專利名稱：單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于變壓吸附氣體分離技術領域，具體涉及一種單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，即在設置的單級吸附再生循環(huán)系統(tǒng)中實現(xiàn)串聯(lián)型變壓吸附過程的工藝。
背景技術：
在化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的具有不同分離系數(shù)的混合氣體，均可以通過變壓吸附方法將其分離成易吸附組份和難吸附組份，并加以回收利用。
對于能通過分離同時獲取易吸附組份和難吸附組份的方法，已有技術有一步法并聯(lián)系統(tǒng)，如CN1195572A。由于在一步法并聯(lián)吸附的條件下易吸附組份不允許大量穿透吸附床，否則將使吸附塔口被易吸附組份污染，影響難吸附組份的純度，故吸附劑的利用率低，吸附塔容積較大，導致系統(tǒng)建立成本較高。為了克服一步法存在的缺陷，CN1140418A、CN1235862A、CN1334135A、CN1334136A、CN1342509A、CN1347747A及CN1248482A等公開了多種串聯(lián)型變壓吸附法。這些變壓吸附方法均是將在第一套系統(tǒng)吸附后的氣體全部作為第二套系統(tǒng)吸附的原料氣再次進行吸附，并從第二套系統(tǒng)輸出難吸附組份產(chǎn)品氣，也就是采用兩套系統(tǒng)分兩步來完成變壓吸附產(chǎn)出產(chǎn)品的過程。很顯然，這些方法可在一定程度上提高吸附劑的利用率和難吸附組份的純度，但由于第二級吸附的飽和深度不夠，吸附劑仍然沒有充分利用，加之有兩套系統(tǒng)，故還存在占地面積大，系統(tǒng)復雜，程控閥門多，維修工作量大，無故障運行時間短，建設投資大等缺點。另外，若是大型變壓吸附系統(tǒng)需多塔同時進氣時，因無法保證第一套系統(tǒng)出口的氣體能按易吸附組份的濃度由低到高的送入第二套系統(tǒng)的入口，導致系統(tǒng)吸附效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術存在的缺陷，提供一種能減少投資，節(jié)約能耗，降低系統(tǒng)復雜程度，進一步提高吸附劑利用率的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝。
本發(fā)明的目的是這樣達到的在由至少三個裝填有吸附劑的吸附塔組成的吸附再生循環(huán)系統(tǒng)中，混合氣體作為原料氣首先進入該系統(tǒng)的X塔吸附，經(jīng)X塔吸附后的不合格產(chǎn)品氣1由X塔出口通過程控閥進入Y塔再次吸附后，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1由Y塔頂部排出；當難吸附組份中的易吸附組份含量為0.01～5％時，將產(chǎn)品氣1輸出切斷，此時X塔吸附步驟結束，隨后依次進行均壓降、抽空、均壓升、終沖等工藝步驟，抽空氣可作為產(chǎn)品氣2輸出；與此同時原料氣切換到Y塔進口并進行吸附，經(jīng)Y塔吸附后的不合格產(chǎn)品氣1由Y塔出口通過程控閥進入Z塔再次吸附，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1又由Z塔塔頂排出，如此循環(huán)，周而復始。
為了進一步提高產(chǎn)品氣的收率，并降低系統(tǒng)工程造價，本發(fā)明系統(tǒng)中還設置有0～10臺均壓塔，使均壓既可在吸附塔之間進行，也可在吸附塔與均壓塔之間進行。而且最終均壓降可為逆向或順向，具體根據(jù)工藝要求確定。如在合成氨生產(chǎn)中的變換氣脫碳、合成氨尾氣提氫或甲醇尾氣提氫時，易吸附組份因不作為產(chǎn)品氣2輸出，其最終均壓降則采用逆向，這樣就可以利用塔內(nèi)余壓沖洗吸附床，帶走一部分易吸附組份，減輕抽空負荷，降低抽空能耗。而尿素生產(chǎn)中的變換氣脫二氧化碳等，因易吸附組份要作為產(chǎn)品氣2輸出，其最終均壓降則采用順向。
另外，若某些原料混合氣易吸附組份的濃度較低時，則在最終均壓降后還設置有加壓置換步驟。
而對于系統(tǒng)的吸附壓強和產(chǎn)品輸出壓強控制可為0.05～5MPa，具體需由原料氣狀態(tài)和產(chǎn)品氣工藝指標決定。
本發(fā)明吸附塔裝填的吸附劑可為活性氧化鋁、活性炭、分子篩、硅膠中的至少一種，使用時其填充方式、填充種類、填充組合、填充比例根據(jù)原料氣成份及產(chǎn)品氣要求的工藝指標來確定，這些都是本技術領域?qū)I(yè)人員公知的知識。
綜上所述，本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點1、進一步提高了吸附劑的利用率。由于本發(fā)明系統(tǒng)中的任一個吸附塔都要經(jīng)歷淺層次的一次吸附和深層次的二次吸附過程，易吸附組份的分壓在此過程中是由低到高進入吸附塔，且在深層次吸附后才進入解吸階段，吸附劑的飽和程度較高，相應吸附劑的用量就較小，利用率就高。
2、降低了裝置建設成本與運行費用。由于本發(fā)明利用一級系統(tǒng)一步實現(xiàn)了串聯(lián)吸附，因而與兩系統(tǒng)兩步法相比占地面積小，所用程控閥門較少，建設投資可比兩步法節(jié)藥30％左右。另外由于系統(tǒng)較簡單，維修量將減少，無故障運行時間將增加，從而降低了運行費用，提高了生產(chǎn)效率。
3、降低了系統(tǒng)能耗。由于經(jīng)深層次吸附后吸附劑的飽和程度較高，若其中的易吸附組份不作為產(chǎn)品氣2輸出，最終均壓降采用逆向降壓方式，就可以利用塔內(nèi)余壓沖洗吸附床，帶走一部分易吸附組份，減輕抽空負荷，降低抽空能耗。另外當原料混合氣中易吸附組份達到一定濃度時，由于抽空氣體可直接作為產(chǎn)品氣2輸出，不需要加壓置換，從而降低了能耗。若原料混合氣中易吸附組份濃度較低，即使在最終均壓降后進行加壓置換，也由于吸附劑的深度飽和，置換量也比現(xiàn)行方法小，相應能耗也較現(xiàn)行方法小。
4、適用范圍廣。本發(fā)明提供的方法可適用于具有不同分離系數(shù)混合氣的吸附分離，如化工、石油、冶金生產(chǎn)過程中各種需要提純的變換氣、弛放氣、焦爐煙道氣、空氣等。
具體實施例方式
下面給出實施例并對本發(fā)明作進一步說明。有必要在此指出的是以下實施例不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，如果該領域技術熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整仍應屬本發(fā)明保護范圍。
實施例1本實施例是合成氨尾氣提氫的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝。原料氣壓強為表壓1.8MPa。本實施例采用62124流程，即系統(tǒng)為六塔流程，兩塔串聯(lián)進氣，單塔連續(xù)抽空，兩次直接均壓，四次間接均壓。表一給出的是本實施例各塔的二分之一工藝時序步驟，其余部分可參照該表順序類推。
表一 62124流程

下面以A塔為例予以說明合成氨尾氣經(jīng)管道輸送至系統(tǒng)界區(qū)內(nèi)，通過流量控制輸入到本系統(tǒng)。第一步，原料氣通過進料閥進入已完成第一次淺層次吸附的F塔入口進行第二次深層次吸附，F(xiàn)塔輸出的不合格氫氣通過輸送閥順著進氣方向進入剛完成終沖過程的A塔底部的輸入閥進行第一次吸附，在此過程中雜質(zhì)被吸附，合格的氫氣從A塔的頂部通過產(chǎn)品氣輸出閥門送到產(chǎn)品氣緩沖罐；第二步，當氫氣中雜質(zhì)的含量達到工藝指標限(例如氫氣中N2+CH4含量為0.1％)時，關閉A塔輸入與輸出閥門，關閉F塔進料與輸送閥門F塔停止進氣。開啟A塔原料進料閥與輸送閥門，A塔開始第二次吸附，A塔頂部不合格氣體順著進氣方向進入C塔底部，C塔開始第一次吸附并輸出產(chǎn)品氫氣，與此同時F塔開始依次進行均壓降、逆放、抽空、均壓升、終沖等吸附床再生過程；第三步，當C塔頂部輸出的氫氣中雜質(zhì)含量達到工藝指標限(例如氫氣中N2+CH4含量為0.1％)時，關閉A塔進料閥門與輸送閥門通過均壓閥門分6次順著進氣方向逐步降低A塔壓強；第四步，關閉A塔均壓閥門，開啟逆放閥門逆著進氣方向?qū)塔殘余壓強放空至大氣壓；第五步，關閉逆放閥開啟抽空閥逆著進氣方向?qū)⑹Ｓ嚯s質(zhì)氣體抽空解吸；第六步，關閉抽空閥開啟均壓閥逆著進氣方向分六次逐步升高A塔壓強；第七步，關閉均壓閥開啟終沖閥逆著進氣方向用產(chǎn)品氫氣將A塔充至產(chǎn)品氫壓強1.75MPa？如此循環(huán)，周而復始。
本實施例的產(chǎn)品氫氣純度為99.9％，收率為95％。
實施例2本實施例是尿素生產(chǎn)中變換氣脫二氧化碳的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝。原料氣壓強為表壓0.7MPa。本實施例采用A4242流程，即系統(tǒng)為十塔流程，兩組雙塔串聯(lián)進氣，兩塔同時抽空，四次直接均壓，兩次間接均壓。表二給出的是本實施例各塔的五分之二工藝時序步驟，其余部分可參照該表順序類推。
表二 A4242流程


下面以A塔為例予以說明尿素變換氣經(jīng)管道輸送至系統(tǒng)界區(qū)內(nèi)，通過流量控制輸入到本系統(tǒng)。第一步，原料氣通過進料閥進入已完成第一次淺層次吸附的E塔入口進行第二次深層次吸附，E塔輸出的不合格氫氮氣通過輸送閥順著進氣方向進入剛完成終沖過程的A塔底部的輸入閥進行第一次吸附，在此過程中雜質(zhì)被吸附，合格的氫氮氣作為產(chǎn)品氣1從A塔的頂部通過產(chǎn)品氣輸出閥門送到產(chǎn)品氣1緩沖罐；第二步，當氫氮氣中雜質(zhì)的含量達到工藝指標限(例如氫氮氣中CO2含量為0.2％)時，關閉A塔輸入與輸出閥門，關閉E塔進料與輸送閥門E塔停止進氣。開啟A塔原料進料閥與輸送閥門，A塔開始第二次吸附，A塔頂部不合格氣體順著進氣方向進入B塔底部，B塔開始第一次吸附并輸出產(chǎn)品氣1，與此同時E塔開始依次進行均壓降、順放、抽空、均壓升、終沖等吸附床再生過程；第三步，當B塔頂部輸出的氫氮氣中雜質(zhì)含量達到工藝指標限(例如氫氮氣中CO2含量為0.2％)時，關閉A塔進料閥門與輸送閥門通過均壓閥門分6次順著進氣方向逐步降低A塔壓強；第四步，關閉A塔均壓閥門，開啟順放閥門順著進氣方向?qū)塔殘余壓強放空至大氣壓；第五步，關閉順放閥開啟抽空閥逆著進氣方向?qū)⑺?nèi)98.5％的二氧化碳氣抽空解吸作為產(chǎn)品氣2輸出；第六步，關閉抽空閥開啟均壓閥逆著進氣方向分六次逐步升高A塔壓強；第七步，關閉均壓閥開啟終沖閥逆著進氣方向用產(chǎn)品氫氮氣將A塔充至產(chǎn)品氣壓強0.65MPa？如此循環(huán)，周而復始。
本實施例的產(chǎn)品氫氮氣中二氧化碳含量為0.2％，產(chǎn)品氫氣收率為99％，氮氣收率為96％，產(chǎn)品二氧化碳純度為98.5％，收率為95％。
權利要求
1.一種單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于在由至少三個裝填吸附劑的吸附塔組成的吸附再生循環(huán)系統(tǒng)中，混合氣作為原料氣首先進入該系統(tǒng)的X塔吸附，經(jīng)X塔吸附后的不合格產(chǎn)品氣1由X塔出口通過程控閥進入Y塔再次吸附后，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1由Y塔頂部排出；當難吸附組份中的易吸附組份含量為0.01～5％時，將產(chǎn)品氣1輸出切斷，此時X塔吸附步驟結束，隨后依次進行均壓降、抽空、均壓升、終沖等工藝步驟，抽空氣可作為產(chǎn)品氣2輸出；與此同時原料氣切換到Y塔進口并進行吸附，經(jīng)Y塔吸附后的不合格產(chǎn)品氣1由Y塔出口通過程控閥進入Z塔再次吸附，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1又由Z塔塔頂排出，如此循環(huán)，周而復始。
2.根據(jù)權利要求1所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于該系統(tǒng)還設置有0～10臺均壓塔。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于在各塔最終均壓降后還設置有加壓置換步驟。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于各塔的最終均壓降為逆向或順向。
5.根據(jù)權利要求3所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于各塔的最終均壓降為逆向或順向。
6.根據(jù)權利要求1或2或5所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于吸附壓強和產(chǎn)品氣的輸出壓強為0.05～5MPa。
7.根據(jù)權利要求4所述的單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝，其特征在于吸附壓強和產(chǎn)品氣的輸出壓強為0.05～5MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單系統(tǒng)一步法串聯(lián)變壓吸附工藝。該工藝是在由至少三個吸附塔組成的系統(tǒng)中，原料氣先進入X塔吸附，出口輸出的不合格產(chǎn)品氣1又進入Y塔再次吸附并輸出合格產(chǎn)品氣1；當Y塔輸出的產(chǎn)品氣1中易吸附組份即將超標時，將輸出切斷，此時X塔吸附結束，隨后進行其它變壓吸附的必須步驟；與此同時原料氣切換到Y塔進行吸附，其出口輸出的不合格產(chǎn)品氣1又進入Z塔再次吸附并輸出合格產(chǎn)品氣1；如此循環(huán)，周而復始。本發(fā)明較之現(xiàn)有的兩套系統(tǒng)的兩步法串聯(lián)變壓吸附工藝，既能大大降低系統(tǒng)裝置的建設成本和運行費用，又能節(jié)省能耗，提高系統(tǒng)的無故障率，還能進一步提高吸附劑的利用率。
文檔編號B01D53/047GK1394665SQ0213358
公開日2003年2月5日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權日2002年8月8日
發(fā)明者王玉 申請人:王玉