一种变温吸附的氧氮联合分离的方法与装置

摘要

本发明属于混合气体分离技术领域，具体为一种变温吸附的氧氮联合分离的方法与装置。该装置包括至少两个装填吸附剂的吸附塔；加热与冷却吸附塔内吸附剂的加热与换热装置，向每个吸附塔提供原料气的管线；自每个吸附塔取出产品气的管线；吸附塔与吸附塔之间进行气体组分与能量回收交换的管线，用以将吸附饱和后吸附塔内的气体动能与热能到另外一个吸附塔；氧气和氮气产品气缓冲罐；氧气产品气连接至各个吸附塔的进料端的清洗管线；氮气产品至各个吸附塔出料端的清洗管线。本发明提出的分离方法，采用单一吸附分离过程即可同时获得两种高纯度产品氧气与氮气，满足航空呼吸用氧要求。装置系统可高度集成，体积、重量符合未来航空航天机载氧氮提取的发展方向及机载设备的要求。

主权项

一种变温吸附的氧氮联合分离的方法，其特征在于具体步骤为：原料空气经压缩再由预处理系统除去油、尘埃等固体杂质后达到允许要求后进入分离系统；（1）、空气根据吸附剂需要经过加热器或自热源经换热器将空气预热到一个较环境温度更高的操作温度，或直接进入装有特种吸附剂的吸附分离单元；（2）、吸附分离单元由一个或多个装有吸附剂的吸附塔、流体切换阀门与管线组成，空气进入吸附分离单元的某一个吸附塔后，空气中的氧气是强吸附组分被吸附剂优先吸附，氮气是弱吸附组分则穿过该吸附塔富集成为第一产品气被收集，视产品氮气的温度要求经换热器换热冷却后，输出为第一产品气；（3）、当该吸附塔内的吸附剂接近吸附饱和时，原料气停止进入该吸附塔，该吸附饱和的吸附塔与其它吸附塔进行一次或多次交换以回收必要的组分、能量后，原料气切换到另一只已再生好的吸附塔继续吸附产氮，而该已经吸附饱和的吸附塔则在交换后根据产品氧气纯度的要求选择性的使用已输出的产品气，即具有更高纯度的强吸附组分，由进气端吹扫已吸附饱和的床层置换掉床层内残存的弱吸附组分，然后通过加热器或自热源经换热器将该床层加热到一个较步骤（1)所说的另一更高的操作温度，吸附剂将释放强吸附组分，以抽真空、或以加热并抽真空将吸附剂床层内吸附的氧气取出作为第二产品气收集，并视产品氧气的温度要求经换热器换热冷却后输出，为第二产品气，与此同时，吸附剂因氧气解吸而获得再生；（4）、当该吸附床层升温释放氧气吸附剂因此解吸完毕后，通过对该吸附床层冷却措施将吸附塔温度降至如步骤（1)相同的操作温度，并选择性的进行带弱吸附组分的气体吹扫和充压，准备进入下一循环吸附产气过程；（5）、以循环的方式重复以上步骤；获取的氧气产品纯度超过97%，氮气产品纯度超过99.99%；所述的气体百分比均为体积百分比；所说强吸附组分与弱吸附组分，如采用氧吸附剂，则氧气即是强吸附组分，氮气则是弱吸附组分，弱吸附组分是相对强吸附组分而言；所说吸附塔，是指装填了至少一种吸附剂的容器，吸附剂对混合气体中较易吸附的组分有较强的吸附能力；所述吸附剂为一种改性稀土X型沸石，在≤100℃以下吸附氧气，并在≥300℃释放氧气；或者所述吸附剂为钙钛矿陶瓷氧化物混合体，在300～600℃以上开始吸附氧气，并在400～600℃以上开始释放氧气。