CN1309455C

CN1309455C - 气体浓缩方法及其装置

Info

Publication number: CN1309455C
Application number: CNB2004800000114A
Authority: CN
Inventors: 李准培; 赵成文; 李敦熙
Original assignee: LG Electronics Inc; JEJ Co Ltd Korea
Current assignee: Sunbio2 KK
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: KR20040074421A; CN1697681A; KR100476161B1

Abstract

本发明涉及一种通过向吸附剂上附加压力差生产浓缩气体的方法及其装置，尤其是一种不注重于产物气体的浓度而主要考虑生产量，在各步连续生产而得到大量的浓缩气体的方法及其装置。本发明涉及将真空变压吸附(VSA)方法与变压吸附(PSA)方法结合，特别是在减压阶段也继续生产所需产品而提高产品的回收率和生产力的快速变压吸附(RPSA)方法及其装置。本发明的装置用于小型机器上比工业应用更有优势，尤其适用于小型氧气浓缩机，它可以用于家电产品、空调机和***，以及医疗产品。

Description

气体浓缩方法及其装置

发明的背景

1.技术领域

本发明涉及一种生产增加特定气体浓度的浓缩气体的方法及其装置，该方法包括通过向对特定气体具有选择性吸附能力的吸附剂上附加压力差从原料气体混合物分离特定气体。

2.背景技术

使用吸附剂增加特定气体浓度的浓缩方法一般分为在气体分离膜上附加压力后利用气体经过速度之差的方法和利用沸石分子筛(ZMS)或碳分子筛(CMS)的PSA(变压吸附法)方法，在变压吸附法中对装有分子筛材料的容器施加压力差后，特定成分的气体被吸附剂吸附同时相对吸附性弱的成分被分离。变压吸附法被Skarstrom介绍后已经广泛应用于各种领域。

PSA方式通常在常压(大气压)或常压以上吸附气体，在大气压进行解吸及再生。从1950年代以来，逐渐发展起来的PSA方法广泛用于氧气和氮气的工业化生产，最近也用于小型项目如***、空调器和医疗用具，以及空气干燥、氧气浓缩和氢气提纯。用PSA法得到的氧气广泛用于连续消耗氧气的工业，具体地说如电炉制钢工艺、将空气通入废水的废水处理、纸浆漂白、臭氧发生器等。最近，富含氧气的气体取代空气用于低氮化(NOx)和高效目的的燃烧中和生化领域如发酵中。尤其是，氧气浓缩器已经用于对办公室和家庭进行空气调节的家电产品上。图1显示了使用两个吸附床的PSA标准四步工艺的典型Skarstrom循环。其中Pl和Ph分别表示运行压力的相对低压值和高压值。该工艺包括必不可少的进料加压步，减压步和洗涤步。在进料加压步进行吸附而减压步和清洗步进行解吸。典型的O₂-PSA工艺记载在US3,430,418；4,589,888；4,650.501以及4,981,499中。在标准工艺基础上，可以增加均压步形成多步工艺。这样的多步工艺可能存在着一些排出压力的波动，因此需增加吸附床的数量以减少波动的偏差。多床***虽然效率高，但是实现小型化时有局限。PSA装置虽然有利于医用高浓度***但是不利于以生产量为目的而不是以浓度为目的家用电器。还有，它存在初期制作费用相对高的缺点。

例如，图7所示的传统方式(JP-A-No.08-239204)，不仅进料口需要多个阀门(14，12a，17a，12b，17b)，而且产品出口也需要多个阀门(110a，110b)。此外，连接吸附床A和B的均压线112需要设置转换阀门113，还有均压线112设置了具有锁定装置114的迂回均压路线115，这使结构复杂化。

PSA工艺根据操作压力细分为在大气压或大气压以上的原始PSA型，在大气压或大气压以上和真空压力之间操作的VPSA型和在大气压或大气压以下操作的VSA型，VSA型和VPSA型可以交叉使用，或统称为PSA。V(P)SA型的例子记载在US5,122,164；5,223,004以及5,246,676中。

PSA的代表性评价因素是浓度、回收率以及生产率，在传统方法中工艺设计和***设计所考虑的主要是浓度、回收率、厂房的初期投资和运营成本，因为它们针对的是工业应用。1970年代开发的RPSA(快速PSA)是针对产物气体的产量开发的工艺，该工艺利用充满精细颗粒的吸附床产生的压降生产大几倍的富氧气体，不像大部分PSA，吸附床内部的压降几乎没有或被忽视。即，和普通的PSA工艺不同，由于在减压步连续生产所需要的气体，所以可提高所要求的气体的回收率并提高吸附剂的生产力。图2示出了RPSA的标准三步工艺，包括加压步，延迟步和洗涤减压步，作为中间步的延迟步根据需要可省略。如图2所示，在独立的各步生产连续进行，而且加压步和减压步在几秒钟短的时间内发生。RPSA的典型例子记载在US4,406,675；US5,827,358；US6,068,680以及US6,565,627中。这些方法虽然适用于飞行时的紧急供氧装置和一些工业上，但不适用于商业化小型家用装置上。

对置入家用空气清洁器或空调器的小生产能力氧气浓缩机，由于目标空间的最终氧气浓度是人体感觉舒适的21～23％左右，所以实际上工业用的高浓度是毫无意义的。对于***，众所周知50％或更高浓度的氧气足以增加所溶解的氧气。因此，采用能达到高生产率的RPSA方法的装置不很适合于小型机器。

操作压力至少为常压的PSA用于小型装置时显示良好的效率，但是用于一般常用的压力2个大气压至5个大气压时，泵的噪音和发热问题，还有耐久性问题就可能出现。所以，它不能用于室内使用的家用电器上。最近，有一些提高回收率同时最大限度地降低吸附/解吸压力的方法被推荐，如美国专利US5074,892；US6,010,55以及US6,506,234。但是由于需要使用高性能的吸附剂和吸附剂难于再生使这些方法受到限制。还有，这些方法不注重于小型机器和生产率，只适用于医用而并不适用于小型家电机器上。为了适用于小型家用装置，以低能耗产生最大生产率的工艺是必需的。

在大气压和真空压之间运行的VPSA比PSA能保障更安静的运行，但是如上所述，传统工方法由于使用复杂的多步控制和阀门装置以及缓冲罐而不能降低制造成本。

只在大气压或大气压以下操作的绝对VSA，借助于主真空泵执行吸附和解吸，使用吹风机输入浓缩气体。这样，由于施加于吸附剂的压差小，这种方法用于涉及真空泵的噪音以及发热问题时具有相当大的优势，但是一个机器的构成至少需要两个泵，这使得该方法不经济。此外，应用于小型机器上时由于生产率低而必须使用高性能吸附剂。还有，当3个或3个以上的吸附床设置在机器上时，阀门控制变得复杂而不适合于小型空调器。

3.发明概要

为了解决该问题，本发明的目的在于提供一种简单连续的生产工艺以提高生产率并简化设备。即，该工艺可以用于小型气体浓缩装置同时产生大量的浓缩气体。

本发明的目的还在于提供一种使用VPSA或VSA具有高生产率的简单工艺，VPSA或VSA与在大气压或在大气压以上操作的PSA相比，在低噪音、低发热和耐久性方面相对有利。

本发明的目的在于提供一种注重回收率和生产率而不注重生产高浓度的浓缩气体的工艺，尤其是提供一种使用只在大气压或以下操作的VSA的气体浓缩器，该气体浓缩器使用高性能吸附剂而具有低噪音和小型化。

本发明的目的在于提供一种使用两个吸附床进行连续生产，生产流量变化少，并能控制浓缩气体浓度的气体浓缩机。

为了实现如上所述的本发明的目的，根据本发明的实例，提供一种通过向对特定气体具有选择性吸附性质的吸附剂上附加压力差后分离该特定气体的气体浓缩方法，包括：

第一步：通过第一吸附床的进料口通入原料气体混合物，该第一吸附床内的压力比原料气体混合物的压力低，在该第一吸附床内，吸附剂吸附吸附性强的组分，同时通过降低第二吸附床的内部压力从该第二吸附床上解吸所吸附的成分，在该第一吸附床的产品出口排出吸附性相对差的成分，生产浓缩气体，该浓缩气体的一部分通过连接该各吸附床的产品出口的微细管输入到该第二吸附床产品出口；

第二步：从进料口降低该第一吸附床内的压力，解吸所吸附的成分，通过从该第二吸附床的进料口输入原料气体混合物从进料口增加第二吸附床内的压力，吸附吸附性强的成分，该过程中第一和第二吸附床的各个产品出口和进料口之间存在压力梯度，即第一吸附床的产品出口的压力比第二吸附床的产品出口的压力高，所以一部分产物气体从第一吸附床的产品出口输入到第二吸附床的产品出口，连续生产产物气体，此步中有一瞬间第一吸附床和第二吸附床的产品出口同时生产浓缩气体；

第三步：在第二步中第一吸附床的产品出口和第二吸附床产品出口之间的压力梯度逆转，以至于与第一步相反，第一吸附床发生解吸过程而第二吸附床发生吸附过程，从第二吸附床的产品出口排出浓缩气体，同时从第二吸附床的产品出口将部分所生产的浓缩气体输入到第一吸附床的产品出口；和

第四步：和第二步相反，根据各吸附床内的压力梯度，一部分产物气体从第二吸附床的产品出口输入到第一吸附床的产品出口，通过从进料口输入原料气体混合物，从进料口增加第一吸附床内的压力而进行吸附过程，从进料口降低第二吸附床内的压力而发生解吸过程，此过程中也连续生产产物气体，此步中有一瞬间第一吸附床和第二吸附床的产品出口同时生产浓缩气体。

根据本发明，在氧气浓缩机的情况下，混合气体为空气，吸附性强的成分为氮气而吸附性弱的成分为氧气。还有，优选地，该吸附压力对VPSA为1至2气压，对VSA为大气压，解吸压力为由真空泵装置测量的表观真空压200mmHg或200mmHg以上(表观真空压是0大气压以下的压力值)。

另一方面，本发明提供了一种浓缩气体的装置，包括：

从原料气体混合物中过滤杂质的过滤器；

至少两个包含吸附剂的吸附床；

在吸附床内附加真空压力的真空泵装置；

交替转换施加真空泵装置的真空压和施加混合气体压力的路径的阀门装置；

连接各吸附床产品出口的微细管；

使经过产品出口的产物气体按一个方向流动的止回阀；

吸入经过该止回阀的产物气体后将该气体喷射到目标空间的气体排出器。

优选地，在该止回阀和气体排出器之间提供一个控制器，以便控制在吸附床的产品出口生产的产物气体的浓度和流量。这是因为根据本发明的设备并不限于在高浓度的场合应用，而且可用于各种场合，从空调器和25～35％的呼吸机或更高如氧气浓缩机，到50％或更高的***，无需对吸附床进行大的改变。

此外，优选地，在该气体排出器和过滤器之间设置一个混合气体控制装置，控制混合气体与产物气体的混合量，控制与止回阀和气体排出器之间的控制装置相连接的最终产物气体的浓度和流量。一般地，包含在吸附床内的吸附剂不能排出杂质和湿气完全再生，所以从吸附剂的寿命来讲最好尽量减少直接通过吸附床的气体量。根据本发明的一个实例，用该两个控制装置使还未通过吸附床的混合气体和已通过吸附床的产物气体混合以减少通过吸附床的气体量是可行的。当该两个控制装置调节给定的应用处的浓缩气体的浓度和流量时，气体排出器和过滤器之间的控制器被调节到使经过吸附床的流量最小。

该真空泵装置和气体排出器可用同一个马达可驱动。并且，优选该止回阀的开关真空压设置为100mmHg或以下的表观真空压，优选设置为50mmHg或以下，所以通过用吸附床进料口的混合气体阀门的简单的路径转换就可以进行第二阶步和第四步。

4.附图说明

图1是传统的PSA方法的标准四步示意图。

图2是传统的RPSA方法的标准三步示意图。

图3是本发明的标准四步示意图。

图4是根据本发明的吸附床内的压力分布图。

图5是根据本发明的气体浓缩装置的实例。

图6是根据本发明的气体浓缩装置的吸附床压力的概略图。

图7是传统PSA工艺的气体浓缩装置的实例。

5.优选实施例的详细说明

下面参照优选实施例详细说明本发明。

图3是根据本发明的工艺的示意图。该工艺由标准的四步构成，其中Pl(P低)和Ph(P高)分别指吸一个附床内相对低的压力和相对高的压力。

参考图3，第一个步是吸附床1的解吸过程和吸附床2的吸附过程，从吸附床2的角度看，混合气体流入到吸附床2后，吸附性强的成分被吸附剂吸附，同时吸附性弱的产物气体通过一个产品出口被排出，产品出口是一个产物气体排出口。一部分产物气体通过吸附床1的产品出口流入并以相对高压、高浓度洗涤吸附床1的吸附剂。在小型氧气浓缩机内第一步以进行2至5秒为合适。考虑到本发明适用于VPSA和VSA而且侧重点在于使用一个尽可能低的压力，通过进料口输入到吸附床1的混合气体压力对VPSA以2气压或以下为合适，而对绝对的VSA，大气压或比大气压低几十mmHg左右的真空压为合适。

与第一步比较，第二步发生在相对短的时间段里(在小型装置中为2秒或以下)。通过吸附床2的进料口混合气体的输入被中断，真空泵装置启动开始减压，由此开始解吸。但是，吸附床1和吸附床2内还存在压力梯度，其中吸附床2的产品出口的压力高于吸附床1的产品出口的压力，所以部分浓缩气体从吸附床2的产品出口流到吸附床1的产品出口。这时，吸附床2的产品出口连续产出浓缩气体。但是，吸附床2和吸附床1的产品出口之间的压力接***衡时该两个吸附床同时生产浓缩气体。两个吸附床同时生产浓缩气体后第二步继续进行，直到各吸附床产品出口的压力梯度逆转为止，由此气体从吸附床1的产品出口被输入到吸附床2的产品出口。

此部分是本发明的主要特征之一，其利用了各吸附床内的压力梯度。传统技术中各个吸附床按on/off方式生产浓缩气体，当中断一个吸附床的浓缩气体的生产并和另一个吸附床开始生产时，生产的浓缩气体呈现一些波动或排出压力降低。而本发明在相当大的程度上缓和了这种问题。

当吸附床1的产品出口压力比吸附床2的产品出口压力高时，第三步以与第一步相反的方式进行。即当第一步各产品出口之间的浓缩气体的流向逆转时，一部分产物从吸附床1的产品出口到吸附床2的产品出口逆流，产物气体被连续排出。这样，吸附床2进行解吸，吸附床1进行吸附。从吸附床1的角度看，混合气体继续流入到吸附床1，在吸附床1中，吸附性强的成分被吸附剂吸附，吸附性弱的产物气体通过产品出口排出，产品出口是一个产物气体排出口。产物气体中的一部分通过吸附床1的产品出口流入并以相对高压、高浓度洗涤吸附床2的吸附剂。

与在第二步中的一样，第四步是个转换阶段，在该步中，吸附和解吸在各吸附床之间逆转。产物气体的一部分因各吸附床内的压力梯度依然以与第三步相同的方向被输入，即，一部分浓缩气体从吸附床1的产品出口输入到吸附床2的产品出口。这时，产物气体被连续排出。这样，通过吸附床1的进料口的混合气体的输入被中断，真空泵装置启动开始减压，由此开始解吸。另一方面，通过吸附床2的进料口输入混合气体，吸附床2增加压力，由此开始吸附。在第四步中也有吸附床1和2同时生产浓缩气体的时候。

在从第二步到第三步和从第四步转换到第一步的转换过程中，各吸附床产品出口的压力和浓缩气体的流动经过相同的过程。

各步中各吸附床压力按时间的变化如图6所示，以下进行详细的说明。

在各步中吸附床之间的浓缩气体的流动利用了各吸附床产品出口之间的压力差。虽然并不专门需要一个调整浓缩气体流动的设备或阀门，但为了平稳地生产浓缩气体，在各产品出口之间使用适当设计的孔为好。

在上述各进料口的压力，使用真空泵装置和气体压缩装置，对VSA，以表观真空压几十mmHg至大气压范围为适当，对VPSA，以2气压或以下为适当。产品出口的压力由进料口的压力和产物的排出方法决定，通常在表观真空压300mmHg至1.8气压范围里运行。浓缩气体的排出压力由在那所使用的气体排出器决定。当由输入气体的压力决定时，如在VPSA工艺中，以1.8气压或以下范围为适当。在根据本发明的实例使用VSA工艺——由真空泵装置和气体排出器输入浓缩气体时，以吸附压力等于混合气体的压力为好。分离空气中的氧气时以大气压为好。解吸压力以由真空泵装置决定的200mmHg或以上的表观真空压为好。产品出口的压力以比大气压低几十mmHg至300mmHg压力范围为好。

此外，由于本发明的应用主要考虑氧气的分离，所以输入的气体混合物以空气为好。对于氧气浓缩，当吸附性强的成分是氮而吸附性弱的成分为氧气时，产物气体是氧气而解吸气体是氮。当然，根据吸附床所含吸附剂的性质可进行不同种类气体的分离以及浓缩。按照本发明，可根据所生产的气体种类选择适当的吸附剂。

图3是根据本发明的一个实例，与图1不同，图3中的每一步都进行生产而且可以连续生产。还有，产品出口的产品流动是平稳的而其变动幅度很小。一个循环的各步在几秒内迅速完成。每一步可在3秒以完成。如用于家用小型氧气浓缩机的微型床，整个循环可以在10秒内完成。

实际上，图1所示的工艺生产过程是不连续进行的，由于各步产量变化大，所以需要缓冲罐(US6,663,691，JP-A-4-505448，4-222613)。可选择地，扩展成多床工艺以减少压力变化和流量变化。此时阀门的构成变得复杂，必须使用具有路径形成于马达的转盘的转阀以控制吸附和解吸。另一方面，图3中，贯穿整个步骤，浓缩气体被连续生产。而且，产物气体在产品出口的流动是平稳的。所以，仅用两个吸附床就可以维持浓缩气体的排出压力波动和流量变化很小，而不需要附加缓冲罐。

图4是吸附床1内的按长度的压力分布图。如图4所示，和RPSA类似，在吸附床内使用小颗粒吸附剂常常显现压力梯度。吸附床用尽可能小的吸附剂填充。由于各步在很短的时间里进行，所以入口和出口之间存在压力梯度。两个较大的压力梯度出现在第二步和第四步，该压力梯度持续直到吸附床1和2的产品出口压力达到平衡为止。当第二步往前进行时，吸附床1的产品出口压力增加大于吸附床2的产品出口的压力，所以从吸附床1的产品出口逆流到吸附床2的产品出口，如第三步所发生的，生产浓缩气体。

按照本发明的该工艺优选用于解吸压力为真空压的VPSA和VSA，虽然它也可用于在常压以上运行的PSA上。为了各步连续生产，如图5所示的装置用于VSA是更合适的，该装置中一个用于排出产物气体的单独的泵用于减少产物流量变化并可在低压力差下安静运行。这是因为本发明的目的在于在小型氧器浓缩机上使用。为了安静运行以及大规模生产，应该使用最近开发的高性能吸附剂，这样，解吸压力设置在真空压下为好。众所周知，用简单的大气压洗涤条件和相对高浓度的氧气洗涤使吸附剂长期再生是相当困难的。因此，本发明的工艺在大气压或以上和真空压之间运行或如图5完全在大气压或以下运行为好。图5为使用上述工艺的具有两个吸附床的在大气压运行的气体浓缩装置的实例。

如图5所示，使用本发明工艺的气体浓缩装置包括：从混合气体中过滤杂质的过滤器3，内部包括吸附剂的吸附床1、1’，向该吸附床1、1’上加真空压的真空泵装置4，向吸附床1、1’交替施加已经通过过滤器3的混合气体的压力和根据真空泵装置4的真空压的阀门装置2，使在一个吸附床里生产的产物气体的一部分流入到另一个吸附床的微细管5，使产物气体按一个方向流动的止回阀6、6′和使最终的浓缩气体排放到所要求的空间的气体排出器7，进一步还包括控制产物气体流量和浓度的控制器8、9。

该气体排出器7可以是一种真空泵，并具有足以通过控制器8和止回阀6、6′从吸附床1、1’的产品出口吸入浓缩气体并将其喷射出去的真空压。因此，止回阀6、6’的开关真空压以低为好。基于此种原因，止回阀以用橡胶构成不使用弹簧的单纯形状为好。在与弹簧一起构成的情况下以用弹性很低的小型弹簧为好。气体排出器7可以设置一个独立的真空泵装置或使用两个真空泵头部安装在真空泵装置4的马达上，它们分别被驱动就象一个真空泵。阀门装置2如现有技术中已知的包括一个电磁阀，这时显然另外需要一个控制器。可使用与阀门装置2一样具有路径形成于马达的转盘的转阀。

本领域的技术人员已知的，转阀不用另外的电路板控制电磁阀只用机械驱动就可以完全实现通道的开关转换。

该微细管5连接各吸附床1、1’的产品出口，最好包括一些具有一个预先设定的流动阻力的孔。它可以直接连接到吸附床1、1’的开口也可以使用另外的孔部件。

与本发明的与方法或装置有关的内容，与RPSA有关的现有技术和与VSA有关的现有技术全部在此引述作为参考。

图5的装置的操作过程如下：首先，第一步，经过阀门装置2由真空泵装置4向吸附床1施加一个真空压力，从混合气体的进料口开始，吸附床的内部被减压，达到该真空压，由此吸附床进行解吸过程。在这点，另一个吸附床1′里生产的浓缩气体的一部分通过吸附床1的产品出口流入而进行洗涤。气体排出器7吸入在吸附床1′内生产的浓缩气体并喷射到要求的空间。第二步，已经经过过滤器3和阀门装置2的混合气体被混合气体的压力和床内的真空压之差通过入口吸入吸附床1，经过这一过程床内的压力开始上升。由于吸附床1的产品出口的压力依然比吸附床1′的产品出口的压力低，一部分产物气体被吸入吸附床1同时吸附床1′继续生产。在吸附床1，1′的产品出口压力相等之前和之后，附床1，1′同时生产。这里，气体排出器7应该具有足以克服止回阀6、6’的阻力从吸附床1，1′的产品出口吸入产物气体的吸力。所以如上所述止回阀6、6’应该具有充分低的开/关压力。此后，进行在吸附床1内生产的第三步。和第一步相反，吸附床1进行生产，吸附床1′进行解吸过程和洗涤过程。第四步和第二步相反，在第四步中吸附床1，1′互相转换彼此的角色。

在此控制器8控制通过吸附床1，1′的产物气体的流量和浓度，控制器9适当地混合经过过滤器3的混合气体和吸附床1，1′所产生的气体，来控制排出器7喷射的浓缩气体的流量和浓度。可使用一个可变的流量控制阀和一个固定孔以获得最终浓缩气体的一个固定浓度和流量。吸附床1，1′包括的吸附剂一般很难清除杂质和湿气完全再生，所以考虑吸附剂的寿命以尽量减少直接通过吸附床1，1’的气体量为好。根据本发明的实例，可以用控制器8和9混合未通过吸附床的混合气体和通过吸附床的产物气体而减少通过吸附床的气体量。当给定了特定应用场合的流量和浓度时，控制器8设置在初期设计状态，然后调整控制器9使其指向目标浓度和流量，同时用检查流量是否完全达到目标浓度的方法来使通过吸附床的气体量最小化。一旦该调整完成，如上所述用固定孔实现固定的目标浓度和流量。

如上所述，止回阀6、6’的开关压力和气体排出器7的吸入压力在操作过程中很重要。如果止回阀6、6’的开关压力过大，吸附床1、1’的产品出口的压力可能将两个止回阀6、6’都关闭。所以止回阀6、6’的开关真空压以低为好。通常它在100mmHg或以下的表观真空压范围内。气体排出器7是把浓缩气体喷射到所要求的空间的一个装置，其排出压力是否是临界的由所要应用的场合决定。一般地，其吸力极大地影响装置的性能。如活塞或隔膜泵等具有充分的真空压时用控制器8完全可以适用于本发明的方法。另一方面，当使用低吸力的吹风机或用电磁石振动橡胶板的气泡泵向观赏鱼用鱼缸上输入空气时，止回阀6、6’的开关压力是很重要的。所以，止回阀6、6’一般具有100mmHg或以下的表观开关真空压，最好是用50mmHg或以下以便本发明的方法可以完全达到，即使使用的气体排出器7具有200mmHg或以下的低吸力。在这种情况下，仅用止回阀6、6’的开关压力也可以将浓度和流量调整到一定程度，所以，可以省略控制器8，只用控制器9调节所要求的浓度和流量。

图6是吸附床1、1’的压力变化概略图，图中混合气体的压力为1个大气压。在图6中，假定A和B分别是吸附床1的混合气体进料口和产品出口的压力变化曲线，C和D为吸附床1′的进料口和产品出口的压力变化曲线时，从吸附床1的角度看时，t1表示解吸过程，t2表示吸附过程。此外，X为供应浓缩气体的装置气体排出器7的进料口的吸入压力。经过与施加于吸附床1、1’产品出口的压力比较，通过作为阻力器的控制器8和止回阀6、6’，如果吸附床1、1’产品出口的压力B和D大于X大，排出器产生产物气体。图6是具有连续生产能力的实施例，其中第二步或者第四步的t3是吸附床1、1’产品出口的压力大于压力X的状态，所以表示两个吸附床1、1’同时生产的过程。压力X设置为比大气压低100至300mmHg为好。如果压力X低，则存在一种趋势，即在吸附床1和吸附床2的产品出口同时生产产物气体的范围扩大，且产物气体的氧气浓度低。因此，压力X设置为使浓度和流量的波动范围在给定的目标浓度和流量内最小化为好。

当本发明的方法应用于如上所述的VSA***时，第二步和第四步的进行时间可以通过调整吸附床的长度和直径以及吸附剂粒子的大小来调整吸入气体的阻力，以便压力梯度变化。吸附床使用的吸附剂可以在市场上买到。从空气分离氧气时通常使用5A-沸石(5埃单位孔径的沸石)。关于吸附床，和该RPSA有关的现有技术在此充分引用作为参考。此外，可以通过调整气体排出器7的吸入压力和止回阀6、6’的开关压力来调整第二步和第四步。如此的调整对浓度和流量的控制很重要，而且最好使用独立的控制器8，9来完成以便气体排出器7具备充分的吸入压力，止回阀6、6’具有尽可能低的开关压力。

使用开关压力很低(表观真空压50mmHg或以下)的止回阀6、6’，本方法通过简单的阀门流路转换就可以实现第二步和第四步，无需复杂的阀门控制。即，由于第一步和第四步在吸附床1、1’的进料口吸附和解吸流路方向相同，第二步和第三步也相同，所以在吸附床1、1’的进料口仅通过简单的阀门开/关使流路转换就自然形成了吸附床1、1’的压力梯度，因此完成了该四个步骤。当然，按照给定的工艺通过控制设置在吸附床1、1’的各个阀门执行该方法对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，使用两个普通电磁阀可以简单地构成阀门装置2，或使用具有路径形成于马达的转盘的转阀，这些都是本领域的技术人员已知的。在使用如上所述的具有低开关真空压的止回阀6、6’时，通过简单的阀门控制就可以执行本发明的方法，甚至是在使用表观真空压200mmHg或以下的低吸入压力的吹风机或发泡泵的时候。

按照本发明，通过使用主要考虑生产力的工艺，可以有效地生产大量的浓缩气体。利用本发明的工艺，小型气体浓缩机可以生产大量的浓缩气体，尤其是用于家用的置于家用电器内的氧气浓缩机上，或用于便携式氧气浓缩机，可以构成小型、廉价和高效率的装置。当用于使用VSA工艺的***时，本发明通过简化零部件，自由地控制浓缩气体的流量和浓度和使吸附剂寿命最大化，同时克服传统小型气体浓缩器的噪音以及耐久性问题而实现经济性。

Claims

1、一种通过向对气体具有选择性吸附能力的吸附剂施加压力差从而分离特定气体的气体浓缩方法，包括：

2、根据权利要求1所述的方法，其中该混合气体为空气，该吸附性强的组分为氮气而该吸附性弱的组分是氧气。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其中该吸附压力为大气压，该解吸压力为由真空泵装置测量的表观真空压。