專利名稱：提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓吸附氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，在較為成熟的變壓吸附氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，追求更高的產(chǎn)品氣收率與純度一直是科研和工程技術(shù)人員，包括生產(chǎn)廠家為之奮斗的目標(biāo)?，F(xiàn)有的變壓吸附氣體分離技術(shù)通常是采用真空解吸、取消用產(chǎn)品氣沖洗及多次均壓等綜合手段手段來提高變壓吸附氣體分離的收率與純度，如中國專利ZL9710764.5、88105938.2。但是，由于受均壓次數(shù)所限，在吸附壓強較高時，即使經(jīng)過多次均壓降，吸附塔內(nèi)仍然存在難吸附組份氣體形成的殘余壓強，表壓約為0.05～0.5MPa。為了使吸附劑再生循環(huán)使用，必須要將它卸壓至大氣壓強，而卸壓出來的難吸附組份氣體或排放至大氣，或收集起來作為燃料氣。如果排放至大氣不僅會形成浪費，還可能污染環(huán)境；如果收集起來作為燃料氣，也會大大降低其使用價值，同時這部份氣體的損失也是導(dǎo)致難吸附組份的收率與易吸附組份純度低的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能回收吸附塔內(nèi)殘余氣體，以提高難吸附組份的收率與易吸附組份純度的方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于實現(xiàn)這一方法的裝置。
本發(fā)明提供的可提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法，該方法是在由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統(tǒng)中，再設(shè)置一個回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)與變壓吸附系統(tǒng)相連。當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中某吸附塔進行至均壓降步序結(jié)束后，將該吸附塔與回收系統(tǒng)連通，使該吸附塔的抽空初期壓強至少降至表壓0.02Mpa，這時一方面塔內(nèi)殘余的難吸附組份被泄放到回收系統(tǒng)中進行儲存，另一方面又使該塔隨后抽空輸出的易吸附組份純度提高。當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中另一吸附塔均壓升步序結(jié)束后，又將回收系統(tǒng)與該吸附塔連通，使其儲存的、其壓強比原料氣壓強最多小20％的難吸附組份作為順向終充氣進入該吸附塔。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產(chǎn)品氣由塔頂輸出，如此周而復(fù)始。
本發(fā)明提供的能夠用于實現(xiàn)上述方法的裝置，該裝置包括由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統(tǒng)12，其特征在于還設(shè)置有一個回收系統(tǒng)，當(dāng)該回收系統(tǒng)的回收罐8的體積大到能使吸附塔內(nèi)殘余壓強卸壓至表壓0.02MPa以下，如采用氣柜作為回收罐8時，該系統(tǒng)只包括通過管道和閥門依次連接的回收罐8、壓縮機構(gòu)10和儲氣罐11?；厥展?的進氣口通過回收閥V1與變壓吸附系統(tǒng)12各吸附塔塔頂?shù)木鶋汗艿老噙B，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。當(dāng)回收系統(tǒng)的回收罐8的體積不能使吸附塔內(nèi)殘余壓強卸壓至表壓0.02MPa以下，則回收罐8與壓縮機構(gòu)10之間還設(shè)置有抽真空機構(gòu)9，見圖1。
生產(chǎn)過程中，當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中某吸附塔進行到均壓降步序結(jié)束后，塔內(nèi)殘余的壓強約為表壓0.05～0.5MPa，這時將該吸附塔的均壓管道與壓強為表壓-0.09～-0.05MPa的回收罐或壓強為表壓0.02MPa以下的氣柜連通，難吸附組份被泄放到回收罐或氣柜中，隨后該吸附塔的壓強與回收罐或氣柜平衡在表壓0.02MPa以下。由于該吸附塔的壓強已接近或低于大氣壓強，原系統(tǒng)設(shè)置的放空步序被取消而直接進入抽空步序。由于該吸附塔的難吸附組份被最大限度地排出塔外，因而使抽空輸出的易吸附組份的純度也就提高了。被泄放到回收罐或氣柜中儲存的難吸附組份則通過抽空機構(gòu)與壓縮機構(gòu)被壓縮到儲氣罐中，直至儲氣罐的壓強升高到比原料氣的壓強最多小20％。當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中另一吸附塔進行到均壓升步序結(jié)束后，又將儲氣罐與該塔連通，使其儲存的、其壓強比原料氣壓強最多小20％的難吸附組份作為順向終充氣進入該吸附塔，直至它們的壓強基本平衡。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產(chǎn)品氣由塔頂輸出，如此周而復(fù)始，即完成了回收過程。
綜上所述，本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、采用本發(fā)明提供的方法和裝置可在均壓降結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)殘余壓強所包含的約占原料氣中難吸附組份3％～10％的氣體，全部回收為產(chǎn)品氣，使難吸附組份的收率提高了3％～10％。
2、采用本發(fā)明提供的方法和裝置可將吸附塔的抽空初期壓強至少降到表壓0.02Mpa，有必要的話還可通過設(shè)置的抽真空機構(gòu)將其降到表壓為負壓，使吸附塔中的難吸附組份最大限度的排出吸附塔外，很顯然，抽空輸出的易吸附組份中所含的難吸附組份減少，其純度也就被提高了。本發(fā)明可將易吸附組份的純度提高5％～10％。
3、本發(fā)明提供的方法和裝置適用范圍廣，可適用于分離各種氣體的變壓吸附領(lǐng)域。
四

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1的裝置結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖；圖3為本發(fā)明實施例2的裝置結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖。
五具體實施例方式
下面結(jié)合附圖給出實施例并對本發(fā)明作出進一步說明。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(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整仍屬本發(fā)明保護范圍。
實施例1本實施例為用變壓吸附分離半水煤氣的舉例。
如圖2所示，本實施例裝置的變壓吸附系統(tǒng)12是由四個并行連接的吸附塔A1～A4和兩個均壓塔J1、J2構(gòu)成，回收系統(tǒng)是由依次連接的回收罐8、抽真空機構(gòu)9、壓縮機構(gòu)10和儲氣罐11構(gòu)成?；厥障到y(tǒng)中，回收罐8的進氣口通過回收閥門V1與各吸附塔塔頂?shù)木鶋汗艿老噙B，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
本實施例的原料半水煤氣壓強為表壓1.6MPa，采用的變壓吸附流程為41122流程，即四塔流程單塔進氣，單塔抽空，兩次直接均壓，兩次間接均壓過程?！侗硪弧方o出的是該流程四分之一工藝時序圖，其余部分可參照該圖順序類推。
《表一》帶回收系統(tǒng)的41122流程

下面以A1塔為例說明如下1、原料半水煤氣通過流量控制系統(tǒng)后，由進料閥1進入A1塔吸附，氫氣作為難吸附組份通過產(chǎn)品閥2由塔頂輸出。
2、當(dāng)A1塔的時序進行到四均降結(jié)束后，塔內(nèi)還有表壓0.325MPa的壓強，這時開啟A1塔的均壓閥門4與回收罐8的回收閥門V1，關(guān)閉A1塔的其它閥門，使A1塔與壓強為表壓-0.08MPa的回收罐連通，這部份帶壓氣體被泄放到回收罐8中，數(shù)秒后A1塔與回收罐8的壓強平衡在表壓-0.02MPa。該過程被稱為回收步序。
3、由于A1塔的壓強已低于大氣壓強，原系統(tǒng)設(shè)置的放空步序被取消，系統(tǒng)直接進入抽空步序。首先開啟順向抽空總閥7與A1塔的的均壓閥4，關(guān)閉A1塔的其它閥門，并將順向抽空輸出的氣體作為燃料氣輸出；隨后開啟A1塔的的抽空閥3，關(guān)閉順向抽空總閥7與A1塔的其它閥門，對A1塔進行逆向抽空，同時將逆向抽空輸出的易吸附組份二氧化碳氣體作為產(chǎn)品2輸出。
4、將回收罐8中的氣體通過抽真空機構(gòu)9與壓縮機構(gòu)10壓縮到儲氣罐11內(nèi)。隨著時間的推移回收罐的壓強逐漸降低到表壓-0.08MPa以下，儲氣罐的壓強逐漸升高到表壓1.4MPa以上。
5、待A1塔步序進行到一均升結(jié)束后，開啟順向終充總閥V2與順向終沖閥6，關(guān)閉A1塔的其他閥門，使A1塔與儲氣罐11連通，儲氣罐11中的氣體即順著進氣方向返回到A1塔塔內(nèi)，數(shù)秒后它們的壓強平衡在表壓1.1MPa左右，該過程被稱為順向終充步序。接著再開啟逆向終充閥5，關(guān)閉A1塔的其它閥門，以進行變壓吸附所必須的逆向終充過程，如此周而復(fù)始。
在該裝置中沒有回收系統(tǒng)時，其產(chǎn)品氫氣純度為99.99％，收率為85％。產(chǎn)品二氧化碳的純度為83％，收率為90％。
在該裝置中增加回收系統(tǒng)后，即本實施例的產(chǎn)品氫氣純度為99.99％，收率為95％。產(chǎn)品二氧化碳的純度為98.5％，收率為90％。
實施例2本實施例為用變壓吸附分離甲醇生產(chǎn)中變換氣的舉例。
如圖3所示，本實施例裝置的變壓吸附系統(tǒng)12是由6個并行連接的吸附塔A1～A6和兩個均壓塔J1、J2構(gòu)成，回收系統(tǒng)是由依次連接的氣柜8、壓縮機構(gòu)10和儲氣罐11構(gòu)成?；厥障到y(tǒng)中，氣柜8的進氣口通過回收閥門V1與各吸附塔塔頂?shù)木鶋汗艿老噙B，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
本實施例的原料變換氣壓強為表壓0.8MPa，采用的變壓吸附流程為62222流程，即六塔流程雙塔進氣，雙塔抽空，兩次直接均壓，兩次間接均壓過程。《表二》給出的是該流程六分之一工藝時序圖，其余部分可參照該圖順序類推。
《表二》帶回收系統(tǒng)的62222流程

下面以A1塔為例說明如下1、原料變換氣通過流量控制系統(tǒng)后，由進料閥1進入A1塔吸附，難吸附組份氫氣、氮氣與一氧化碳氣通過產(chǎn)品閥2由塔頂輸出。
2、當(dāng)A1塔的步序進行到四均降結(jié)束后，塔內(nèi)還有表壓0.125MPa的壓強，這時開啟A1塔的均壓閥4與氣柜8的回收閥V1，關(guān)閉A1塔的其他閥門，使A1塔與表壓為0MPa的氣柜連通，這部份帶壓氣體被泄放到氣柜8中，數(shù)秒后A1塔與氣柜8的壓強平衡在表壓0.0125MPa。該過程被稱為回收步序。
3、由于A1塔的壓強已接近大氣壓強，原系統(tǒng)設(shè)置的放空步序被取消，系統(tǒng)直接進入抽空步序。首先開啟順向抽空總閥7與A1塔的的均壓閥4，關(guān)閉A1塔的其它閥門，并將順向抽空輸出的氣體作為燃料氣輸出，若對易吸附組份的純度要求不高時(例如易吸附組份的純度為95％)，可取消上述順向抽空步序；隨后開啟A1塔的抽空閥3，關(guān)閉順向抽空總閥7與A1塔的其它閥門，對A1塔進行逆向抽空，同時將逆向抽空輸出的易吸附組份二氧化碳氣體作為產(chǎn)品2輸出。
4、將氣柜8中的氣體通過壓縮機構(gòu)10壓縮到儲氣罐11內(nèi)。隨著時間的推延，氣柜8的壓強逐漸降低到表壓0MPa，儲氣罐11的壓強逐漸升高到表壓0.7MPa以上。
5、待A1塔步序進行到一均升結(jié)束后，開啟順向終充總閥V2與順向終充閥6，關(guān)閉A1塔的其他閥門，使A1塔與儲氣罐11連通，儲氣罐11中的氣體即順著進氣方向返回到A1塔塔內(nèi)，數(shù)秒后它們的壓強平衡在表壓0.6MPa左右，該過程被稱為順向終充步序。接著再開啟逆向終充閥5，關(guān)閉A1塔的其它閥門，以進行變壓吸附所必須的逆向終充過程，如此周而復(fù)始。
在該裝置中沒有回收系統(tǒng)時，其難吸附組份的產(chǎn)品氫氣收率為98％，氮氣收率為85％，一氧化碳收率為80％，其中二氧化碳含量為0.2％；而易吸附組份的產(chǎn)品二氧化碳的純度為85％，收率為90％。
在該裝置中增加回收系統(tǒng)后，即本實施例難吸附組份的產(chǎn)品氫氣收率為99％，氮氣收率為97％，一氧化碳收率為95％，其中二氧化碳含量為0.2％；而易吸附組份的產(chǎn)品二氧化碳的純度為98.5％，收率為95％。
權(quán)利要求
1.一種提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法，其特征在于在由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統(tǒng)中，還設(shè)置有一個回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)與變壓吸附系統(tǒng)相連，當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中某吸附塔進行至均壓降步序結(jié)束后，將該吸附塔與回收系統(tǒng)連通，使該吸附塔的抽空初期壓強降至表壓0.02Mpa以下，這時一方面塔內(nèi)殘余的難吸附組份被泄放到回收系統(tǒng)中進行儲存，另一方面又使該塔隨后抽空輸出的易吸附組份純度提高；當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中另一吸附塔均壓升步序結(jié)束后，再將回收系統(tǒng)與該吸附塔連通，使其儲存的、其壓強比原料氣壓強最多小20％的難吸附組份作為順向終充氣進入該吸附塔。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產(chǎn)品氣由塔頂輸出，如此周而復(fù)始。
2.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，該裝置包括由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統(tǒng)(12)，其特征在于還設(shè)置有一個回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)包括通過管道和閥門依次連接的回收罐(8)、壓縮機構(gòu)(10)和儲氣罐(11)，回收罐(8)的進氣口通過回收閥門V1與變壓吸附系統(tǒng)(12)各吸附塔塔頂?shù)木鶋汗艿老噙B，儲氣罐(11)的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于該回收系統(tǒng)的回收罐(8)與壓縮機構(gòu)(10)之間還設(shè)置有抽真空機構(gòu)(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法和實現(xiàn)該方法的裝置。通過使用本發(fā)明的方法和裝置，即可在變壓吸附系統(tǒng)中某吸附塔最終均壓降工序結(jié)束后，將該吸附塔內(nèi)殘余的難吸附組份泄放到回收罐中，并通過壓縮機構(gòu)或抽真空機構(gòu)與壓縮機構(gòu)將回收罐中的氣體壓縮到儲氣罐內(nèi)；當(dāng)變壓吸附系統(tǒng)中另一吸附塔均壓升工序結(jié)束后，又將儲氣罐中的氣體作為順向終充氣返回到吸附塔中，從而完成了回收過程。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產(chǎn)品氣由塔頂輸出，如此周而復(fù)始。本發(fā)明能將難吸附組份的收率提高3％～10％，同時還能將易吸附組份的純度提高5％～10％。本發(fā)明的方法和裝置可適用于分離各種氣體的變壓吸附領(lǐng)域。
文檔編號B01D53/047GK1449860SQ0311778
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者王玉 申請人:王玉