專利名稱：變壓吸附空分制氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域變壓吸附空氣分離技術(shù)，具體的說，是涉及在變壓吸附空分制氮中通過采用順放流程變壓吸附空分制氮的新方法。
背景技術(shù)：
由同一申請人申請的、專利號為ZL00113066.8、發(fā)明各稱為變壓吸附氣體分離方法和裝置的發(fā)明專利公開了一種多塔變壓吸附氣體分離裝置和方法，每個吸附塔在一次循環(huán)依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、順放或逆向放壓、抽真空、多次壓力均衡升、終充等步驟；各個吸附塔的抽空步驟又分為幾個階段；抽空步驟連續(xù)并有部份重疊，按同一時刻處于抽空狀態(tài)的塔的數(shù)量將吸附塔分為該數(shù)量的組，每組內(nèi)抽空不連續(xù)。
上述專利沒有公開任何一種制備具體氣體的方法。
而屬于變壓吸附空氣分離技術(shù)的現(xiàn)有的變壓吸附空氣分離制取氮氣裝置均采用吸附，均壓降，逆向放壓(或有抽空)、均壓升，充壓步驟；其中大量的解吸氣通過逆向放壓和抽空步驟排出吸附床；由于吸附和逆向放壓2個氣流量最大步驟的氣流方向是相向的，容易造成吸附劑在吸附床中移動，因此必須采用專門的壓緊裝置將吸附劑壓緊；法蘭式或其它方式的吸附劑壓緊裝置對吸附塔直徑2000mm以上的吸附塔制造成本高，工程上不易實施。所以目前變壓吸附空氣分離制取氮氣的裝置規(guī)?；径荚趩翁?000Nm3/h以內(nèi)；通常變壓吸附空分制氮裝置的吸附周期均在60～90秒，氣流方向的改變非常頻繁，同時氣體在某些步驟的流速較大；如果吸附劑在吸附床內(nèi)移動將造成吸附劑互相摩擦粉化，進而造成產(chǎn)品純度下降、收得率下降；嚴(yán)重時造成閥門、管道堵塞形成安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在大型化變壓吸附空分制氮裝置上不需采用特殊吸附劑壓緊裝置就能避免吸附劑浮動、粉化的方法。
本發(fā)明采用在至少二個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附床的變壓吸附系統(tǒng)中，系統(tǒng)按照程序循環(huán)運行，吸附床的每次循環(huán)運行經(jīng)歷吸附，均壓降，順向放壓，均壓升，充壓步驟。采用了順向放壓步驟，使在吸附、解吸過程中通過吸附床的氣流方向一致。來實現(xiàn)防止吸附劑松動粉化的目的。
壓縮空氣在0.1～2.0Mpa或更高壓力下由上自下進入裝填有碳分子篩的吸附床，氧被碳分子篩選擇性吸附，從吸附床下端獲得產(chǎn)品氮氣。吸附步驟完成后開啟吸附床下端與另一吸附床上端連接管道上的程控閥，使氣體由吸附床下端進入另一吸附床的上端進行均壓步驟；或開啟吸附床下端與另一吸附床下端連接管道上的程控閥，使氣體從吸附床下端進入另一吸附床的下端進行均壓步驟。吸附床完成均壓降步驟后，開啟吸附床下端的程控閥使氣體通過管道和消聲器后放入大氣進行順向放壓步驟。順向放壓完成后由另一吸附床均壓降的氣體從吸附床上端或吸附床下端進入吸附床進行均壓升。利用壓縮空氣從吸附床上端或同時利用產(chǎn)品氮氣從吸附床下端對吸附床進行充壓至吸附壓力。
本發(fā)明與現(xiàn)有變壓吸附空分制氮法相比較，具有如下明顯特點。
本發(fā)明采用了順向放壓步驟代替通常變壓吸附空分制氮的逆放步驟，使在整個變壓吸附工藝過程包括吸附和解吸中通過吸附床的氣流方向一致并均為由上至下，使吸附床中吸附劑的運動趨勢更加緊密。從而實現(xiàn)防止吸附劑松動粉化的目的。本發(fā)明的方法在較大規(guī)模的變壓吸附空分制氮裝置上，可代替法蘭盤式或其他吸附劑壓緊裝置從而大大節(jié)約裝置的成本。并使大型化變壓吸附空分制氮更容易實施。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是本發(fā)明的工藝流程圖；圖3是本發(fā)明的工藝流程圖；圖4是本發(fā)明的工藝流程圖；下面結(jié)合本發(fā)明的具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明具體實施方式
實施例1利用本發(fā)明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖1所示本發(fā)明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩沖罐和1個產(chǎn)品氮氣緩沖罐以及相應(yīng)的管道和程控閥構(gòu)成。經(jīng)冷干機脫水后0.6Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經(jīng)空氣緩沖罐后通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產(chǎn)品氮氣從吸附床下端經(jīng)程控閥KVA-2和管道進入產(chǎn)品氮氣緩沖罐后輸出裝置。吸附到一定時間后關(guān)閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KV-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.3Mpa，均壓步驟完成后關(guān)閉KV-4程控閥，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經(jīng)消音器后放入大氣，順放步驟完成后關(guān)閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KV-4對吸附床進行均壓升均壓升完成后關(guān)閉程控閥KV-4然后開啟KVA-1和KVA-2程控閥利用壓縮空氣和產(chǎn)品氣緩沖罐中的氮氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環(huán)，兩個吸附床交替進行上述的循環(huán)過程。即可連續(xù)得到產(chǎn)品氮氣。產(chǎn)品氮氣的純度在80％～99.9％范圍內(nèi)。
實施例2利用本發(fā)明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖2所示本發(fā)明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩沖罐和1個產(chǎn)品氮氣緩沖罐以及相應(yīng)的管道和程控閥構(gòu)成。經(jīng)冷干機脫水后0.1Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經(jīng)空氣緩沖罐后通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產(chǎn)品氮氣從吸附床下端經(jīng)程控閥KVA-2和管道進入產(chǎn)品氮氣緩沖罐后輸出裝置。吸附到一定時間后關(guān)閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KV-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.05Mpa，均壓步驟完成后關(guān)閉KV-4程控閥，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.01Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經(jīng)消音器后放入大氣，順放步驟完成后關(guān)閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KV-4對吸附床進行均壓升均壓升完成后關(guān)閉程控閥KV-4，然后開啟KVA-1程控閥利用壓縮空氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環(huán)，兩個吸附床交替進行上述的循環(huán)過程。即可連續(xù)得到產(chǎn)品氮氣。產(chǎn)品氮氣的純度在80％～99％范圍內(nèi)。
實施例3利用本發(fā)明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖3所示本發(fā)明的變壓吸附空分制氮裝置由兩個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩沖罐和1個產(chǎn)品氮氣緩沖罐以及相應(yīng)的管道和程控閥構(gòu)成。經(jīng)冷干機脫水后0.8Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經(jīng)空氣緩沖罐后通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產(chǎn)品氮氣從吸附床下端經(jīng)程控閥KVA-2和管道進入產(chǎn)品氮氣緩沖罐后輸出裝置。吸附到一定時間后關(guān)閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KVA-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.4Mpa，均壓步驟完成后關(guān)閉KVA-4程控閥，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經(jīng)消音器后放入大氣，順放步驟完成后關(guān)閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVB-4對吸附床進行均壓升均壓升完成后關(guān)閉程控閥KVB-4然后開啟KVA-1程控閥利用壓縮空氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環(huán)，兩個吸附床交替進行上述的循環(huán)過程。即可連續(xù)得到產(chǎn)品氮氣。產(chǎn)品氮氣的純度在80％～99％范圍內(nèi)。
實施例4利用本發(fā)明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖4所示本發(fā)明的變壓吸附空分制氮裝置由兩個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩沖罐和1個產(chǎn)品氮氣緩沖罐以及相應(yīng)的管道和程控閥構(gòu)成。經(jīng)冷干機脫水后2.0Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經(jīng)空氣緩沖罐后通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產(chǎn)品氮氣從吸附床下端經(jīng)程控閥KVA-2和管道進入產(chǎn)品氮氣緩沖罐后輸出裝置。吸附到一定時間后關(guān)閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KVA-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為1.0Mpa，均壓步驟完成后關(guān)閉KVA-4程控閥，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經(jīng)消音器后放入大氣，順放步驟完成后關(guān)閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVB-4對吸附床進行均壓升均壓升完成后關(guān)閉程控閥KVB-4然后開啟KVA-1和KVA-2程控閥利用壓縮空氣和產(chǎn)品緩沖罐中的氮氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環(huán)，兩個吸附床交替進行上述的循環(huán)過程。即可連續(xù)得到產(chǎn)品氮氣。產(chǎn)品氮氣的純度在85％～99.9％范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變壓吸附空分制氮方法，其特征在于該方法包括吸附、均壓降、順向放壓、均壓升和充壓步驟，采用了順向放壓步驟，使在整個吸附過程中通過吸附床的氣流方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述變壓吸附空分制氮方法，其特征在于壓縮空氣進口在吸附床上端，產(chǎn)品氮氣出口在吸附床下端，吸附步驟和均壓降和順向放壓步驟氣流方向均由上至下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附方法，其特征在于當(dāng)吸附壓力較高時均壓步驟采用均壓降的氣體由吸附床出口排出，均壓升的氣體由吸附床進口進入即下對上均壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附方法，其特征在于均壓步驟采用吸附床出口對吸附床出口均壓即下對下均壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附方法，其特征在于充壓步驟采用壓縮空氣從吸附床進口進入吸附床和產(chǎn)品氮氣從吸附床出口端進入吸附床對吸附床進行充壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附方法，其特征在于充壓步驟采用壓縮空氣從吸附床進口進入對吸附床進行充壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附方法，其特征在于進入吸附床的壓縮空氣壓力為0.1～2.0Mpa；均壓終壓力為0.05～1.0Mpa；順向放壓壓力為0.05～0Mpa；以上壓力均為表壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從空氣中通過變壓吸附制取氮氣的方法，涉及變壓吸附空氣分離制取氮氣的工藝方法，該方法主要解決了現(xiàn)有變壓吸附空氣分離制取氮氣技術(shù)在裝置大型化后吸附劑容易松動、粉化的問題；本方法在至少二個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附床的變壓吸附系統(tǒng)中，系統(tǒng)按照程序循環(huán)運行，吸附床的每次循環(huán)運行經(jīng)歷吸附、均壓降、順向放壓、均壓升和充壓步驟。由于采用了順向放壓步驟，在整個吸附過程中通過吸附床的氣流方向保持一致均為由上至下，避免反向氣流在系統(tǒng)內(nèi)激蕩將吸附劑吹松，造成吸附劑磨損粉化，保證大型變壓吸附制氮裝置的正常運行。
文檔編號B01D53/047GK1631490SQ20041008128
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者陳健, 張劍鋒, 張匯霞, 鄭平 申請人:四川天一科技股份有限公司