气体浓缩方法和装置的制作方法

专利名称:气体浓缩方法和装置的制作方法
本发明涉及的是一种通过吸附对气体进行浓缩方法和一种相应的气体浓缩装置;尤其是用于通过吸附作用从空气中分离出氧(气)的方法和装置。
当前，在工业上制造氧(气)的方法主要有两种一是蒸馏法，二是吸附法。
目前，最主要的方法是在高压(一般为20-30Mpa)和低温情况下进行的蒸馏，借此即可把空气中的不同组分(氮、氧、氩等)即作为相互分开的压缩液体蒸馏出来。
用被称之为选择性吸附的方法也可以将氧从空气中分离出来，该方法的依据是，某些材料，例如天然沸石或合成沸石，具有多孔性，理论上的孔隙大小为4
，而空气中的分子(例如氧分子)的分子大小为3.8
，因此这些材料能够按不同的方式通过物理粘附将空气中的不同分子吸附在其孔隙内。
这种类型的吸附过程通常是通过所谓压力摆动吸附法(PSA)来实现的，使用PSA方法时通过让再生气流穿过吸附材料使每一个吸附阶段之后该吸附材料仍旧有效，上述的再生气流的流动方向和要被吸附的供料气流的流动方向相反。
一般来说，PSA设备包括两个贮气罐，因此，在一个罐用于分离氧时另一个罐则用于再生。在美国专利4194890和4263018，英国专利2109266，芬兰专利申请843014中已经描述过与此吸附过程有关的设备。
水蒸汽可显著降低沸石吸附氧分子的能力，因此，在联邦德国专利申请1265144和1259857，欧洲专利申请123911和128545中已经建议在吸附阶段之前使用干燥器。
上述这些气体分离方法具有许多缺点。蒸馏设备庞大复杂的结构可被认为是与蒸馏法有关的主要缺点，因此蒸馏设备从开始就异常昂贵。此外，由于运输问题，气体的分配问题变得复杂而特别昂贵，因为尽管通常的工作压力大约为500Kpa左右，但为了运输必须将气体压缩并保持在大约为20Mpa的高压下。气体的压缩需要大量的能量，这样就提高了气体的生产成本。有关的另一些缺点就是，由于高压并且由于气体可能从压力罐中泄漏，所以随时存在爆炸和着火的潜在危险。
眼下，生产上使用吸附设备还极少。直到最近投入使用的吸附设备的主要缺点是可获得的氧气含量不够大。用目前已知的设备可得的氧气量约为60%，最高为80%。但这样的氧气含量水平对诸如医用或火焰切割等场合是完全不够用的，在这些场合的氧气含量必须超过90%。
另一个明显的缺点是PSA过程要求的调节和控制系统很复杂。在已知的装置中，所用的设备主要是微处理机控制的、电或磁操作的功能元件(如电磁阀)，但这些元件都不适宜于在诸如海上鱼加工厂这样的潮湿和/或寒冷条件下使用。
本发明的主要目的在于消除与已有的分离方法有关的缺点和不足，并且实现一种新型的吸附设备用于气体浓缩，尤其是从空气中生产氧。
使用本发明的方法和装置就能够达到这些目的。在所附的权利要求
书中提到了本发明的各个不同的特征。
本发明的基础在于这样的基本认识，即该设备作为一个组合要包括将空气压缩并加入到该设备的部件，干燥供给的压缩空气的第一吸附部件，把优选的气体组分从送入空气中分离出来的第二吸附部件;另外气流以及设备的不同部分均由气动元件控制和调节。
本发明的主要优点是，整个装置能够在所有的环境中，因此也能在潮湿和寒冷条件下准确可靠地工作，这就有助于使用气动的逻辑和气动的元件，并且，通过使用本装置可以获得的氧气含量比通过使用已有技术的装置得到的大得多。
在这一方面有理由强调，在使用气动的这个术语时意指纯气动操作的那些元件。因此，动力源可以只是压缩空气，控制和调节部件不包括任何形式的电器元件。这也和所说的逻辑，即控制系统有关，控制系统的元件包括用压缩空气操纵的机械时钟装置和存贮器。
按照本发明的一个最佳实施例，控制系统具有集成的结构，其元件中的较大部分被安排在一块被封闭在一个密封盒内的线路板上。通过在控制系统内使用混合线路板工艺可以得到的好处是可以制造出几百万个接头并可以得到很长的工作寿命。由这种解决方式得到的好处是，控制系统不受潮湿和寒冷的影响。此外，对气动软管的要求降低了。另外可以肯定，气动装置的使用不会引起任何可能产生火花的危险并且也勿需使用电力，故使用这种设备是很安全的。
按照本发明的优选方式，供给的压缩空气是由双罐吸附干燥器干燥过的。因而设备的工作情况，尤其是在潮湿的条件下，同较早的已知解决方案相比得到了根本的改善。
为了可靠地分离出优选的气体组分，尤其是为了从空气中分离出氧，可以用不同的吸附材料，例如硅胶，特别是合成的或天然的沸石。在天然沸石中可作为例子提出来的是丝光沸石和丝光沸石/斜发沸石。合适的合成物例如是A型和X型钠沸石，如5A和13X。在带有铝或钠离子的沸石分子结构中也可能出现其它的金属离子，如镓离子或锶离子。
同已有技术的解决方案相比，本发明的最突出的优点如下1，和蒸馏法相比-氧气的价格更便宜些(取决于纯度)，甚至于降低到当前市场价格的1/5-1/10;
-可以避免氧气在压力瓶中的运输，-可以避免将氧气压缩到很高的压力;
2，同已有技术的吸附法相比-可以得到更高的优选气体，尤其是氧气的含量或纯度(超过90%甚至高达98%)，-较高的产额在输入的压缩空气为1×10-9米3/分时的氧气产额为1×10-9米3/小时，(或者为92%理论氧气量的8%)，以及在输入的压缩空气为1×10-9米3/分时的氧气产额为2×10-9米3/时(或者为87%理论氧气量的16%)。
上述之优越特性的数值全都是在该装置供料空气流的上游方向使用了双罐吸附干燥器的情况下得到的。干燥器增加大约10%的空气消耗，这就说明在产额可能增加50%同时纯度水平又有很大提高的情况下生产的成本略有增加。为了提高可供使用的可能性，在该装置的输出端装配有一个三通阀，这个三通阀的作用是为双压力的进一步处理单元提供一个输入设备，该单元或可在白天在低压状态下使用，或可在夜里提高压力的情况下使用;为需要大量消耗氧气的压力瓶充气。
在用本发明的气动调节装置进行的试验中证实了，在寒冷的海洋气候中能进行正常无误的运转。为了保证机械耐用性，在本发明的设备中广泛地使用了不锈钢材料。
下面参照附图，借助于本发明最佳实施方案的各个实例来描述本发明，在这些附图中图1表示的是从空气中分离氧的气体浓缩装置的第一个最佳实施例的总体安排;
图2是所说的第一最佳实施例的气动阀的逻辑关系图;
图3表示的是所说第一最佳实施例的气动阀的线路图;
图4表示的是从空气中分离氧的气体浓缩装置的第二个最佳实施例的总体安排;
图5是所说的第二最佳实施例的气动阀的逻辑关系图;
图6表示的是所说的第二最佳实施例的气动阀的线路图;
图7表示的是用于提高生产出来的氧气的压力的设备。
由图1和图4可知，压缩机1从普通的空气环境吸取空气并且在单位时间里以一定的压力(一般700-750Kpa)供给一定的空气量(＝100%)。然后将这种空气引导至后续冷却器2，冷却器2也可以包括在压缩机1内。由于空气中的湿气开始冷凝，所以该冷凝器被接到冷凝水排放管上。在此之后，将空气引导至压力容器4内，压力容器4的尺寸由压缩机1的规格和型号决定。
由于空气的继续冷却，所以空气在压力容器4内还需要继续冷凝，所以要设置第二个冷凝水排放管5来保证压力容器4的正确无误的工作。引导来自压力容器4的空气穿过预过滤器6以除去水滴，并穿过精密过滤器7以除去空气中的油然后至双罐型湿气吸附干燥器14，15。预过滤器6和精密过滤器7相应地设置有冷凝水排放管8和油排放管9。如果压缩机1是无油的，就可以不为本装置设置精密过滤器7和排油管。如果该压缩机是由油润滑的，将油从准备要引入干燥器14，15的空气中分离出来就非常重要了，因为如果让油通过干燥器14，15，湿气吸附材料的效率就要变劣，它的使用寿命也要大大降低。
如上所述的被净化了的空气又借助于和一个或另一个罐14，15相对应的第一主阀10和第二主阀11被引导至干燥器以便产生露点为-40左右的供料空气，罐14和15都填满湿气吸附材料，如硅胶，或者都装有一个分子筛。主阀10和11都由以微处理机为基础的可编程序自动化装置27控制，自动化装置27按本发明由气动逻辑构成。如果第一个罐(或塔)14处于干燥阶段，则第一主阀10保持打开状态，而与第二个罐15相连的第二主阀11被关闭。在第一个罐14的吸附阶段期间，第二个罐15处于再生阶段，在再生阶段期间，聚集在第二个罐15中的湿气被除去。当第一个罐14处于湿气吸附阶段，连接到第一个罐14的再生阀12保持关闭状态，而连接到第二个罐15的再生阀13被打开。为了避免噪音影响，最好将再生阀12和再生阀13分别通过消音器17和16再通至大气。
干燥空气从第一个罐14出来时，通过单向阀20抵达过滤器24，这是因为单向阀18和21处于逆向止流方向。干燥空气从第二个罐15出来时，干燥的空气也流到过滤器24，但是是通过单向阀21流过去的，这是因为单向阀19和20处于逆向止流方向。所说的干燥空气流依次由罐14和15流向该过滤器24，因而一个罐处于湿气吸附阶段而另一个罐处于再生阶段。用于对另一个罐进行再生的干燥空气占干燥空气中的一小部分，在非加热型干燥器中最好为10-12%，而在利用加热的干燥器中最好为2-4%。干燥空气的这一数量用节流阀23来调节并且是从主干燥空气流中通过过滤器22而取出的。
如果罐15处于再生阶段，因为节流阀23降低了压力，并且在单向阀19之后这一压力约为700Kpa。所以干燥空气从节流阀23穿过单向阀19，然后再生空气进入罐15，这是因为在阀21之后这一压力约为700Kpa并且因为另一方向装在罐15底部的外流阀13是打开的而主阀11是关闭的。因此，再生空气就冲洗了罐15，其流动的方向与在罐14中产生的吸附气流方向相反。在再生阶段，对通过外流阀13和消声器16的大气不发生冷凝作用。
处在吸附阶段罐中的压力较高并且基本上保持不变(例如700Kpa)，处在再生阶段罐中的压力逐渐降低(例如从700Kpa减到大气压)。在干燥阶段于罐14内开始之后的一预定时间，最好是9分钟之后，关闭阀13禁止罐15的气体外流，因此罐15开始加压。当两个罐达到相同压力时，主阀10和11的调整位置改变过来，即阀10关闭，阀11打开。来自压缩机1的空气开始通过罐15流动。某一时间之后，最好是9秒钟之后，外流阀12打开，借此罐14内的压力开始下降，再生阶段就可能开始。通过交替地操纵罐14和15可使空气的干燥得以连续。
过滤器24的作用是从干燥空气中除去所有进入到干燥空气中的尘埃等。在过滤器24之后，供料空气的压力由降压单元25降低到一个适当的数值，这个数值最好是500Kpa左右。然后，供料空气流在罐26内被均衡。
本发明的第一个最佳实施例中，供料空气在罐26之后被引入到双罐气体吸附单元34′，35以便对供料空气进行连续氧气分离。气体吸附单元流入头的结构和双罐湿气吸附单元的流入头的结构相对应。阀28和29是交替地允许供料空气进入第一个罐34′或第二个罐35的主阀，这两个罐34′和35是相同的。对应地，由外流阀30和31来调节自罐34′和35排出的富氮废气流。
让我们假定，第一个罐34′处于吸附阶段，则主阀28和外流阀31保持打开状态而主阀29和外流阀30关闭，由此，供料空气流入罐34′。按照本发明要选择吸附材料使氧气的贯穿该材料的流动比氮的流动更快些。如前所述，合适的材料是天然沸石和合成沸石，它们的孔隙尺寸不超过4
。在出口处，当阀打开时由于单向阀40，39处于逆向止流状态，因此氧气能穿过单向阀38流到过滤器42。在此之后，富氧气体的流动由节流阀44调节，富氧的气体被贮存在罐45内。
当第一个罐34′正在产生氧气时，即当阀36处于打开状态并保持10到30秒之间的某一时间，最好保持约15秒钟的时间，第二个罐35的主阀31从氧气产生开始，也被打开一段时间，典型时间数值为5至10秒，最佳时间为8秒左右，借此，就允许富氧气体在阀36之后穿过安全减压阀41流入第二个罐35并且从罐35开始又穿过外流阀31和消声器33通到大气，这样就从第二个罐35分离并冲刷出富氮气体。当然，通过消声器33消耗掉的富氧气体是非常小的。
在所定的时间结束时，对于分离富氮气体而言这一时间如图2所示，在15至30秒之间，最好24秒，外流阀31关闭，由此即开始即结束了从第二个罐35的向外排送并且开始对富氧气体加压。典型的加压时间在5至10秒之间，最好约为7秒，在此时间之后通过关闭阀36中断了在第一个罐34′内氧气的产生，与此同时通过打开主阀29并关闭主阀28将罐34′和35的工作状态翻转过来。然后第二个罐35对通过主阀29流入的供料空气加压。
在此之后，典型的情况是在大约11秒之后，外流阀30打开，因此第一个罐34′开始通过消声器32向大气排空，从第一个罐34′将富氮的气体排去。通常在打开主阀29以后大约16秒时，第二个罐35内的压力已经达到其最大值，其最佳数值约为500Kpa，并且与此同时第一个罐34′已经排空以便重新增压。
阀37然后打开，借此第二个罐35即可以开始生产氧气。在氧气生产结束时，最好为8秒左右，外流阀30保持打开状态，由此使第一个罐34′处于再生阶段。此后外流阀30关闭，在此之后第一个罐34′开始按以上所述的方式工作。一次循环的时间，即从在一个罐内的吸附阶段开始至在另一个罐内的再生阶段结束所需的时间，典型地在50至100秒之间，最佳数值如图2所示为约84秒。
在图2中以缩合的方式给出了用于压缩供料空气的主阀28和29，用于排出富氮气体的外流阀30和31以及用于生产富氧气体的出口阀36和37的工作关系示意图，其中参考标号“1”表示阀门打开，而参考标号“0”表示阀门关闭。在这个图内给出的操作时间可被平滑地调节从而能生产出具有所希望纯度的富氧气体。
按照在图4内介绍的本发明的第二个最佳实施例，将干燥供料空气引入到单罐气体吸附干燥器34以分离氧气。罐34的流入端的结构与干燥器罐14或15中一个的流入端结构相似。阀28是主阀，它控制供料空气进入吸附罐34的通路，并且通过流出阀30调节富氮排出气体自该吸附罐流至大气，这种流动有时还要穿过消声器32。
吸附罐34交替地或处于吸附阶段，或处于再生阶段。让我们假定，罐34首先处于吸附阶段。则主阀28保持在打开的状态，外流阀30被关闭。按照如第一个最佳实施例相类似的方式选择在罐34中存在的吸附材料，使得氧气的贯穿流动要比氮气来得快些。具有大约4
孔隙度的天然或合成沸石是适宜的材料。在出口阀36打开时，富氧气体就通过单向阀38抵达过滤器42，在此之后气流由节流阀43调节。富氧气体向下通过安全减压阀41进入贮存罐45。
在吸附罐34开始生产富氧气体时，即在阀28保持打开状态10-30秒的时间，最好为18秒左右时，出口阀36在这个吸附阶段结束之前也要保持打开某一时间，最好为7秒左右，因而允许气体通过安全减压阀41流入贮存罐45，并且可以开始对富氧气体加压。在加压期间罐45中的压力升至最好为500Kpa的某一数值，加压之后通过关闭出口阀36中止富氧气体的生产。
在此之后，典型的情况是在大约11秒之后，通过打开外流阀30来开始吸附罐34的再生阶段，再生阶段历时15至30秒，最好约为23秒，由此允许吸附罐34通过消声器32排空，并且让聚集在吸附罐34内的富氮气体排出。在某一时间以后，典型的情况是在大约16秒以后，吸附罐就已被排空。在再生阶段结束时，外流阀30和贮存罐45的出口阀37要打开一段时间，典型的时间为7秒左右，因此，就能使富氧气体从贮存罐45开始穿过安全减压阀39，过滤器42，节流阀43和安全减压阀40流入到吸附罐34中。在此之后，当干燥的供料空气开始流入吸附罐34并且开始对其加压时，阀30和37关闭并且主阀28打开。这种最终加到500Kpa的加压过程典型地历时约11秒，此后吸附罐34开始以上边所述的方式操作。从吸附阶段开始至再生阶段结束的典型循环时间在30至60秒之间，最佳数值约为52秒。
在图5中给出了供给空气的主阀28，排出富氮气体的外流阀30，用于富氧气体生产和富氧气体再生的出口阀36和37的操作关系图。这个关系图给出的操作时间可被平滑地调节以便产生所希望纯度的富氧气体。
按照第一和第二最佳实施例，通过打开关闭阀46并且通过用三通阀51来选择是低压直接使用还是高压增压使用从贮存罐45取出来的已被生产出来的富氧气体。在直接使用方式中(0-500Kpa)，将富氧的气体引导到气动控制泵49并且进一步引入到分配管道50。在高压增压方式中，通过气动控制的增加单元70将来自贮存罐45的压力约为500Kpa的富氧气体的压力提高到期望的数值，例如用于充填如图4所示的氧气瓶。
例如与图7中所示系统相类似的系统可被用作增加单元70，用这种系统可将压力增高至70Mpa。这样一个系统所用的元件都可以在市场上从SCHMIDT KRANTZ AND CO.GmbH买到，下面列出其各个元件，将公司的代号写在括号内。这里所列出的增压单元包括-在200Kpa-32Mpa低压范围工作的第一两级工作汽缸71(DLE5-30)，-在3.5Mpa-70Mpa高压范围工作的第二两级工作汽缸72(DLE75-1C)，
-用作蓄压柜的中间罐74，并且配有一个安全减压阀73，罐74装在串连并顺序工作的工作汽缸71和72之间，-控制工作汽缸71和72工作的控制空气单元75，受控的供料空气压力的典型数值在100Kpa-1.1Mpa之间，-操纵第一工作汽缸71工作的第一关闭阀76，-第二关闭阀77和压力调节阀78，它们都操纵第二工作汽缸72的工作。
在第一和第二最佳实施例中，在阀28，29，30，31，36和37的控制中都使用了气动的定时器和方向阀。如果吸附单元中的压力超过了预置的最大值，在控制中也用一个安全减压阀来中止工作循环。该控制系统是集成化的，气动元件的大部分都装在一块线路板上，这样一来它们所有的相互连接的流动通道都位于所说的线路板上并且不再需要气动软管了。所说的气动元件都可通过在芬兰的Oy FESTO Ab在市场上买得到，下面列出了这些气动元件，产品代号放在所说公司的括号内。
由图3可知，主阀28和29以及外流阀30和31都被安排成可来回转动的使用。另外，出口阀36和37被安排成可并行的工作。所说的这些阀最好都是隔膜阀(VLX-2型)。这些阀的开关转换操作由触发阀52(VLL-5-PR-3型)控制，触发阀52连到脉冲阀53和54(J-3-3.3型)线路中，脉冲阀52和53有一个输出端和一个存贮器。控制系统的定时器单元由四个定时单元55，56，57和58(VUZ型)组成。这些定时单元都有气动的机械时钟装置，通过该时钟装置可以为生产循环设置可希望的时间顺序。按照线路图中所示的方式，即通过存贮阀53和54中的介质并且通过直接操作隔膜型出口阀36和37来调节这些定时单元。有两个输出端的脉冲阀59直接控制定时器单元56和58以及触发阀52的动作。
由图6可知，主阀28和外流阀30被安排成能交替地工作。另外，出口阀36和37被安排成能并行地工作。所说的这些阀最好都是隔膜阀(VLX-2型)。这些阀的动作都由一个触发阀52(VLL-5-PK-3型)控制，触发阀52是像一个转换开关那样地工作并且被连接到一个脉冲阀(J-3-3.3型)上，该脉冲阀有一个输出和工作循环存贮器。控制系统的定时器单元包括四个定时器单元55，56，57和58(VUZ型)。这些定时器单元包括气动机械时钟装置，通过这些时钟装置可设置所希望的时间顺序。这些定时器单元按线路图中所示的方式，即通过存贮阀53中的介质并且通过直接操作隔膜型出口阀36和37被调节。有两个输出端的脉冲阀59(J-5-3.3型)控制定时器单元以及触发阀52的工作。
为了确保在图1和图4中所示的第一和第二最佳实施例中的气体吸附单元能可靠而准确的工作，吸附单元上有压力传感器，压力传感器连到压力调节阀62(VD-3-3.3)上，最好选800Kpa为压力的上限。压力调节阀62并行地连到一个手动调节的控制阀63(SV-3-M5-N-22-S)和主关闭阀61(VL/0-3-3.3)上，主关闭阀61又连到“或”阀60(OS-6/3-3.3)上，第二个控制阀64(SV-3-M5-N-22-S)也连到“或”阀60上。
由所说的控制阀63(64)来启动该控制系统，启动之后系统自动动作，-按照图2所示被设定的顺序控制阀28，29，30，31，36和38，或者-按照图5所示被设定的顺序控制阀28，30，36和38。
如果气体吸附单元中的压力增高的过大，关闭阀61就中止这一循环。但是由控制阀64或根据由控制阀63产生的压力下降都可重新启动该循环。
该控制系统完全是气动操作的，最好使用500-600Kpa左右的压缩空气。通过由本身是众所周知的压缩空气源(如压缩机，图中未示出)辅助设备就可以得到压缩空气，并将压缩空气通过由图3和图6所示的控制阀63和64引入到控制系统。
如早些时候提到的，气动元件52-62被安排在一块线路板上，该线路板放在一个密封盒47(27)内。控制阀63和64最好装在该盒的外部，这种安排的一个好处是压缩空气软管仅需装在这些控制阀和线路板之间以及相应的隔膜阀和线路板之间。
由上述相应的气动元件52-64组成的控制系统最好也能用来控制湿气吸附单元，尤其是主阀10和11以及出口阀12和13的动作。
到目前为止仅借助于两个最佳实施例对本发明进行了描述。除了发明和/或它的各种变通型式都可能在所附的权利要求
范围之内外，当然不希望以任何方式对本发明施加限制。
该装置的其它部分可以和以上提到的代表性元件不同。可能用先前获得的压缩空气代替压缩机。在装置作为整体仍旧相同的情况下，通过改变工作循环可以使气体吸附单元适应于不同的工作数值。此外可以复制出两个氧气产生单元，其中的一个或许较小些，这样就可获得一个两级分离，用两级分离时通过让相对较大量的气体流过较大的单元就能提高氧气的纯度。在要求有较高纯度时这种安排是很有用的。通过改变吸附材料，就可用这种装置来分离氮或其它空气组分，而不是分离氧。
权利要求
1.一种通过吸附的气体浓缩方法，尤其是用于从空气中分离出氧气的方法，其特征在于该方法包括如下的连续步骤--将空气压缩到某一压力，这一压力比正常的大气压力高得多，--排出由压缩引起的冷凝水，并且尽可能地将压缩空气干燥，--将压缩空气引入到一个吸附单元，吸附单元含有吸附材料，最好是天然的或合成的沸石，该吸附材料适宜于将气体分离成它的部分组分，--至少从该吸附单元出来的富氧产品气体的大部分，被引导向前，最好引导到一个存贮部件或用户处，以及--较少部分富氧产品气体被循环到吸附单元以便通过排出束缚到该吸附单元中吸附材料上的富氮气体使该吸附单元再生，所说方法的特征还在于所说气体流--被引入到该吸附单元的压缩空气，--从该吸附单元出来的大部分富氧产品气体，--被循环到该吸附单元中的少部分富氧气体，--从吸附单元排出的富氮废气，都由气动元件控制和调节，因此，通过吸附法安全可靠地实现了从空气中分离出气体组分，最好是氧，即使是在潮湿、寒冷和/或有爆炸危险的条件下也是可靠安全的。
2.一种如权利要求
1所述的，用一个双罐吸附单元来实施的方法，其特征在于，产品气体流的所说的较少部分的启动时刻和流动时间都由气动元件确定，控制和调节，上述的较少部产品气体从一个吸附罐上部或外流管开始被引导穿过另一个吸附罐以便使其再生。
3.一种如权利要求
1所述的，通过一个单罐吸附单元来实施的方法，其特征在于所说产品气体流的较少部分的启动时刻和流动时间均由气动元件确定，控制和调节，上述的较少部分产品气体从中间贮存罐开始被引导穿过该吸附罐以便使该吸附罐再生。
4.一种权利要求
1-3中任何一个所述的方法，其特征在于，将被分离出冷凝水的压缩空气引导到至少一个双罐干燥器以便将空气干燥到一个适宜的湿度，最好让干燥后的压缩空气的露点在-40℃左右，上述干燥器包括有湿气吸附材料，最好是硅胶或分子筛，该方法的特征还在于，-进入一个湿气吸附干燥罐的压缩空气流，-从一个湿气吸附干燥罐进入一个吸附罐的干燥空气流的大部分，-从一个湿气吸附干燥罐进入另一个湿气吸附干燥罐，用于排除束缚在湿气吸附材料上湿气以便使该罐再生的少部分干燥空气流，以及-从处于再生阶段的湿气吸附罐流出的带有一定湿气的空气流，都由气动元件控制。
5.一种气体浓缩装置，尤其是用于从空气中分离出氧气的装置，其特征在于该装置至少包括下述部件的组合-用于压缩供料空气的一个空气供给部件(1)，最好是一个压缩机，-分离部件(2-9)，最好与所说空气供料部件组合使用，用于至少能从所说的供料空气中除去由于空气的压缩而产生的冷凝水，-一个湿气吸附干燥器，它最好包括两个依次处在湿气吸附阶段工作的气罐(14，15)，每一个气罐或者包含适当的湿气吸附材料，最好是硅胶，或者包括一个分子筛，所说干燥器在所说水份分离部件(2-9)之后并且按照与要干燥的材料的比率、循环时间以及其它产生干燥压缩空气可选择的工作参数将干燥器优化，干燥的压缩空气的露点最好在约-40℃，-一个气体吸附单元(34′，35)，它包括适合于通过吸附作用将气体分离成它的各种组分的材料，最好是用于将供料空气中存在的氧和氮相互分开的天然或合成沸石，-贮存由所说的气体吸附单元得到的气体产品(最好是富氧气体)的罐部件(45;47)，-使该装置的所说的各个部分与气流连接点相互连接的管路，用于连通在所说供给部件(1)，所说分离部件(2-9)，所说湿气吸附干燥器(14，15)，所说气体吸附单元(34′，34，35)和所说罐部件(45;47)之间的气流通道，并且，-用于在该装置的所说各部分中以及所说管路中控制气流的气动调节和控制元件(10-13、28-31，36，37，52-64)，并且最好还包括-进一步处理已被分离开的气体组分(最好是富氧气体)的部件，这些部件置于所说罐部件(45;47)之后并且最好包括气动增压单元(70)和压力瓶(80)，以便在高压下贮存气体产物。
6.一种如权利要求
5所述的气体浓缩设备，其特征在于该气体吸附单元由单罐(34)组成，罐(34)依次地或处于吸附阶段，或处于再生阶段，在吸附阶段富氧气体的流出时间在10-30秒之间，最好约为18秒，在再生阶段富氮气体的流出时间在15-30秒之间，最好约为23秒，因此，从吸附阶段开始到再生阶段结束的整个循环时间在30-60秒之间，最好为52秒。
7.一种如权利要求
5所述的气体浓缩装置，其特征在于该气体吸附单元由两个罐(34′ 35)组成，它们依次或处于吸附阶段，或处于再生阶段，在吸附阶段富氧气体的流出时间在10-30秒之间，最好约为15秒，在再生阶段富氧气体的流出时间在15-30秒之间，最好为24秒，因此，从在一个罐内吸附阶段的开始到在另一个罐内再生阶段的结束的整个循环时间在50-100秒之间，最好为84秒。
8.一种如权利要求
5-7中任何一个所述的气体浓缩装置，其特征在于，用于供料空气，富氧气体和富氮气体的气动调节元件包括几个气动隔膜阀(10-13，28-31，36，37)，其特征还在于，操纵所说气动隔膜阀(10-13，28-31，36，37)的控制元件至少包括气动定时器(55-58)和气动脉冲阀(53，54，59)。
9.一种如权利要求
5-8中任何一个所述的气体浓缩装置，其特征在于压力调节阀(62)一方面要连接到装在气体吸附单元(34;34′，35)和湿气吸附单元(14，15)的每一个罐中的压力传感器上，另一方面还要连接到气动控制系统(52-64)的一个主关闭阀(61)上，其特征在于，所说的气动控制系统被集成在一块共用的紧密密封的盒内，使得该控制系统的较大部分元件(52-64)都适于装在所说的盒内，其特征还在于如果气体吸附单元的或湿气吸附单元的罐中压力超过预定的最大值时，即在湿气吸附单元的罐中压力约为800Kpa或者在气体吸附单元的罐中压力约为500Kpa时，用所说的压力调节阀(62)来中止此工作循环。
10.一种如权利要求
5-9中任何一个所述的气体浓缩装置，其特征在于用于将生产出的富氧气体的压力最大提高到70Mpa的所说增压单元(70)包括-一个在低压区工作的第一两级工作汽缸(72)，-一个在高压区工作的第二两级工作汽缸(72)，-一个装有安全减压阀(73)的中间罐(74)，它串接在所说依次交替工作的汽缸(71、72)之间，-一个空气控制单元(75)，-一个操纵第一工作汽缸(71)工作的第一关闭阀(76)，-一个操纵第二工作汽缸(72)工作的第二关闭阀(77)。
专利摘要
本发明涉及一个气体浓缩方法和一个气体浓缩装置，尤其是用于通过吸附法从空气中分离出氧气。按照本发明，首先用压缩机(1)将空气压缩并且用双罐湿气吸附单元(14，15)使空气干燥从而为气体吸附单元(34′，35)供应空气，供料空气的露点为-40℃左右。来自吸附单元的大部分富氧气体被导引向前而小部分富氧气体投入重新循环以便通过除去束缚到吸附单元中吸附材料上的富氮气体使吸附单元再生。
文档编号C01B21/00GK87102164SQ87102164
公开日1987年11月25日 申请日期1987年2月12日
发明者萨穆利·莱蒂南 申请人:阿哈皮公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan