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紧凑结构吸附塔小型变压吸附制氧装置
                    技术领域

    本发明涉及气体分离与净化及制氧技术中一种小型变压吸附空分制氧装置。

                   背景技术

    变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是使气体在较高压力下吸附，而在较低压力下脱附，因各组份气体在吸附剂上的平衡吸附量不同，或因组分的吸附动力学差异实现气体分离的循环操作过程。实际应用的PSA工艺一般采用两个以上的吸附塔。变压吸附装置的小型化对于某些特殊需要是至关重要的。若以富氧代替空气，可使PEMFC(质子交换膜燃料电池)车辆的功率显著提高。对于普通的柴油机车辆，富氧亦可显著提高燃料的燃烧效率，降低排放污染。这就需要适于在车辆上配置小型空分制氧装置。小型空分制氧装置对于某些军事应用显得尤其重要。现有的专利技术通过缩短一个操作周期的时间，使得吸附塔的尺寸和整个变压吸附装置的规模大大降低。但是，各级吸附塔仍是独立并彼此分开的，使整个变压吸附装置的紧凑性受到制约。

    变压吸附工艺存在的另一问题，是在操作达到稳态后，由于吸脱附热效应，造成沿吸附塔轴线方向的温度分布不均匀，即在从塔的入口到出口的不同塔截面上地温度不一致，导致吸附床的容量(产率)下降。为解决这一问题，曾经采用不同的对吸附床层加热或冷却措施，导致操作成本的提高。

                            发明内容

    针对变压吸附工艺中存在的上述问题以及小型化需求，本发明的目的在于提供一种以紧凑结构吸附塔为核心的小型空分制氧装置。该装置占据空间小、重量轻、能耗低，与燃料电池或柴油机汽车配合使用，可显著提高能量效率和发动机功率。

    本发明是通过下述方案加以实现的。由吸附塔、储气罐、消声器、压缩机和电磁阀组成的小型空分制氧装置，其特征在于吸附塔的片状结构和多塔片迭合的紧密装配方式。每个塔片内装填空气净化吸附剂和制氧吸附剂。塔片上下两侧各有一个气体进/出口。每个吸附塔可包含多个并联的塔片，并且各塔的塔片可交替穿插排布，塔片之间密封连接。

    上述的塔片正面形状为圆形、矩形或梯形。

    本发明的优点在于：1、使多级吸附塔达到最紧密的排布，占据的空间最小，从而使整个PSA系统(例如空分制氧机)所占据的空间最小。2、紧密排布的多级吸附塔实现了吸附热和脱附热的互补，若每塔为多片并联并交叉排布，则热利用效率更高、或热效应的不利影响更小。其结果是显著提高了吸附床的生产能力。3、制氧流程简单，可控制吹扫，氧的收率高。

                      附图说明

    附图1为紧凑结构吸附塔装配示意图。

    附图2为紧凑结构吸附塔小型变压吸附制氧装置示意图。

    图中1为压缩机，2为缓冲罐，3为吸附塔，4为富氧罐，5为消声器，6-19为电磁阀。

                     具体实施方式

    附图2给出一个空分制氧流程。该流程包括八个塔片，每两个塔片并联(参见附图1)组成四塔流程。塔片内装填包括空气净化用吸附剂和制氧专用吸附剂组成的复合吸附剂。其它组成部分包括一个小型空气压缩机，一个缓冲罐，一个富氧罐，一个消声器和14个电磁阀。空气从塔底依此进入各吸附塔，作为产品气的富氧(浓度＞90％)依次从各塔塔顶进入富氧罐。四塔中，每两塔一组，在塔顶均压。均压后，对于须降压的塔向大气逆向放空，然后用富氧气逆向吹扫。吹扫时间控制在富氧峰不移出吸附床；对于须升压的塔，由富氧气逆向增压至吸附压力。在一个操作周期内四个塔的时序分布如表1所示，该时序保证了阀门动作的谐时性。

    表1          吸附↓均压放空  吹扫等待↑均压充压  吹扫等待↑均压充压          吸附↓均压放空↑均压充压      吸附↓均压放空  吹扫等待↓均压放空  吹扫等待↑均压2充压      吸附