專利名稱：氣體分離的變壓吸附方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由3個或3個以上內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器環(huán)路串聯(lián)而成的氣體分離的變壓吸附方法及裝置。
目前，用固定吸附劑床層進行變壓吸附分離混合氣體最典型的設備是采用兩組并聯(lián)方式排列的裝有對不同氣體具有不同吸附力的分子篩的吸附塔結構，利用分子篩在不同壓強下吸附量的差異，采用加壓吸附，減壓解吸的方法來獲取產(chǎn)品氣體。工作中，在一組吸附塔處于吸附產(chǎn)氣時，另一組吸附塔處于解吸工作，而后切換。如此交替循環(huán)，連續(xù)分離混合氣體，獲取產(chǎn)品氣體。
在上述現(xiàn)有變壓吸附氣體分離裝置的運行中，當一只吸附塔的出口氣體純度低于設計要求時，即轉入解吸再生階段，換由另一只吸附塔繼續(xù)吸附產(chǎn)氣。所以，至吸附過程結束，吸附塔的上部空間內(nèi)存在大量的純度較高的產(chǎn)品氣體，同時，依據(jù)等溫吸附理論，可以得知該部分分子篩的吸附量極小，遠未達飽和狀態(tài)。為了進一步提高產(chǎn)品氣體的回收率，降低能耗，當一塔吸附完成之后，在另一塔進入吸附之前的瞬間，有人設計出了采用雙塔相互均壓或雙塔相互不等勢均壓技術方案的氣體分離裝置(見中國專利99203214.8)，以回收吸附步驟結束后仍留在吸附塔中的富含產(chǎn)品氣組分的氣體。但采用這種技術方案的氣體分離裝置由于結構上的原因，仍存在著氣體回收率較低，吸附劑的利用率不高，高純氣體制取困難的不足之處。
本發(fā)明的任務是針對現(xiàn)有的氣體分離裝置所存在的上述不足之處，提供一種能大大提高氣體回收率、吸附劑的利用率的氣體分離的變壓吸附方法及裝置。
本發(fā)明的任務是通過以下方式完成的一種氣體分離的變壓吸附方法，其中進行變壓吸附氣體分離的裝置包括以環(huán)路的形式連接的3只或3只以上內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器，其中每一吸附器上均設有進氣口和出氣口，在環(huán)路的連接管道上均設有可控制閥門，進行氣體分離變壓吸附時，按如下步驟進行
a、在一工作狀態(tài)中，通過可控制閥門的切換，使其中一吸附器處于排空解吸再生狀態(tài)，其他的各吸附器處于吸附工作狀態(tài)，并它們是處于串聯(lián)式導通狀態(tài)，混合氣進入處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器內(nèi)并對該混合氣加壓至額定壓力，于是混合氣中某一組分氣體被吸附器中的吸附劑吸附，形成濃度較高的產(chǎn)品氣體進入處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的下一級吸附器內(nèi)再進行加壓吸附分離，隨著逐級加壓吸附分離，產(chǎn)品氣體的濃度增大，最后經(jīng)處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的末級吸附器進行加壓吸附分離后，制取得到的產(chǎn)品氣體從該級吸附器的出氣口輸出；b、在前一工作狀態(tài)結束后，通過可控制閥門的切換，將前一工作狀態(tài)中的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器設置成排空解吸再生狀態(tài)，其他的吸附器處于吸附工作狀態(tài)，其中在前一工作狀態(tài)中處于排空解吸再生狀態(tài)的吸附器被設置成處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的末級吸附器，在前一工作狀態(tài)中的吸附器串聯(lián)組中的第二級吸附器被設置成處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器；c、按a、b步驟進行，就能得到所需濃度的產(chǎn)品氣體。
一種氣體分離的變壓吸附裝置，該裝置包括3只或3只以上內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器、進氣管道、出氣管道。其中3只或3只以上的吸附器通過連接管道以環(huán)路的串聯(lián)方式連接，每一吸附器的進氣口通過連接管道分別與進氣管道、出氣管道和上一級吸附器的出氣口相接，每一吸附器的出氣口通過連接管道分別與出氣管道和下一級吸附器的進氣口相接，在連接管道上均裝有可控制閥門。
本發(fā)明由于采用了多個吸附器串聯(lián)同時吸附，單個吸附器逐級排空解吸再生方案，可使氣體回收率、分子篩利用率達最佳狀態(tài)。本發(fā)明與現(xiàn)有的氣體分離方法及裝置相比具有氣體回收率、吸附劑的利用率高，氣體分離裝置的工作可靠性好，能耗低的特點。本發(fā)明特別適合作為一種制取高純(PPM級)產(chǎn)品氣體的方法及裝置，如從大氣中分離制取氮氣。


圖1為本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置的實施例結構示意圖。其中(1)表示進氣管道；(2)表示吸附器A至吸附器D；(3)表示出氣管道；(4)表示可控制閥門F1至可控制閥門F16；(5)表示產(chǎn)品氣體儲存器；(6)表示連接管道；(7)表示進氣口；(8)表示排氣管道；(9)表示出氣口。
圖2為本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置運行步驟一的示意圖。其中，圖中管道用虛線表示時，則表明該管道處于截止狀態(tài)；圖中管道用實線表示時，則表明該管道處于導通狀態(tài)。
圖3為本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置運行步驟二的示意圖。其中，圖中的虛、實線含義與圖2相同。
圖4為本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置運行步驟三的示意圖。其中，圖中的虛、實線含義與圖2相同。
圖5為本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置運行步驟四的示意圖。其中，圖中的虛、實線含義與圖2相同。
下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
參見圖1，一種氣體分離的變壓吸附裝置，該裝置包括4只內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器(2)、進氣管道(1)、出氣管道(3)、排氣管道(8)及產(chǎn)品氣體儲存器(5)。其中4只吸附器(2)通過連接管道(6)以環(huán)路串聯(lián)的方式連接，每一吸附器(2)的進氣口(7)通過連接管道(6)分別與進氣管道(1)、排氣管道(8)和上一級吸附器(2)的出氣口(9)相接，每一吸附器(2)的出氣口(9)通過連接管道(6)分別與出氣管道(3)和下一級吸附器(2)的進氣口(7)相接，在每一連接管道(6)上均裝有可控制閥門(4)。
參見圖2至圖5，用本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置獲取氮氣時，按如下步驟進行步驟一、將可控制閥門F1、F3、F6、F8、F16設置成開啟狀態(tài)，其余閥門設置成閉合狀態(tài)。此時，吸附器A、吸附器B、吸附器C形成一處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組，混合氣從進氣管道(1)經(jīng)可控制閥門F1、吸附器A的進氣口(7)進入吸附器A，再流經(jīng)吸附器B、吸附器C、出氣管道(3)進入產(chǎn)品氣體儲存器(5)中。與此同時，吸附器D處于排空解吸再生狀態(tài)。
步驟二、將可控制閥門F4、F6、F9、F11、F13設置成開啟狀態(tài)，其余閥門設置成閉合狀態(tài)。此時，吸附器B、吸附器C、吸附器D形成一處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組，混合氣從進氣管道(1)經(jīng)可控制閥門F4、吸附器B的進氣口(7)進入吸附器B，再流經(jīng)吸附器C、吸附器D、出氣管道(3)進入產(chǎn)品氣體儲存器(5)中。與此同時，吸附器A處于排空解吸再生狀態(tài)。
步驟三、將可控制閥門F7、F9、F12、F2、F14設置成開啟狀態(tài)，其余閥門設置成閉合狀態(tài)。此時，吸附器C、吸附器D、吸附器A形成一處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組，混合氣從進氣管道(1)經(jīng)可控制閥門F7、吸附器C的進氣口(7)進入吸附器C，再流經(jīng)吸附器D、吸附器A、出氣管道(3)進入產(chǎn)品氣體儲存器(5)中。與此同時，吸附器B處于排空解吸再生狀態(tài)。
步驟四、將可控制閥門F10、F12、F3、F5、F15設置成開啟狀態(tài)，其余閥門設置成閉合狀態(tài)。此時，吸附器D、吸附器A、吸附器B形成一處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組，混合氣從進氣管道(1)經(jīng)可控制閥門F10、吸附器D的進氣口(7)進入吸附器D，再流經(jīng)吸附器A、吸附器B、出氣管道(3)進入產(chǎn)品氣體儲存器(5)中。與此同時，吸附器C處于排空解吸再生狀態(tài)。
按上述步驟一至步驟四，周而復始進行，就能得到所需濃度的氮氣。
權利要求
1.一種氣體分離的變壓吸附方法，其特征在于氣體分離變壓吸附裝置包括以環(huán)路的形式連接的3只或3只以上內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器，其中每一吸附器上均設有進氣口和出氣口，在環(huán)路的連接管道上均設有可控制閥門，進行氣體分離變壓吸附，包括a、在一工作狀態(tài)中，通過可控制閥門的切換，使其中一吸附器處于排空解吸再生狀態(tài)，其他的各吸附器處于吸附工作狀態(tài)，并它們是處于串聯(lián)式導通狀態(tài)，混合氣進入處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器內(nèi)并對該混合氣加壓至額定壓力，于是混合氣中某一組分氣體被吸附器中的吸附劑吸附，形成濃度較高的產(chǎn)品氣體進入處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的下一級吸附器內(nèi)再進行加壓吸附分離，隨著逐級加壓吸附分離，產(chǎn)品氣體的濃度增大，最后經(jīng)處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的末級吸附器進行加壓吸附分離后，制取得到的產(chǎn)品氣體從該級吸附器的出氣口輸出；b、在前一工作狀態(tài)結束后，通過可控制閥門的切換，將前一工作狀態(tài)中的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器設置成排空解吸再生狀態(tài)，其他的吸附器處于吸附工作狀態(tài)，其中在前一工作狀態(tài)中處于排空解吸再生狀態(tài)的吸附器被設置成處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的末級吸附器，在前一工作狀態(tài)中的吸附器串聯(lián)組中的第二級吸附器被設置成處于吸附工作狀態(tài)的吸附器串聯(lián)組中的首級吸附器；c、按a、b步驟進行，就能得到所需濃度的產(chǎn)品氣體。
2.一種氣體分離的變壓吸附裝置，該裝置包括3只或3只以上內(nèi)裝有能吸附混合氣體中某一組份氣體的吸附劑的吸附器(2)、進氣管道(1)、出氣管道(3)、可控制閥門(4)，其特征在于3只或3只以上的吸附器(2)通過連接管道(6)以環(huán)路的串聯(lián)方式連接，其中每一吸附器(2)的進氣口(7)通過連接管道(6)分別與進氣管道(1)、排氣管道(8)和上一級吸附器(2)的出氣口(9)相接，每一吸附器(2)的出氣口(9)通過連接管道(6)分別與出氣管道(3)和下一級吸附器(2)的進氣口(7)相接，在連接管道(6)上均裝有可控制閥門(4)。
全文摘要
本發(fā)明氣體分離的變壓吸附方法,是采用多個吸附器串聯(lián)同時吸附,單個吸附器逐級排空解吸再生方案來提取產(chǎn)品氣體。本發(fā)明氣體分離的變壓吸附裝置,是由3只或3只以上內(nèi)裝有吸附劑的吸附器通過連接管道和閥門以環(huán)路的串聯(lián)方式連接而成。本發(fā)明具有氣體回收率、吸附劑的利用率高,氣體分離裝置的工作可靠性好,能耗低的特點。本發(fā)明特別適合用來制取高純產(chǎn)品氣體。
文檔編號B01D53/047GK1344580SQ0012658
公開日2002年4月17日 申請日期2000年9月29日 優(yōu)先權日2000年9月29日
發(fā)明者陳勝飛 申請人:陳勝飛