一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置及方法与流程

本发明涉及化工设备，尤其涉及一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置及方法。

背景技术：

1、深冷制氮设备通过空气过滤器、空气压缩机、预冷系统、纯化系统、冷箱精馏系统后，会生产99.999％氮气至用户管网，余下的富氧空气大概含氧量在35％-48％区间。这部分气体通常都通过高空放散到大气中，当做废气处理，造成极大的浪费。

2、因此，本发明提供一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置及方法，将排出的废气回收再利用，提取生产有用的93％—99％氧气，既提高了气体的利用率，又降低了生产氧气的电耗成本，经济效益可观。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、本发明的第一方面是提供一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置，包括：

4、进气口；

5、空气过滤器，所述空气过滤器的输入端与所述进气口管路连接；

6、空气压缩机，所述空气压缩机的输入端与所述空气过滤器的输出端管路连接；

7、空气换热单元，所述空气换热单元的输入端与所述空气压缩机的输出端管路连接；

8、空气纯化单元，所述空气纯化单元的输入端与所述空气换热单元的输出端管路连接；

9、深冷制氮单元，所述深冷制氮单元的输入端与所述空气纯化单元输出端管路连接，所述深冷制氮单元包括：

10、第一换热器，所述第一换热器的第一输入端与所述空气纯化单元的输出端管路连接；

11、精馏塔，所述精馏塔的第一输入端与所述第一换热器的第一输出端管路连接；

12、氮气冷凝器，所述氮气冷凝器的第一输入端与所述精馏塔的第一输出端管路连接；

13、第二换热器，所述第二换热器的第一输入端与所述氮气冷凝器的气相输出端管路连接；

14、膨胀机，所述膨胀机的第一输入端分别与所述第一换热器的第二输出端以及所述第二换热器的第一输出端管路连接，所述膨胀机的第一输出端与所述第二换热器的第二输入端管路连接，所述第二换热器的第二输出端与所述第一换热器的第二输入端管路连接；

15、以及风机，所述风机与所述膨胀机轴承连接，所述风机的设置有空气进口和空气出口；

16、制氧单元，所述制氧单元的输入端与所述第一换热器的第二输出端管路连接，所述制氧单元包括：

17、一对氮气吸附器，一对所述氮气吸附器并联设置，一对所述氮气吸附器的一对第一输入端分别与所述第一换热器的第二输出端管路连接，一对所述氮气吸附器之间管路连接有阀门；

18、氮气加热器，所述氮气加热器的输出端分别与一对所述氮气吸附器的一对第二输入端管路连接，所述氮气加热器的输入端与所述第一换热器的第二输出端管路连接；

19、氮气出口，所述氮气出口分别与一对所述氮气吸附器的一对第二输出端管路连接；

20、以及氧气出口，所述氧气出口分别与一对所述氮气吸附器的第一输出端管路连接；

21、以及控制单元，所述控制单元与所述空气纯化单元、所述深冷制氮单元以及所述制氧单元电性连接。

22、进一步地，所述氮气吸附器的内部设置有分子筛吸附剂。

23、进一步地，所述空气换热单元包括：

24、空气换热器，所述空气换热器的输入端与所述空气压缩机的输出端管路连接；

25、冷凝器，所述冷凝器与所述空气换热器管路连接；

26、以及空气水分器，所述空气水分器的输入端与所述空气换热器的输出端管路连接。

27、进一步地，所述空气纯化单元包括：

28、一对吸附器，一对所述吸附器并联设置，一对所述吸附器的一对第一输入端分别与所述空气水分器的输出端管路连接，一对所述吸附器之间管路连接有阀门，一对所述吸附器的一对第一输出端分别与所述第一换热器的第一输入端管路连接；

29、加热器，所述加热器的输出端分别与一对所述吸附器的一对第二输入端管路连接，所述加热器的输入端与所述第一换热器的第二输出端管路连接；

30、以及废气出口，所述废气出口分别与一对所述吸附器的一对第二输出端管路连接。

31、进一步地，所述深冷制氮单元与所述制氧单元之间设置有混合气体压缩机，所述混合气体压缩机的输入端与所述第一换热器的第二输出端管路连接，所述混合气体压缩机的输出端管路连接有冷却器，所述冷却器的输出端分别与一对所述氮气吸附器的一对第一输入端管路连接。

32、进一步地，所述深冷制氮单元还包括：

33、储液罐，所述储液罐的输入端与所述氮气冷凝器的液相输出端管路连接。

34、进一步地，所述深冷制氮单元设置于冷箱内。

35、进一步地，所述精馏塔、所述储液罐以及所述氮气冷凝器之间管路连接有若干气压调节阀。

36、本发明的第二方面是提供一种深冷制氮设备尾气变压吸附制氧方法，采用上述的深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置，步骤包括：

37、s1、外界空气通过进气口流入，经过空气过滤器过滤杂质后流入空气压缩机进行压缩，压缩后的空气温度升高流入空气换热单元；

38、s2、高温空气流入空气换热器的内部，通过冷凝器将其热量置换，使得空气温度降低，然后流入空气水分器，将空气中的水分初步除去；

39、s3、除去水分后的空气流入一对吸附器的内部，通过分子筛吸附剂将空气中除氮气和氧气之外的废气和水分吸附除去，获得氮氧混合气体，然后流入深冷制氮单元；

40、s4、空气经过一对吸附器时，空气首先进入一个吸附器，另一个吸附器处于再生工况，当一个吸附器达到饱和状态时，通过控制单元控制一对吸附器之间的阀门开合，使得气体进入另一个吸附器的内部进行吸附，同时控制加热器向处于饱和状态的吸附器内通入温度较高的混合气体，使得其内部吸附的废气和水分蒸发析出，通过废气出口排出；

41、s5、氮氧混合气体进入第一换热器将其温度降低，然后低温气体流入精馏塔的内部对氮气进行精馏，经过精馏的气体流入氮气冷凝器，将精馏出的氮气进行冷凝，冷凝后的液氮流入储液罐进行储存；

42、s6、氮气冷凝器内剩余的氮氧混合气体流入第二换热器的内部，然后流入膨胀机的内部后再次流入第二换热器进行冷量置换，最后流入第一换热器的内部将其温度降低；

43、s7、经过降温后的氮氧混合气体流入混合气体压缩机进行压缩，压缩时气体的温度升高，然后流入冷却器将气体的温度再次降低；

44、s8、经过降温后的高压低温气体流入一对氮气吸附器，通过分子筛吸附剂将混合气体中的氮气吸附除去，剩余的氧气沿氧气出口流出；

45、s9、氮氧混合气体经过一对氮气吸附器时，首先进入一个氮气吸附器，另一个氮气吸附器处于再生工况，当一个氮气吸附器达到饱和状态时，通过控制单元控制一对氮气吸附器之间的阀门开合，使得气体进入另一个氮气吸附器的内部进行吸附，同时控制氮气加热器向处于饱和状态的氮气吸附器内通入温度较高的混合气体，使得其内部吸附的氮气蒸发析出，通过氮气出口排出。

46、进一步地，所述氮气冷凝器中排出的氮氧混合气体中的氧气含量为35％-48％。

47、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

48、本发明的深冷制氮设备尾气变压吸附制氧装置及方法，通过在氮气冷凝器废气排出口设置有制氧单元，可以将排出的氮氧混合废气回收再利用，提取生产其中的高纯度氧气，既提高了气体的利用率，又降低了生产氧气的电耗成本，经济效益可观；在制备氧气时还设置有多个氮气吸附器，可以在单个氮气吸附器吸附饱和时通过其他处于再生工况的氮气吸附器进行吸附，从而进行氧气的不间断生产，有效提高了制氧效率。