和純化罐之間，如圖7所示，在連通通道8和9的出口處通過接頭和不銹鋼管與背壓閥相連接。該前置背壓閥一方面可以使產(chǎn)品氣在PSA壓力達(dá)到一定壓力時進(jìn)入產(chǎn)品氣緩沖罐，另一方面又可以維持PSA壓力的穩(wěn)定，保證提純系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。
[0081]本發(fā)明的變壓吸附氣體提純器還包含一組節(jié)流閥，用于控制氣體流量。清洗流量和充壓流量由節(jié)流閥根據(jù)提純氣體的情況來控制。
[0082]本發(fā)明以圖1所示的一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式提純器為例來描述。一個純化罐P和一個產(chǎn)品氣緩沖罐B的上下兩端分別安裝在具有上述特定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位于上下兩端的第二連接構(gòu)件L2和第一連接構(gòu)件LI上，上下兩個連接構(gòu)件上共安裝六個電磁閥、一個單向閥、一個前置背壓閥和一組節(jié)流閥，第一連接構(gòu)件LI內(nèi)部包含原料氣進(jìn)氣通道和廢氣排出通道，第二連接構(gòu)件L2內(nèi)部包含產(chǎn)品氣出口通道和清洗通道。本發(fā)明的PSA采用上下兩連接構(gòu)件且純化罐的產(chǎn)品氣出口閥采用單向閥，與傳統(tǒng)的PSA提純器純化罐之間上下部分連接方式及純化罐的產(chǎn)品氣出口閥采用電磁閥相比，就成本而言降低了 20%。
[0083]提鈍操作
[0084]本發(fā)明通過在第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件上安裝進(jìn)出氣閥門，利用程序控制閥門的開啟和關(guān)閉來控制純化罐的進(jìn)氣和排氣，從而實(shí)現(xiàn)自動化提純。每個純化罐的提純都主要包括進(jìn)氣提純、排氣、清洗、充壓四個步驟，如果合適，還可包括主均衡和被均衡步驟。通過程序控制一個或多個純化罐持續(xù)輪流進(jìn)行以上步驟，保證提純器持續(xù)高效地提純產(chǎn)品氣。
[0085]本發(fā)明的PSA提純過程簡單，根據(jù)純化罐數(shù)目的不同，稍有差別，但大體上都包括進(jìn)氣提純、排氣、清洗和充壓這四步。提純器中的每個純化罐處于四個基本運(yùn)行狀態(tài)之一，其中一個純化罐在進(jìn)氣提純的同時，其他純化罐在進(jìn)行其對應(yīng)狀態(tài)的操作，為其進(jìn)氣提純做準(zhǔn)備，利用自控手段，實(shí)現(xiàn)了提純器的連續(xù)循環(huán)工作。每個純化罐的各運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)時間，根據(jù)吸附劑對雜質(zhì)的吸附容量、吸附劑體積及被吸附氣體的流量確定。
[0086]以下,對一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式、二純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式和三純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器的工作過程做詳細(xì)介紹。
[0087]一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器簡圖如圖1所示,包含一個純化罐P。每個提純循環(huán)包括四步，首先打開純化罐P的原料氣入口閥Vc，使待提純的原料氣進(jìn)入純化罐P進(jìn)行提純，經(jīng)提純的產(chǎn)品氣從純化罐P的產(chǎn)品氣出口閥(未示出)排出后經(jīng)由產(chǎn)品氣緩沖罐B的產(chǎn)品氣入口閥Vb或經(jīng)由前置背壓閥(未示出)直接輸入產(chǎn)品氣緩沖罐B;提純完成后，打開純化罐P的廢氣出口閥Vd進(jìn)行排氣泄壓；排氣泄壓完成后，在廢氣出口閥Vd打開的狀態(tài)下，從產(chǎn)品氣緩沖罐B中經(jīng)由清洗氣入口閥Va調(diào)用產(chǎn)品氣進(jìn)行清洗；清洗完成后，關(guān)閉廢氣出口閥Vd,再從產(chǎn)品氣緩沖罐B中經(jīng)由清洗氣入口閥Va調(diào)用產(chǎn)品氣進(jìn)行充壓，為下一次提純做準(zhǔn)備，而從產(chǎn)品氣緩沖罐B的產(chǎn)品氣出口閥Ve可以得到所需的產(chǎn)品氣。一純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式提純器體積較小，設(shè)計(jì)比較簡單，適用于不需要連續(xù)提供產(chǎn)品氣、且對提純效率要求不是很高的用戶。
[0088]二純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，包含二個純化罐Pl和P2，其PSA循環(huán)過程見下表I所示，每一個循環(huán)過程包括六步，即純化罐Pl進(jìn)氣吸附提純(A)時，純化罐P2先進(jìn)行排氣泄壓(BD)，再進(jìn)行清洗(P)，接著再充壓(PR)，純化罐Pl按設(shè)定時間完成進(jìn)氣吸附提純后，純化罐P2進(jìn)行進(jìn)氣吸附提純，純化罐P2進(jìn)氣時，純化罐Pl先進(jìn)行排氣，再進(jìn)行清洗，接著再進(jìn)行充壓，兩個純化罐Pl和P2按照表1所示的步驟依次循環(huán)進(jìn)行以上所述六步，來完成產(chǎn)品氣的提純，過程比較簡單。二純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純器，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，便于轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸，適用于對產(chǎn)品氣純度或提純效率要求不是很高的用戶。
[0089]表1.二純化罐一產(chǎn)品氣緩沖罐式PSA提純過程
[0090]
【權(quán)利要求】
1.一種變壓吸附氣體提純器，包括: 一個純化罐，內(nèi)含一個吸附床層，并具有原料氣入口、廢氣出口、產(chǎn)品氣出口及清洗氣入口 ； 一個產(chǎn)品氣緩沖罐，具有產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口 ； 分別與所述純化罐的原料氣入口、廢氣出口連通的原料氣入口閥、廢氣出口閥； 分別與所述純化罐的清洗氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的清洗氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥； 分別與所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口、產(chǎn)品氣出口連通的產(chǎn)品氣入口閥、產(chǎn)品氣出口閥； 其特征在于， 所述變壓吸附氣體提純器還包括: 一個第一連接構(gòu)件，具有用于所述純化罐的原料氣入口閥和廢氣出口閥的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第一安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第一安裝孔； 一個第二連接構(gòu)件，與所述第一連接構(gòu)件相對設(shè)置，具有用于所述純化罐的清洗氣入口閥和產(chǎn)品氣出口閥的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔、用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔、用于所述純化罐的純化罐第二安裝孔、以及用于所述產(chǎn)品氣緩沖罐的緩沖罐第二安裝孔； 所述純化罐和所述產(chǎn)品氣緩沖罐位于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間，分別經(jīng)由所述純化罐第一安裝孔和所述純化罐第二安裝孔、以及所述緩沖罐第一安裝孔和所述緩沖罐第二安裝孔而被安置于所述第一連接構(gòu)件和所述第二連接構(gòu)件之間； 所述第一連接構(gòu)件和第二連接構(gòu)件分別為一體式構(gòu)造。
2.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，經(jīng)所述變壓吸附氣體提純器提純的氣體為氫氣。
3.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述純化罐的原料氣入口閥安裝孔和廢氣出口閥安裝孔分別位于所述第一連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述純化罐第一安裝孔位于所述第一連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
4.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述純化罐的清洗氣入口閥安裝孔和產(chǎn)品氣出口閥安裝孔分別位于所述第二連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述純化罐第二安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
5.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣出口閥安裝孔分別位于所述第一連接構(gòu)件的一表面上的相對兩端，所述緩沖缸第一安裝孔位于所述第一連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
6.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的產(chǎn)品氣入口閥安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的一表面上，所述緩沖缸第二安裝孔位于所述第二連接構(gòu)件的相同表面上的大體中央位置。
7.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述變壓吸附氣體提純器包括多個純化罐。
8.權(quán)利要求7的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述第一連接構(gòu)件還具有一個用于所述純化罐的原料氣入口閥的第一公用原料氣進(jìn)氣通道和一個用于所述純化罐的廢氣出口閥的第一公用廢氣排氣通道。
9.權(quán)利要求7的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述第二連接構(gòu)件還具有一個用于所述純化罐的清洗氣入口閥的第二公用清洗通道和一個用于所述純化罐的產(chǎn)品氣出口閥的第二公用產(chǎn)品氣出口通道。
10.權(quán)利要求1的變壓吸附氣體提純器，其特征在于，所述純化罐的產(chǎn)品氣出口閥是單向閥。
【文檔編號】C01B3/56GK104028077SQ201410302126
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】歐陽洵, 朱俊娥 申請人:北京氫璞創(chuàng)能科技有限公司