专利名称：变压吸附分离气动控制回路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用物理方法分离混合气体的变压吸附分离气动控制回路，可以使用高压气源，也可使用低压气源。
目前，从空气中分离氧气和氮气的相关技术有冷凝和精馏方法、吸附方法、薄膜分离方法、电解方法等多种。变压吸附是常用的一种。在变压吸附过程中，供气给具有均匀孔隙和统一尺寸的分子筛，这些孔隙有选择地吸附特定的分子，从而把所需要的气体从混合气体中分离开来。例如，使用空气为气源处，可采用沸石分子筛。沸石分子筛将吸附氮气、一氧化碳、水蒸气及空气中的其他的气体成分，但不吸附氧气。所以，通过吸附过程可分离和获得非常纯净的氧气。同样，需要氮气时，可使用碳分子筛去吸附气源中的氧气，从而产生纯净的氮气产品。
在典型的吸附装置中，需要有两个装有分子筛的吸附塔。因为，当第一个吸附塔吸附饱和时，它需要解吸才能再进行吸附，所以需一些产品气为之解吸，这时第二个吸附塔产生的产品气一部分进入储气罐中，另一部分进入第一个吸附塔进行解吸，解吸后的第一个塔又可以吸附而产生产品气，这时也正是第二个吸附塔吸附饱和时，又由第一个吸附塔为它提供解吸用的产品气，同时另一部分产品气进入储气罐。如此循环，储气罐得到源于吸附塔的连续产品气。在传统装置中安装有多个阀来控制气路。当第一个塔吸附饱和时，阀要换向，以便第一个吸附塔解吸而第二个吸附塔吸附。除了吸附和解吸阶段，一些回路还具有改善变压吸附效率的均压阶段。均压阶段是在吸附和解吸阶段前建立起两个吸附塔内的压力平衡。
为了实现上述过程，一般在吸附塔输出端装有具有独立的阀门和气动回路(如美国专利4449990,4560393,5002591)。显然，上述回路因需要大量的压力接头使成本昂贵，且大量的阀和相关运动部件还带来了可靠性和噪音问题。例如有些回路是用五个两通阀来完成吸附塔间的吸附、解吸和均压阶段。其中四个两通阀用于吸附塔的进排气端，而第五个阀用于吸附塔输出端的均压。还有一些回路，为实现上述功能使用一个五通阀和三个两通阀，或使用两个四通阀、或一个四通阀和一个两通阀，或一个三通阀和三个两通阀等。
现有变压吸附回路的不足之处就在于用的阀较多，从而影响了产品气生产的可靠性和经济效益。
本实用新型的目的是要提供一种改进的变压吸附分离气动控制回路，该回路使用尽可能少的阀去完成吸附、解吸和均压全过程。
本实用新型是这样实现的，通过一个三位五通阀将压缩气源气分别依次供至两个分子筛吸附塔。该阀既能给吸附塔供气，也能切断其气源。分子筛可吸附气源气中的特定分子，产生产品气体，其中部分产品气体经控制管路在两个吸附塔间传递。在吸附、解吸阶段，该阀的第一个出气口使气源气流入第一个吸附塔，经过吸附过程产生产品气体。一部分产品气进入储气罐；另一部分产品气用于清洗第二个吸附塔分子筛中已吸附的分子，然后这些产品气和分子经与第二个吸附塔相连的该阀的排气口排出。此时该阀第二个出气口与进气口切断，阻止了气源气进入第二个吸附塔。在这一过程中，充入气源气的吸附塔内的压力要高于未充气的另一个吸附塔。
在均压阶段，该阀的两个出气口均位于开启位置，使气体从压缩气源和高压吸附塔处流入低压吸附塔处以均衡两个吸附塔间的压力。此时，该阀的两个排气口均关闭。随后这一吸附解吸过程在两个吸附塔间交替重复进行。
本实用新型仅用一个三位五通阀就代替了现有技术的多个阀，获得了最简便的控制回路，与以前的技术相比，有低成本、低噪声和高可靠性的特点，同时，简单的回路使其在工作过程中耗能少，节省了能源。
图1、吸附塔3处于吸附阶段，吸附塔4处于解吸阶段的气动控制回路示意图。
图2、两吸附塔3、4处于均压阶段的气动控制回路示意图。
图3、吸附塔3处于解吸阶段，吸附塔4处于吸附阶段的气动控制回路示意图。
实施例一如图1所示，本实用新型包括一个三位五通阀2，两个装有分子筛的吸附塔3、4，一个节流阀5，两个单向阀6、7和一个储气罐8。三位五通阀2的进气口由管路10与压缩空气源1相连，三位五通阀2的出气口A、B依次通过管路11、12与吸附塔3、4分别相连，另外管路13使吸附塔3与4经节流阀5相连，吸附塔3、4分别与单向阀6、7相连，而单向阀6、7与储气罐8相连。
当压缩空气源1的气进入三位五通阀2的进口P时，压缩气源气通过三位五通阀2的出气口A进入吸附塔3，该塔将依据装填分子筛的种类对氮气或氧气进行吸附。此时，三位五通阀2的另一个出气口B无压缩气源气通过，因而也没有压缩气源气进入吸附塔4。未被分子筛吸附的氧气或氮作为产品气流出吸附塔3后就被分为两部分。第一部分流过单向阀6进入储气罐8，当源于吸附塔3的产品气压力高于储气罐8时，单向阀6打开使产品气流入储气罐8，而相反，即使储气罐8的压力高于吸附塔3的压力，产品气也不能倒流回去；第二部分产品气流经管路13、节流阀5进入吸附塔4，该部分气的流量决定于产品气的压力和节流阀5，这部分产品气的作用是帮助解吸吸附塔4内已吸附的气体分子的，然后这些解吸出的气体分子连同产品气一起经三位五通阀2排气口R2排出。
当吸附塔3饱和吸附后，气动控制回路将转换为图2所示的均压阶段。在该阶段，三位五通阀2的两个出气口A、B均处于开启位置，以使进入三位五通阀2的压缩气源气和吸附塔3的气体流入吸附塔4。吸附塔3内的压力在均压阶段开始前达到最高值，此后降低约为一半，同时吸附塔4内的压力亦均衡至相同值。因而，可使上阶段积蓄的能量节约一半而带来显著的节能效益，所以只需较短的工作循环即可使吸附塔4达到吸附工作压力，在整个均压阶段中，阀2的两个排气口R1、R2均是关闭的。
图3所示的吸附、解吸循环为图1的翻版，所不同的只是阀2的出气口B与进气口P相通，而出气口A与排气口R1相通。因而，吸附塔4将被充压吸附而吸附塔3将被解吸。
三位五通阀2由五个气口组成，进气口P通过管路10连接于压缩空气源，两个出气口A、B分别连接于吸附塔3和4的输入端，两个排气口R1、R2分别通向大气。阀的操纵方式可使用手动式、气动式、电磁式、机械式任何一种。
权利要求一种变压吸附分离气动控制回路，由两个装有分子筛的吸附塔(3)和(4)、两个单向阀(6)、(7)、储气罐(8)组成，吸附塔(3)和(4)分别经单向阀(6)和(7)与储气罐(8)相连，其特征在于吸附塔(3)和(4)的输入端分别与一个三位五通阀(2)的出气口A、B相连，吸附塔(3)和(4)的另一端由管路(13)和节流阀(5)连接在一起，三位五通阀(2)的进气口P通过管路(10)与压缩空气源(1)相连。
专利摘要本实用新型属于变压吸附分离气体的技术领域。本实用新型只使用一个三位五通阀门，该阀门一端连接一压缩空气源，另一端分别连接两个装有分子筛的吸附塔，该阀门位于吸附塔进气端，从而只用单一控制回路就可完成吸附、解吸和均压这一分离气体循环。本实用新型结构简单、控制方便、节能效果好，可以制取用于冶金、化工、医疗卫生等部门及日常生活所需的氧气和氮气。
文档编号B01D53/047GK2233782SQ9522907
公开日1996年8月28日 申请日期1995年12月26日 优先权日1995年12月26日
发明者李强, 王建庭, 丁艳坤, 苏俊 申请人:中国船舶工业总公司综合技术经济研究院