本发明涉及气体分离，具体是指一种利用无塔型vpsa制氧系统实现低能耗制氧的方法。
背景技术：
1、真空变压吸附制氧(vpsa)技术的核心在于吸附剂的选择、吸附塔的设计和变压吸附过程的控制。吸附剂通常具有强选择性吸附的特性，即不同的气体在吸附剂上的吸附量有差异，且一种特定的气体在吸附剂上的吸附量会随压力的变化而变化。在吸附过程中，当混合气体与吸附剂接触时，吸附能力强的杂质组分会被选择性地吸附在吸附剂上，而吸附能力弱的组分则富集在剩余气体中。通过控制压力的变化，可以实现对吸附和解吸过程的精确控制，从而实现气体的分离和提纯。相较于传统深冷制氧方法，vpsa技术具有操作简便、设备投资较少、环保性能好等优点，因此逐渐在钢铁、化工、冶金等工业领域得到广泛应用。
2、然而，传统的vpsa技术通常采用大型吸附塔作为分离设备，虽能够实现氧气的分离和提纯，但吸附塔型压力容器的设置也增加了设备整体的复杂性和维护成本，且制造成本较高、难以标准化。
3、因此，研发一种低成本、低能耗、可靠性高且具有冗余性的无塔型vpsa制氧技术，具有重要的实用价值和广阔的市场前景。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用无塔型vpsa制氧系统实现低能耗制氧的方法。
2、为解决技术问题，本发明的解决方案是：
3、提供一种利用无塔型vpsa制氧系统实现低能耗制氧的方法，该方法是基于下述无塔型vpsa制氧系统实现的；
4、该系统包括依次设于鼓风管路上的空气过滤器、鼓风机、冷却器和吸附撬装模块；所述吸附撬装模块包括两个以上并联布置且结构相同的吸附子模块，各吸附子模块的底部设进气管和排气管，进气管通过鼓风总管接至鼓风管路，排气管通过废气总管接至废气管路；各吸附子模块的顶部设有排氧管和再生管，排氧管通过出氧总管接至富氧管路，再生管通过再生总管接至富氧管路；所述各管路上分别设有阀门，且在废气总管的末端设有废气止逆阀、在再生总管的末端设有再生止逆阀；所述富氧管路依次连接氧气平衡罐和氧气储罐，在两罐的出入口分别设有阀门；所述废气管路依次连接真空泵和消音器；所述吸附子模块包括至少一支制氧吸附管，如有多支制氧吸附管则以并联方式组合连接；所述制氧吸附管是轴向型制氧吸附管或径向型制氧吸附管；
5、所述制氧的方法具体包括：
6、(1)以制氧系统设有三个吸附子模块为例，分别为第一吸附子模块、第二吸附子模块和第三吸附子模块，且通过并联方式用于切换使用；假设第一吸附子模块处于完成吸附后的待再生阶段，第二吸附子模块处于进气吸附产氧的运行阶段，第三吸附子模块处于解吸再生后的待投运阶段；
7、(2)使第一吸附子模块与处于相对较低压力的第三吸附子模块连通进行均压降，将第一吸附子模块中富集的氧气回收、转移到第三吸附子模块中，同时提升第三吸附子模块的压力；
8、(3)利用真空泵抽出第一吸附子模块中的剩余气体，并通过排气管、废气管路排出废气；在第一吸附子模块进行抽真空解吸的同时，第二吸附子模块的吸附产氧阶段接近完成，并准备进入解吸再生过程；
9、(4)停止第二吸附子模块的吸附产氧运行，将其与已升压并回收了部分氧气的第三吸附子模块进行第二次均压降操作，进一步回收、转移第二吸附子模块中的富氧气，并继续提升第三吸附子模块的压力；在第三吸附子模块分别接收来自第一吸附子模块和第二吸附子模块的富氧气之后，将其切换为进气吸附产氧的运行阶段；
10、此时，第三吸附子模块处于进气吸附产氧的运行阶段，第二吸附子模块处于完成吸附后的待再生阶段，第一吸附子模块处于解吸再生后的待投运阶段；
11、(5)利用自控设备控制各阀门，按设定程序重复循环执行步骤(1)至(4)的操作内容；在各吸附子模块切换运行的过程中，根据预设的控制阈值和各传感器获得的管路中即时压力值、温度值以确认切换运行的时间节点；
12、(6)对于只有两个吸附子模块的制氧系统，在一个子模块处于吸附产氧运行状态的同时，另一个子模块进行解吸再生处理，两者互为备份、循环切换；在切换运行时，先将两个吸附子模块连通进行均压降，再分别执行投运和再生的操作；
13、对于超过三个吸附子模块的制氧系统，则参照步骤(1)至(4)的内容执行操作，且有更多子模块处于轮候待投运阶段。
14、作为本发明的优选方案，所述吸附子模块中单支制氧吸附管规格为：轴向总长度700mm，端部内直径200mm，内部几何容积小于0.025m3。
15、作为本发明的优选方案，所述各管路上的阀门是指液动阀、气动阀或电磁阀中的任意一种电控调节阀，各电控调节阀的执行器分别通过线缆连接自控设备；所述各管路上均设有压力传感器和温度传感器，分别通过信号线连接至自控设备；自控设备是ddc(direct digital control，直接数字控制)控制器或plc(programmable logiccontroller，可编程逻辑控制器)控制器。
16、作为本发明的优选方案，所述径向型制氧吸附管的管体两端分别以焊接方式固定连接管体进口段和管体出口段，三者共同组成具有内部空腔的吸附管主体；
17、在管体进口段和管体出口段的端面上，分别设有中心通孔；与两者的端面相对地分别设有进口端盖和出口端盖，且以螺栓连接方式实现固定；在进口端盖和出口端盖的中央均设有通气孔；
18、在管体进口段端面的内侧固定设置内夹片和外夹片，两者相间形成封闭的干燥腔用于装填干燥剂；在管体进口段的端面上设有两个连通干燥腔的通孔，通孔中设有塞子；
19、在管体出口段端面的内侧同心嵌套安装外筒和内筒，外筒与管体之间形成输气腔，外筒与内筒之间形成吸附仓，内筒的内腔作为富氧腔室且与管体出口段端面的中心通孔及出口端盖的通气孔连通；外筒和内筒的非安装端靠近管体进口段且以分流块封堵，使吸附仓成为封闭结构用于装填吸附剂；在管体出口段端面上设有两个连通吸附仓的通孔，通孔中设有塞子；
20、所述内夹片和外夹片、外筒和内筒，均由刚性透气材料制成。
21、作为本发明的优选方案，所述管体进口段与管体出口段的内径尺寸相同，且均大于管体的内径尺寸；所述进口端盖和出口端盖的结构和尺寸均相同；所述分流块呈上大下小的锥形结构，且其上端面的直径与外筒的外径尺寸相同。
22、作为本发明的优选方案，所述内筒的出口段与管体出口段端面中心通孔的内壁面紧密贴合实现固定安装，且内筒出口段突出于该端面的外侧表面，在内筒突出部分的外沿设有环形的胶体封圈。
23、作为本发明的优选方案，所述进口端盖和出口端盖的通气孔的内壁面均设有螺纹；在进口端盖和出口端盖的内侧均设有环绕中央通气孔的内沉孔，两者分别以其内沉孔对应管体进口段和管体出口段端面上的中心通孔进行安装。
24、作为本发明的优选方案，所述管体进口段和管体出口段的端面上设有相同数量下沉的螺孔，在进口端盖和出口端盖上对应地设有相同数量的接孔，多根螺栓分别穿过接孔并安装在螺孔中，将进口端盖和出口端盖分别固定于管体进口段与管体出口段的端面上。
25、作为本发明的优选方案，所述进口端盖和出口端盖的内端面设有同心布置的外沉孔和环向凹槽，在环向凹槽内设有密封圈；外沉孔的安装位置对应着管体进口段和管体出口段端面上的塞子，且外沉孔的宽度略大于塞子直径，使安装后塞子的突出部分能够落入外沉孔中。
26、作为本发明的优选方案，所述进口端盖和出口端盖具有“几”字形的横向截面，安装后的螺栓的头部不高于进口端盖和出口端盖的最外侧表面。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28、1、该方法可依托内置于自控设备中的控制策略实现吸附子模块运行状态的灵活切换；能够显著提升系统调控的高精度与快速响应性，进一步提高了冗余性与可靠性；
29、2、本发明通过创新性的设计和优化，摒弃了传统的大型吸附塔结构，从而简化了设备组成，显著降低了设备的复杂性和维护成本。
30、3、本发明中的吸附撬装模块，通过标准化设计、工厂化组装、规模化定制，实现了个性化生产的高效性，同时提供了更宽泛的流量调节范围。此外，多支制氧吸附管的并联能够充分稳定制氧过程中的压力波动，显著提升了vpsa制氧流程的可靠性、稳定性和高效性。这些制氧吸附管组合而成的标准吸附子模块采用了无压力容器式设计，进一步增强了制氧系统的安全性。
31、4、多组吸附撬装模块采取并联制氧时，鼓风机与真空泵可以只配置一套、也可以一用一备，系统中无需额外增设设备，从而简化了制氧流程，显著降低了vpsa制氧工艺中的能耗；
32、5、本发明通过鼓风机后增加冷却器(可采用公知的换热器，可以风冷模式，也可以水冷模式)，提高真空变压吸附气体在分离过程中吸附剂对气体组分的吸附能力与效率、有效预防因鼓风温度过高所引发的风险。
1.一种利用无塔型vpsa制氧系统实现低能耗制氧的方法，其特征在于，该方法是基于下述无塔型vpsa制氧系统实现的；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附子模块中单支制氧吸附管规格为：轴向总长度700mm，端部内直径200mm，内部几何容积小于0.025m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各管路上的阀门是指液动阀、气动阀或电磁阀中的任意一种电控调节阀，各电控调节阀的执行器分别通过线缆连接自控设备；所述各管路上均设有压力传感器和温度传感器，分别通过信号线连接至自控设备；自控设备是ddc控制器或plc控制器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述径向型制氧吸附管的管体两端分别以焊接方式固定连接管体进口段和管体出口段，三者共同组成具有内部空腔的吸附管主体；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述管体进口段与管体出口段的内径尺寸相同，且均大于管体的内径尺寸；所述进口端盖和出口端盖的结构和尺寸均相同；所述分流块呈上大下小的锥形结构，且其上端面的直径与外筒的外径尺寸相同。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述内筒的出口段与管体出口段端面中心通孔的内壁面紧密贴合实现固定安装，且内筒出口段突出于该端面的外侧表面，在内筒突出部分的外沿设有环形的胶体封圈。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进口端盖和出口端盖的通气孔的内壁面均设有螺纹；在进口端盖和出口端盖的内侧均设有环绕中央通气孔的内沉孔，两者分别以其内沉孔对应管体进口段和管体出口段端面上的中心通孔进行安装。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述管体进口段和管体出口段的端面上设有相同数量下沉的螺孔，在进口端盖和出口端盖上对应地设有相同数量的接孔，多根螺栓分别穿过接孔并安装在螺孔中，将进口端盖和出口端盖分别固定于管体进口段与管体出口段的端面上。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进口端盖和出口端盖的内端面设有同心布置的外沉孔和环向凹槽，在环向凹槽内设有密封圈；外沉孔的安装位置对应着管体进口段和管体出口段端面上的塞子，且外沉孔的宽度略大于塞子直径，使安装后塞子的突出部分能够落入外沉孔中。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进口端盖和出口端盖具有“几”字形的横向截面，安装后的螺栓的头部不高于进口端盖和出口端盖的最外侧表面。
