一种稳压运行的真空变压吸附系统及其工艺的制作方法

本发明是一种稳压运行的真空变压吸附系统及其控制工艺，具体涉及能通过工艺流程控制克服系统本身压力波动的真空变压吸附系统及其控制工艺，属于变压吸附领域。

背景技术：

真空变压吸附（vpsa）是现有常用的一种分离或提纯气体混合物的工艺，其基本原理是利用吸附剂对气体吸附的选择性，在一定压力下，将一定组分的气体混合物与吸附剂接触，吸附剂对混合气体进行吸附提纯，排出被提纯的气体，吸附结束后再在真空下进行解析，以使被吸附的组分从对应的吸附剂中解析出来，吸附剂得以再生利用。

现有的vpsa制氧系统多采用2至5塔流程，压力波动大，不利于风机等设备的稳定运行。为解决系统存在的压力对风机设备等造成的影响，现有专利文献cn108939820a（一种真空变压吸附制氧系统及方法，2018.12.07）提供了一种能使速率式风机出口流量压力和速率式真空泵进口流量压力均保持恒定的控制方法，可将系统运行带来的压力波动问题，通过工况调节的方式使进口压力和出气压力保持稳定，以便于吸附操作和氧气产品的消耗。但该控制方法仅仅是通过外部条件来克服系统流程波动对风机造成的影响，并未解决流程本身的波动问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决真空变压吸附系统的流程波动问题，提供了一种稳压运行的真空变压吸附系统，系统为六塔流程，较现有2塔至5塔流程，由于均压次数多一次，因此波动范围减小，可用于解决风机出口压力波动以及真空泵的压力波动问题。

本发明的另一目的在于提供一种稳压运行的真空变压吸附系统的控制工艺，通过自身流程的优化控制，在吸附和真空解析流程中利用二次均压，解决了系统本身的压力波动问题，使系统平稳运行。

本发明通过下述技术方案实现：一种稳压运行的真空变压吸附系统，包括吸附塔、风机和真空泵，吸附塔为三组，每组由两个吸附塔组成，

在当前运行阶段内，其中一吸附塔组内的两吸附塔的进气端连通风机，出气端连通成品罐，进行吸附；另一吸附塔组内的两吸附塔顶部连通，分别进行一次均压升和一次均压降；剩余一吸附塔组内的两吸附塔的入口端连通真空泵，进行解析，

与当前运行阶段相邻的下一运行阶段内，其中一吸附塔组内的两吸附塔的进气端连通风机，出气端连通成品罐，进行吸附；另一吸附塔组内的两吸附塔的进口端连通真空泵，分别进行二次均压升和二次均压降；剩余一吸附塔组内的一吸附塔的入口端连通真空泵，进行解析，另一吸附塔的进气端连通风机，实现进料，

所述吸附塔按吸附、一次均压降、二次均压降、真空解析、二次均压升、一次均压升、进料的运行模式进行循环。

所述真空泵包括低真空泵和高真空泵，低真空泵的工作压力小于高真空泵的工作压力，至少在连续的两个运行阶段内，使吸附塔在进行二次均压降及其随后的真空解析时均使用低真空泵，其余真空解析时使用高真空泵。

所述低真空泵和高真空泵分别通过真空缓冲罐连通吸附塔的入口端，于真空缓冲罐与吸附塔的入口端均设置有控制阀。

所述每一吸附塔入口端与风机、每一吸附塔入口端与真空泵、每一吸附塔出口端与成品罐之间，以及每一吸附塔出口端之间，均设置有控制阀。

位于每一吸附塔入口端与真空泵之间的控制阀为调节阀。

所述控制阀为调节阀。

一种稳压运行的真空变压吸附系统的控制工艺，采用六塔流程，每一吸附塔均按吸附、一次均压降、二次均压降、真空解析、二次均压升、一次均压升、进料的运行模式进行循环。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明采用六塔流程，分别控制吸附塔的运行模式，按吸附、一次均压降、二次均压降、真空解析、二次均压升、一次均压升、进料的运行模式进行循环，由于均压方法较现有2塔至5塔流程的均压次数多一次，使得系统流程的压力波动范围减小，由此解决了风机出口压力波动以及真空泵的压力波动问题。

（2）本发明利用连通的两台吸附塔实现一次均压（包括一次均压降和一次均压升）和二次均压（包括二次均压降和二次均压升），实际控制过程中，采用两次均压的方式，可对完成吸附/解析的吸附塔分两次降压/升压后再进行下一操作工序，其实质上是通过系统自身流程的优化控制来减小系统的压力波动范围，使系统平稳运行。

（3）本发明采用两个真空泵分段使用的方式，在二次均压控制流程的基础上，针对不同压力条件下的吸附塔有针对性的采用高真空泵或者低真空泵，可使系统流程的压力波动进一步的减小，实际操作时，风机的压力波动可以控制在5kvpa左右，真空泵的压力波动可以控制在10kvpa左右。

（4）本发明系统采用控制阀实现吸附塔运行模式的切换，在实际操作过程中，控制阀应设置为调节阀，以控制真空泵的控制阀为例，对于二次均压的两吸附塔而言，两吸附塔顶部连通，两吸附塔底部通过真空缓冲连通，由于塔顶管径远小于塔底，在开启真空泵的控制阀时，若一次完全打开，会造成气流全部被真空泵抽走，一方面浪费有效气体，收率降低，还会造成真空泵功率增加，因此，在控制过程中，需要利用调节阀进行控制。

（5）本发明系统按6塔流程运行，运行过程中包括互不影响的两组（即每一运行阶段内，均有两台吸附塔进行吸附），在实际运行过程中，可随时切除其中任意的吸附塔，以应对特定的工艺状况。

综上所述，本发明系统采用六塔流程，利用二次均压的工艺控制流程以及两个真空泵分段抽气的方式，解决了系统流程本身的波动问题，更适用于大型真空变压吸附设备，使其系统波动达到最低，同时，还具有能耗低、噪音低、振动小、收率高等特性。

附图说明

图1为本发明涉及的六塔结构示意图。

图2为本发明涉及的真空泵连接示意图。

图3为本发明涉及的控制时序表。

图4为本发明涉及的阀门控制对照表。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本实施例涉及一种稳压运行的真空变压吸附系统及其控制工艺。

该真空变压吸附系统由吸附塔、风机和真空泵组成，采用六塔流程，吸附塔分为三组，每组由两个吸附塔组成。

如图1、图2所示的六塔结构可以知道，吸附塔共6台，分别为吸附塔1至吸附塔6，吸附塔底部设进气端，顶部设出气端，进气端连通风机（c101、c102）或者真空泵（p101、p102），出气端连通成品罐。使用时，为便于吸附塔的控制，在每一吸附塔入口端与风机、每一吸附塔入口端与真空泵、每一吸附塔出口端与成品罐之间，以及每一吸附塔出口端之间，均设置有控制阀，以便于吸附塔在吸附、解析或者均压过程中的切换。

实际运行时，吸附塔按吸附、一次均压降、二次均压降、真空解析、二次均压升、一次均压升、进料的运行模式进行循环。例如：在当前运行阶段内，其中一吸附塔组内的两吸附塔的进气端连通风机，出气端连通成品罐，进行吸附；另一吸附塔组内的两吸附塔顶部连通，分别进行一次均压升和一次均压降；剩余一吸附塔组内的两吸附塔的入口端连通真空泵，进行解析。在与当前运行阶段相邻的下一运行阶段内，其中一吸附塔组内的两吸附塔的进气端连通风机，出气端连通成品罐，进行吸附；另一吸附塔组内的两吸附塔的进口端连通真空泵，分别进行二次均压升和二次均压降；剩余一吸附塔组内的一吸附塔的入口端连通真空泵，进行解析，另一吸附塔的进气端连通风机，实现进料。

在一个可能的实施例中，采用以下控制流程进行操作。

参见图1、图2、图3、图4所示。

第1步：

在步骤1开始时，吸附塔1中的压力处于吸附压力，阀kv101a打开，进料气体进入吸附塔1底部，阀kv102a打开，产品气离开吸附塔1顶部。吸附塔6同时也处于吸附压力，阀kv101f和阀kv102f打开，进料气进入吸附塔6底部。阀kv103c和阀kv103d打开，允许吸附塔3和吸附塔4通过真空泵排出废气。阀kv102b和阀kv102e同时打开，连通吸附塔2和吸附塔5，使吸附塔2中气体一次均压升，吸附塔5气体一次均压降。

第2步：

在步骤2开始时，阀kv101a和kv102a保持打开，阀kv101f和kv102f保持打开，允许继续从吸附塔1和吸附塔6生产产品气。阀kv101b、kv102b打开，阀kv104b关闭，允许进料气进入吸附塔2，吸附塔2进料增压。关闭阀kv103c，保持阀kv103d打开，停止吸附塔3真空排气，吸附塔4继续真空排气。打开阀kv104c和保持阀kv104e打开，允许吸附塔3两次均压升，同时吸附塔5两次均压降并真空排气。

第3步：

在步骤3开始时，吸附塔1中的压力持续处于吸附压力，阀kv101a打开，进料气体进入吸附塔1底部，阀kv102a打开，产品气离开吸附塔1顶部。保持阀kv101b打开，吸附塔2处于吸附压力，打开阀kv102b，吸附塔2生产产品气，阀kv101f和阀kv102f关闭。打开阀kv104f，保持阀kv103c打开，允许吸附塔3一次均压升，吸附塔6一次均压降。同时保持阀kv103c和kv103d打开，允许吸附塔4和吸附塔5通过真空泵排出废气。

第4步骤：

在步骤4开始时，保持kv101a和kv101b打开，保持kv102a和kv102b打开，维持吸附塔1和吸附塔2的吸附状态，同时打开kv101c、kv102c，吸附塔3进气增压。关闭kv103d，维持kv103e打开，同时打开kv103f，维持吸附塔5真空排气，同时吸附塔6真空排气，阀kv104c关闭，打开kv104d，使吸附塔6与吸附塔4连通，允许吸附塔4两次均压升，吸附塔6两次均压降。

第5步骤：

在步骤5开始时，关闭kv101a和kv102a，停止吸附塔1吸附状态。打开阀kv102c，维持阀kv101b和kv102b打开，维持吸附塔2吸附状态，吸附塔3进入吸附状态。维持阀kv103e和kv103f打开，吸附塔5和吸附塔6真空排气。关闭kv104f，打开阀104a，维持阀104c打开，使吸附塔4的气体从吸附塔顶流入吸附塔1，实现吸附塔1一次均压降，吸附塔4一次均压升。

第6步骤：

在步骤6开始时，维持阀kv101b和kv101c，kv102b和kv102c打开，维持吸附塔2和吸附塔3吸附状态。打开kv101d、kv102d，关闭kv104d，停止吸附塔4均压，吸附塔4进入进气增压状态。关闭阀kv103e，维持kv103f打开，吸附塔6维持真空排气状态。阀kv104a维持打开，同时打开kv104e，连通吸附塔1和吸附塔5顶部，实现吸附塔1两次均压降，吸附塔5两次均压升。

第7步：

在步骤7开始时，关闭kv101b和kv102b，停止吸附塔2的吸附状态，维持kv101c和kv101d打开，同时保持kv102c打开，维持吸附塔3的吸附状态，同时吸附塔4进入吸附状态，生产产品气。关闭kv104a，停止吸附塔1的均压状态，维持阀kv103a和kv103f打开，吸附塔1和吸附塔6继续真空排气。打开阀kv104b和维持阀104e打开，连通吸附塔2和吸附塔5，吸附塔2进入1次均压降，吸附塔5进入一次均压升。

第8步：

在步骤8开始时，维持吸附塔3和吸附塔4的吸附状态，维持kv101c和kv101d打开和kv102c和kv102d的打开。打开kv101e，关闭kv104e，打开kv102e，气体进入吸附塔5允许进气增压。打开kv103b，维持kv103a，吸附塔1和吸附塔2继续真空排气，同时维持kv104b打开，打开kv104f，连通吸附塔2和吸附塔6顶部，吸附塔2中气体两次均压降，吸附塔6气体两次均压升。

第9步：

在步骤9开始时，维持吸附塔4的吸附状态。关闭kv101c和kv102c，停止吸附塔3吸附状态，打开kv102e，保持kv101e打开，吸附塔5进入吸附状态，同时保持kv103a和kv103b打开，吸附塔1和吸附塔2维持真空吸附状态。维持kv104f打开，打开kv104c，连通吸附塔3和吸附塔6，吸附塔3中气体实现一次均压降，吸附塔6中气体实现一次均压升。

第10步，

在步骤10开始时，维持吸附塔4和吸附塔5的吸附状态，维持kv101d和kv101e打开，维持kv102d和kv102e打开。打开kv101f，关闭kv104f，吸附塔6关闭均压状态，进入进气增压状态。维持kv103b和kv104c打开，同时打开kv103c和kv104a，维持吸附塔2真空排气状态，同时连通吸附塔1和吸附塔3，吸附塔1实现两次均压升，吸附塔3实现两次均压降。

第11步，

在步骤11开始时，关闭吸附塔4吸附状态，关闭阀kv101d和阀kv102d，维持kv101e和kv102e打开，吸附塔5继续维持吸附状态。维持kv101f打开，打开102f，使吸附塔6进入吸附产气状态。维持kv103b和kv103c，维持吸附塔2和吸附塔3的真空排气状态。打开阀kv104d，维持kv104a打开，连通吸附塔1和吸附塔4，吸附塔1实现一次均压升，吸附塔4实现一次均压降。

第12步，

在步骤12开始时，维持吸附塔5和吸附塔6吸附产气状态，维持阀kv101e和kv101f，阀kv102e和kv102f打开。关闭kv104a，打开kv101a、kv102a，停止吸附塔1均压状态，吸附塔1进入进气增压状态。维持kv103c打开，同时打开kv103d，维持吸附塔3真空抽气状态，同时吸附塔4也进入真空排气状态。维持kv104d打开，关闭kv103b，打开kv104b，连通吸附塔2和吸附塔4，实现吸附塔2两次均压升，吸附塔4两次均压降。

在一个可能的实施例中，以图1所示吸附塔1为例，在第6步，塔顶与吸附塔5顶部连通（即吸附塔1在2次均压降，吸附塔5在2次均压升），同时，吸附塔1的底部和真空缓冲罐连通，此刻的真空缓冲罐压力和吸附塔5完全一样（因为在上一刻，吸附塔5和真空缓冲罐是连通的，塔顶与缓冲罐存在阻力降，因阻力降造成的压差忽略），又由于塔顶管径远小于塔底，因此如果同时打开，会造成气流全部被真空泵抽走，一方面浪费有效气体，收率降低，还会造成真空泵功率增加。因此，在本实施例中，吸附塔1的真空泵应设置成可调节的阀门。同理，所有真空阀均应设置为调节阀。推而广之，所有原来的程控阀，全部采用调节阀。

在另一个可能的实施例中，可将真空泵设置为低真空泵和高真空泵，低真空泵的工作压力小于高真空泵的工作压力，至少在连续的两个运行阶段内，使吸附塔在进行二次均压降及其随后的真空解析时均使用低真空泵，其余真空解析时使用高真空泵。同样以图1所示吸附塔1为例，假设p101是低真空泵（-10~-30），p102是高真空泵（-30~-50）在第6步，此刻，p101缓冲罐压力,为-30，吸附塔1压力为10，吸附塔1真空阀缓慢打开，吸附塔1和缓冲罐均压，可以控制缓冲罐压力不至于剧烈升至较大，（因为缓冲罐体积和调节阀的节流损失）。连通后运行两步，在第8步，使吸附塔1与p102连通，由于该泵一直工作在-30~-50区间，价值缓冲罐的左右，波动同样很小。

上述是两级真空的方式。可选择的，也可采用一级真空的模式，例如，在另一个实施例中，将图1所示吸附塔1、3、5只与p101连通，吸附塔2、4、6只与p102连通，此时真空泵进气口的波动幅度更大，可以采用专利文献cn108939820a涉及的控制方法来调节压力波动问题以满足风机等设备的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。