一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器.pdf

本发明提供一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器，包括多个提纯罐组，每个提纯罐组由两个或多个并联或串联的提纯罐组成，连接各提纯罐下端的第一连接体以及上端的第二连接体；所述多罐进气式变压吸附提纯器还包括产品气缓冲罐以及废气处理端；每个提纯罐组中的各提纯罐共用一个进气通道及一个进气阀，共用一个清洗通道及一个清洗阀，且共用一个废气排出通道及一个废气排出阀，共用一个提纯气导出通道，每个提纯罐组中的各提纯罐各有一个提纯气出口单向阀。本发明有效提高了变压吸附提纯器的提纯效率，既减少了原材料成本，也减少了人工维护和运输的成本。变压吸附提纯器提纯罐上连接体上电磁阀和压力传感器倒置于下侧，便于设备的封装与运输。

权利要求书
1.  一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：包括多个提纯罐组，每个提纯罐组由两个或多个并联或串联的提纯罐组成，连接各提纯罐下端的第一连接体以及上端的第二连接体；所述多罐进气式变压吸附提纯器还包括产品气缓冲罐以及废气处理端；每个提纯罐组中的各提纯罐共用一个进气通道及一个进气阀，共用一个清洗通道及一个清洗阀，且共用一个废气排出通道及一个废气排出阀，共用一个提纯气导出通道，每个提纯罐组中的各提纯罐各有一个提纯气出口单向阀。

2.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述多罐进气式变压吸附提纯器包含至少两个并联的、同时进气且同时排气的提纯罐组，或包含至少两个串联的提纯罐组，所述提纯罐组中的每个提纯罐内各含至少一个吸附剂层、一个原料气入口、一个废气出口、一个产品气出口及一个清洗气入口。

3.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述第一连接体包括各提纯罐的下安装孔位；
包括待提纯气体入口及与其相连接的待提纯总气体进气通道，所述待提纯总气体进气通道与各提纯罐组的进气通道相连接，所述各提纯罐组的进气通道上都设置有进气阀安装孔位；
所述各提纯罐组的进气通道与该组内各提纯罐的下安装孔位相连接，用于提供原料气；
包括提纯器废气排出口和与其相连接的废气总排出通道，所述废气总排出通道与各提纯罐组的废气排出通道相连接，所述各提纯罐组的废气排出通道上都设置有废气排出阀的安装孔位；
所述各提纯罐组的废气排出通道与该组内各提纯罐的下安装孔位相连接，用于排出废气。

4.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征 在于：所述第二连接体包括各提纯罐的上安装孔位和与其相连接的单向阀安装孔位；
包括提纯气总通道和与其相连接的各提纯罐组的提纯气通道，所述各提纯罐组的提纯气通道与该组的各提纯罐的单向阀安装孔位相连接，用于排出产品气；
包括清洗气总通道和与其相连接的各提纯罐组的清洗气通道，所述各提纯罐组的清洗气通道上都设置有清洗阀安装孔位；
所述清洗气总通道设置有清洗流量节流阀安装孔位；
所述各提纯罐组的清洗气通道与该组内各提纯罐的上安装孔位相连接，用于提供清洗气。

5.  根据权利要求4所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述提纯气总通道的出口端设置有背压阀，由背压阀连接口连接安装，所述背压阀的后端为产品气缓冲罐或直接连接客户端。

6.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述第二连接体设置有电磁阀，所述电磁阀倒置于第二连接体上，或正立于第二连接体上。

7.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述提纯罐内自上而下的结构依次为：第二连接体、上隔离装置、吸附剂层、下隔离装置、紊流水分隔离层(如多孔塑料小球)及第一连接体。

8.  根据权利要求7所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述吸附剂层为一层或多层，所用吸附剂层上的吸附剂为活性炭、三氧化二铝及分子筛中的其中一种或多种组合。

9.  根据权利要求1所述的高效的多罐进气式变压吸附提纯器，其特征在于：所述产品气缓冲罐能够与提纯罐集成一体，或独立存在，其设置有产品气入口、产品气出口。

说明书一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器
技术领域
本发明涉及一种利用变压吸附原理的气体提纯装置，尤其是涉及一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器。
背景技术
变压吸附提纯气体技术是利用吸附剂在高压下吸附杂质组分，在低压下解吸杂质组分，从而将气体提纯出来的一种技术。
自专利US3430418中公开PSA系统的实例后，专利US3564816、US3986849先后在前者的基础上进行了优化研究，之后又有更多的单位对PSA提纯过程、均衡步骤、使用阀门控制等方面进行研究和改进，但依然存在结构和PSA循环上的复杂性，且提纯器都偏重于大型化。针对以上问题进行研究，设计了小型轻便的变压吸附提纯器，在发明专利201410302126.4和201410543516中进行了详述。
在申请号201410302126.4和201410543516的基础上，本单位对变压吸附提纯器进行进一步研究，本发明不同于以上专利中所述提纯罐，通过采用多罐进气、分散气流的技术方式，从而缩短PSA提纯过程的进气时间，进一步提高PSA(变压吸附)提纯效率。
发明内容
本发明提供了一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器，该变压吸附提纯器采用多罐并联(或串联)、同时进气的方式，所用阀门没有增加，且设计了提纯罐上连接体(第二连接体)上阀门、传感器等部件倒置的方式。其技术方案如下所述：
一种高效的多罐进气式变压吸附提纯器，包括多个提纯罐组，每个提纯罐组由两个或多个并联或串联的提纯罐组成，连接各提纯罐下端的第一连接体以及上端的第二连接体；所述多罐进气式变压吸附提纯器还包括产品气缓冲罐以及废气处理端；每个提纯罐组中的各提纯罐共用一个进气通道及一个进气阀，共用一个清洗通道及一个清洗阀，且共用一个废气排出通道及一个废气排出阀，共用一个提纯气导出通道，每个提纯罐组中的各提纯罐各有一个提纯气出口单向阀。
所述多罐进气式变压吸附提纯器包含至少两个并联的、同时进气且同时排气的提纯罐组，或包含至少两个串联的提纯罐组，所述提纯罐组中的每个提纯罐内各含至少一个吸附剂层、一个原料气入口、一个废气出口、一个产品气出口及一个清洗气入口。
所述第一连接体包括各提纯罐的下安装孔位；
包括待提纯气体入口及与其相连接的待提纯总气体进气通道，所述待提纯总气体进气通道与各提纯罐组的进气通道相连接，所述各提纯罐组的进气通道上都设置有进气阀安装孔位；
所述各提纯罐组的进气通道与该组内各提纯罐的下安装孔位相连接，用于提供原料气；
包括提纯器废气排出口和与其相连接的废气总排出通道，所述废气总排出通道与各提纯罐组的废气排出通道相连接，所述各提纯罐组的废气排出通道上都设置有废气排出阀的安装孔位；
所述各提纯罐组的废气排出通道与该组内各提纯罐的下安装孔位相连接，用于排出废气。
所述第二连接体包括各提纯罐的上安装孔位和与其相连接的单向阀安装孔位，上安装孔位和单向阀安装孔位均在第二连接体上；
包括提纯气总通道和与其相连接的各提纯罐组的提纯气通道，所述各提纯罐组的提纯气通道与该组的各提纯罐的单向阀安装孔位相连接，用于排出产品气；
包括清洗气总通道和与其相连接的各提纯罐组的清洗气通道，所述各提纯罐组的清洗气通道上都设置有清洗阀安装孔位；
所述清洗气总通道设置有清洗流量节流阀安装孔位；
所述各提纯罐组的清洗气通道与该组内各提纯罐的上安装孔位相连接，用于提供清洗气。
所述提纯气总通道的出口端设置有背压阀，由背压阀连接口连接安装，所述背压阀的后端为产品气缓冲罐或直接连接客户端。
所述第二连接体设置有电磁阀，所述电磁阀包括清洗电磁阀和节流阀，清洗阀作用是：提纯器工作过程中，每组提纯罐充压和清洗时，开启相应清洗阀；节流阀是用来控制用于提纯罐充压和清洗的纯净气体的流量。
所述电磁阀倒置于第二连接体上，或正立于第二连接体上。
所述提纯罐内自上而下的结构依次为：第二连接体、上隔离装置、吸附剂层、下隔离装置、紊流水分隔离层(如多孔塑料小球)第一连接体。
所述吸附剂层为一层或多层，所用吸附剂层上的吸附剂为活性炭、三氧化二铝及分子筛中的其中一种或多种组合。
所述产品气缓冲罐能够与提纯罐集成一体，如发明专利201410302126.4中所述方式，或独立存在，其设置有产品气入口、产品气出口。
本发明有效提高了变压吸附提纯器的提纯效率，同样采用单一13X分子筛的情况下，双罐同时进气与单罐进气式相比，提纯效率由66％提高至80％，变压吸附提纯器寿命也大幅提高。同时，有效缩小了单位产氢量的设备体积，生产1立方米的氢气由原来的26L设备体积，缩小至11L设备体积。体积的缩小既减少了原材料成本，也减少了人工维护和运输的成本。变压吸附提纯器提纯罐上连接体上电磁阀和压力传感器倒置于下侧，便于设备的封装与运输。
附图说明
图1是实施例中所述第一连接体的结构平面简图；
图2是实施例中所述第二连接体的结构平面简图；
图3是实施例中清洗阀正立于第二连接体上的示意图；
图4是实施例中清洗阀倒置于第二连接体上的示意图；
图5是实施例中提纯罐内部结构示意图。
具体实施方式
本发明所述具有多罐同时进气和同时排气的变压吸附气体提纯器，包括同时进气和同时排气的多提纯罐组、分别连接提纯罐下端和上端的第一连接体和第二连接体、产品气缓冲罐以及废气处理端。
所述变压吸附提纯器包含至少2个并联的、同时进气且同时排气的提纯罐组，或至少2个串联的提纯罐组，每个提纯罐组内的各提纯罐内各含至少一个吸附剂层、一个原料气入口、一个废气出口、一个产品气出口及一个清洗气入口。
所述产品气缓冲罐可以与提纯罐集成一体，也可以独立存在，该产品气缓冲罐具有产品气入口、产品气出口。
本实施例中，设计为两组并联的双纯化罐变压吸附提纯器、产品气缓冲罐独立式，提纯罐组一包含提纯罐一和提纯罐二，提纯罐组二包含提纯罐三和提纯罐四，上述变压吸附提纯器中的第一连接体1的结构简图如图1所示，所述第一连接体1与提纯罐的原料气入口、废气出口相连接，其包含：
提纯罐一的下安装孔位2，提纯罐二的下安装孔位202，
提纯罐二的下安装孔位3，提纯罐三的下安装孔位303；
待提纯气体入口10及待提纯气体进气通道11，提纯罐组一进气阀安装孔位9及提纯罐组一进气通道5，提纯罐组二进气阀安装孔位8及提纯罐组二进气通道4；
提纯器废气排出口15和废气排出通道14，提纯罐组一的废气排出通道7及纯化罐组一的废气排出阀的安装孔位13，纯化罐组二的废气排出通道6及纯化罐组二的废气排出阀的安装孔位12。
上述变压吸附提纯器中的第二连接体16结构简图如图2所示，提纯罐第二连接体16与提纯罐的产品气出口、清洗气入口相连接，其包含提纯罐一的上安装孔位17，提纯罐二的上安装孔位177，提纯罐三的上安装孔位18，提纯罐四的上安装孔位188；
提纯罐一的单向阀安装孔位19，提纯罐二的单向阀安装孔位199，提纯罐三的单向阀安装孔位20，提纯罐四的单向阀安装孔位200，提纯罐一和提纯罐二共用的提纯气通道29，提纯罐三和提纯罐四共用的提纯气通道30，及提纯罐组一和提纯罐组二共用的提纯气通道21。
提纯罐组一清洗阀安装孔位26及其清洗气通道24，提纯罐组二清洗阀安装孔位25及其清洗气通道23，提纯罐组一和提纯罐组二共用清洗气通道27。
背压阀的连接口22及清洗流量节流阀安装孔位28，其中背压阀连接口所连接的背压阀作用是，在稳定输出产品气体的同时，通过前置背压保证变压吸附提纯器及其前端工作压力稳定；清洗流量节流阀安装孔所安装节流阀是用来控制用于提纯罐清洗和充压时产品气的流量。
可见，在同一提纯罐组中，两个或多个并联或串联的提纯罐共有一个进气通道及一个进气阀，共有一个清洗通道及一个清洗阀，且共有一个废气排出通道及一个废气排出阀，共有一个提纯气导出通道，各有一个提纯气出口单向阀。
提纯气通道21的出口端有一个共用的背压阀，由背压阀连接口22连接安装，其后端为产品气体缓冲罐或直接连接客户端，如果产品气为氢气的话，则客户端如氢燃料电池。
该提纯器第二连接体16上电磁阀161安装时，可倒置于第二连接体16上，如图4所示，也可以正立于第二连接体16上，如图3所示。
所述提纯罐内自上而下结构应包含如图4所示：自第二连接体16往下依次是上隔离装置33、吸附剂层34、下隔离装置35、紊流水分隔离层(如多孔塑料小球)36及第一连接体1。
所述吸附剂层34可以是一层也可以是多层，其所用吸附剂可以是活性炭、三氧化二铝及分子筛中一种或多种。
为更好的说明本发明的效果，提供了一个对比例和与之相对应的三个实施例，采用单罐进气的方式的变压吸附提纯器，以三个提纯罐为例，第二连接体上电磁阀、压力传感器等部件采用图3所属方式，正立于第二连接体上侧。同样采用单层13X分子筛为吸附剂，设计变压吸附提纯器的总体积为114L，通入气体组分为氢气体积含量约75％的富氢气体，富氢气体通入量为150SLP，当保证提纯氢气纯度为99.999％时，纯氢产量72SLP，累计时长不少于2000小时，氢气提纯效率约66％。经计算，生产1立方米的纯氢，变压吸附提纯器的体积为26L。该对比例采用的变压吸附提纯器上封面上有凹凸不平的电磁阀、压力传感器等部件，则封装时需考虑突出部件的防护问题，且封装体积需增加上突起部分约5L，移动时至少需要同时二个人力。
实施例1：
该实施例为优选方案，该实施例采用上述发明的多罐并联同时进气方式的变压吸附提纯器，以双罐并联、三组纯化罐为例，且第二连接体上电磁阀、压力传感器等部件采用图3所属方式，倒置于第二连接体下侧。采用单层13X分子筛为吸附剂，设计变压吸附提纯器的总体积为50L，通入气体组分为氢气体积含量约75％的富氢气体，富氢气体通入量为150SLP，当保证提纯氢气纯度为99.999％时，纯氢产量84SLP，累计时长不少于4000小时，氢气提纯效率大于80％。经计算，生产1立方米的纯氢，变压吸附提纯器的体积为11L。该实施例采用的变压吸附提纯器上下封面都是规整的平面，封装时只需按照整体外形尺寸封装即可，不用考虑突出部件的防护问题，且体积较小，一人即可移动。
实施例2：
该实施例采用上述发明的多罐并联同时进气方式的变压吸附提纯器，以双罐并联、三组纯化罐为例，第二连接体上电磁阀、压力传感器等部件采用图3所属方式，正立于于第二连接体上侧。采用单层13X分子筛为吸附剂，设计变压吸附提纯器的总体积为50L，通入气体组分为氢气体积含量约75％的富氢气体，富氢气体通入量为150SLP，当保证提纯氢气纯度为99.999％时，纯氢产量84SLP，累计时长不少于4000小时，氢气提纯效率大于80％。经计算，生产1立方米的纯氢，变压吸附提纯器的体积为11L。该实施例中变压吸附提纯器上封面上有凹凸不平的电磁阀、压力传感器等部件，则封装时需考虑突出部件的防护问题，且封装体积需增加上突起部分约5L。
实施例3：
该实施例采用上述发明的多罐串联进气方式的变压吸附提纯器，以双罐串联、三组纯化罐为例，且第二连接体上电磁阀、压力传感器等部件采用图4所属方式，倒置于第二连接体下侧。采用单层13X分子筛为吸附剂，设计变压吸附提纯器的总体积为50L，通入气体组分为氢气体积含量约75％的富氢气体，富氢气体通入量为150SLP，当保证提纯氢气纯度为99.999％时，纯氢产量大于84LP，累计时长不少于2000小时。该实施例采用的变压吸附提纯器上下封面都是规整的平面，封装时只需按照整体外形尺寸封装即可，不用考虑突出部件的防护问题，且体积较小，一人即可移动。该方式适用于对氢气质量要求比较高、且设备体积较小的客户端。
通过三个实施例与对比例的比较可见，本发明有效提高了变压吸附提纯器的提纯效率，既减少了原材料成本，也减少了人工维护和运输的成本。变压吸附提纯器提纯罐上连接体上电磁阀和压力传感器倒置于下侧，便于设备的封装与运输。