第32卷第5期 北京科技大学学报 Vol 32 Na 5 2010年5月 Journal of Un iversity of Sc ience and Technology Beijng May 2010 变压吸附制氧过程中不连续反吹对回收率的影响 刘应书曹永正刘文海 张德鑫曹红程 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要为了提高变压吸附制氧过程中氧气的回收率和体积分数，提出了一种在反吹步骤中采取适当中断次数和时间的不 连续反吹方法，并实验研究了该方法对氧气的回收率和体积分数的影响.结果表明：不连续反吹步骤可以显著提高变压吸附 制氧系统的回收率和产品气纯度：在本实验条件下，优化后反吹中断次数为2、反吹中断时间为0.3$时，与连续反吹相比，氧 气回收率最大提高了9.2%，产品气中氧气的体积分数最大提高了4.0%. 关键词气体分离：变压吸附：氧气回收率，氧气体积分数；不连续反吹 分类号1Q028.1 Effects of discon tnuous purge on the oxygen recovery n PSA oxygen concen tra- tion process LN Ying-shu.CAO Yong-zheng.LU W en-hai ZHANG De-xin.CAO Hong-cheng School ofMechanical Engineering,University of Science and Technobgy Beijing,Beijing 100083,China A BSTRACT A method of discontinuous purge with app topriate interrupt frequency and interrupt tme was proposed to obtain higher oxygen reoovery and concentraton The effects ofpurge steps on the oxygen recovery and concentration during pressure sing adsorption (PSA)oxygen concentration process were investigated expermentally The results showed that both ofoxygen recovery and product pu- rity in the processwith discontinuous purge are greater than those with continuous purge Under the expermental conditions,when the opti ized interrupt frequency is 2 and interrupt tme is0.3s,the oxygen recovery and concentration increase by 9.2%and 4.0%,re- pectively KEY WORDS gas separation,pressure swing adsoption;oxygen recovery,oxygen concentration,discontinuous purge 回收率和产品气纯度是变压吸附气体分离系统 时存在一定的阻力，使吸附塔中的压力高于环境压 两个非常重要的性能参数.为了获得较高的回收率力，从而使反吹气量增加，降低了回收率.因为反吹 和产品气纯度，采用平衡控制型吸附剂分离轻组分 所用的气体就是产品气，如果能减少反吹气量，回收 的气体分离系统，一般需要用产品气反吹吸附塔中 率则能得以提高.减少反吹气量的可能途径有：采 的重组分.反吹对回收率和产品气纯度均有很大的 取不完全反吹；增大解吸阀的流量系数K,值；采取 影响，前人对此进行了深入的研究并提出了工业设 真空变压吸附方法等，本文提出不连续反吹的思 计的一些原则-).Shin和Knaebel1、Chiang的 路，并在常压解吸的变压吸附空分制氧系统上进行 理论研究表明，反吹过程中，吸附塔中的压力越低， 实验，研究不连续反吹对氧气回收率和产品气纯度 所需要的反吹气量越小，分离系统的分离效果越好. 的影响 山本守彦等在中国台湾专利TW27645BB中也指 1不连续反吹过程 出，反吹过程中吸附塔中压力维持在放压脱附后的 压力，制氧设备的回收率更高.对于常压解吸的分 1.1连续反吹过程 离系统，反吹过程中吸附塔中的压力等于环境压力 对于两塔变压吸附空气分离制氧系统，每个吸 最为理想.但是，由于气体流过分子筛、管道及阀门 附塔一般经历产品气升压（均压升）、原料气升压、 收稿日期：2009-08-18 作者简介：刘应书(1960一），男，教授，博士生导师，Emai让ysliu@usth edu cn第 32卷 第 5期 2010年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journa l of Un iversity of Sc ience and Technology Be ijing Vol. 32 No. 5 M ay 2010 变压吸附制氧过程中不连续反吹对回收率的影响 刘应书 曹永正 刘文海 张德鑫 曹红程 北京科技大学机械工程学院 , 北京 100083 摘 要 为了提高变压吸附制氧过程中氧气的回收率和体积分数 ,提出了一种在反吹步骤中采取适当中断次数和时间的不 连续反吹方法 ,并实验研究了该方法对氧气的回收率和体积分数的影响. 结果表明 :不连续反吹步骤可以显著提高变压吸附 制氧系统的回收率和产品气纯度 ;在本实验条件下 ,优化后反吹中断次数为 2、反吹中断时间为 013 s时 ,与连续反吹相比 ,氧 气回收率最大提高了 912% ,产品气中氧气的体积分数最大提高了 410%. 关键词 气体分离 ; 变压吸附 ; 氧气回收率 ; 氧气体积分数 ; 不连续反吹 分类号 TQ 02811 Effects of discontinuous purge on the oxygen recovery in PSA oxygen concentra2 tion process L IU Ying2shu, CAO Yong2zheng, L IU W en2hai, ZHANG De2xin, CAO Hong2cheng School ofMechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT A method of discontinuous purge with app rop riate interrup t frequency and interrup t time was p roposed to obtain higher oxygen recovery and concentration. The effects of purge step s on the oxygen recovery and concentration during p ressure swing adsorp tion ( PSA) oxygen concentration p rocesswere investigated experimentally. The results showed that both of oxygen recovery and p roduct pu2 rity in the p rocess with discontinuous purge are greater than those with continuous purge. Under the experimental conditions, when the op timized interrup t frequency is 2 and interrup t time is 013 s, the oxygen recovery and concentration increase by 912% and 410% , re2 spectively. KEY WO RD S gas separation; p ressure swing adsorp tion; oxygen recovery; oxygen concentration; discontinuous purge 收稿日期 : 200922082218 作者简介 : 刘应书 (1960—) ,男 ,教授 ,博士生导师 , E2mail: ysliu@ustb. edu. cn 回收率和产品气纯度是变压吸附气体分离系统 两个非常重要的性能参数. 为了获得较高的回收率 和产品气纯度 ,采用平衡控制型吸附剂分离轻组分 的气体分离系统 ,一般需要用产品气反吹吸附塔中 的重组分. 反吹对回收率和产品气纯度均有很大的 影响 ,前人对此进行了深入的研究并提出了工业设 计的一些原则 [ 1228 ] . Shin和 Knaebel [ 3 ]、Chiang [ 6 ]的 理论研究表明 ,反吹过程中 ,吸附塔中的压力越低 , 所需要的反吹气量越小 ,分离系统的分离效果越好. 山本守彦等在中国台湾专利 TW276459BB 中也指 出 ,反吹过程中吸附塔中压力维持在放压脱附后的 压力 ,制氧设备的回收率更高. 对于常压解吸的分 离系统 ,反吹过程中吸附塔中的压力等于环境压力 最为理想. 但是 ,由于气体流过分子筛、管道及阀门 时存在一定的阻力 ,使吸附塔中的压力高于环境压 力 ,从而使反吹气量增加 ,降低了回收率. 因为反吹 所用的气体就是产品气 ,如果能减少反吹气量 ,回收 率则能得以提高. 减少反吹气量的可能途径有 :采 取不完全反吹 ;增大解吸阀的流量系数 Kv 值 ;采取 真空变压吸附方法等. 本文提出不连续反吹的思 路 ,并在常压解吸的变压吸附空分制氧系统上进行 实验 ,研究不连续反吹对氧气回收率和产品气纯度 的影响. 1 不连续反吹过程 111 连续反吹过程 对于两塔变压吸附空气分离制氧系统 ,每个吸 附塔一般经历产品气升压 (均压升 )、原料气升压