專利名稱：：雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)室或中小試驗(yàn)之用的氣體吸附分離設(shè)備，尤其是一種雙柱自控變壓吸附(PSA)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：變壓吸附法(簡(jiǎn)稱PSA)是一種新的氣體分離技術(shù)，其原理是利用分子篩等吸附劑對(duì)不同氣體分子"吸附"性能的差異而將氣體混合物分開。PSA具有操作簡(jiǎn)便及能量效率高的特性，越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)中的體相氣體的分離和純化。目前，工業(yè)上用于對(duì)進(jìn)行氣體吸附分離的PSA設(shè)備和方法較多，比如中國(guó)專利CN1432424(真空變壓吸附設(shè)備)、CN1449860(提高變壓吸附氣體分離收率與純度的方法及其裝置)、CN1806892提高變壓吸附分離法氣體回收率的工藝等，但這些PSA裝置及方法都只適用于工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程，不適用于實(shí)驗(yàn)室研究混合氣體的分離工藝。由于變壓吸附過(guò)程是包含多個(gè)步驟的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過(guò)程，受待分離氣體混合物的組成成份、吸附劑特性、吸附壓力和溫度等多個(gè)因素的影響。因此，為掌握某一特定氣體分離、純化之目的，研究分析變壓吸附過(guò)程的工藝條件和參數(shù)就顯得十分重要。研究不同混合氣體分離、純化的吸附劑、根據(jù)該吸附劑設(shè)計(jì)合理的PSA分離工藝流程和工藝參數(shù)，就需要對(duì)吸附分離的時(shí)間、壓力、溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員長(zhǎng)期以來(lái)研究的問(wèn)題。目前，一般在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)特定吸附劑對(duì)待分離氣體各組分的吸附特性的研究找出這些待純化組分與其余"雜質(zhì)"組分吸附特性差異最大的壓力、溫度等參數(shù)的范圍，作為PSA分離實(shí)施過(guò)程的參考。這種傳統(tǒng)方法難以涉及壓力、溫度等條件對(duì)PSA過(guò)程的綜合影響。綜上，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有用于該研究的專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而工業(yè)上用的PSA裝置或方法，由于體積龐大、使用成本較高等特點(diǎn)，顯然不能滿足實(shí)驗(yàn)室研究分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)之用。因此，提供一種能夠模擬工業(yè)吸附分離過(guò)程，并為工業(yè)上的吸附分離應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)和工藝流程的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的問(wèn)題
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠模擬工業(yè)化吸附分離過(guò)程，并為工業(yè)上的吸附分離應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)和工藝流程的雙柱自控變壓吸附(PSA)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置、產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置和控制系統(tǒng)，原料供應(yīng)裝置的輸出端與吸附分離裝置的輸入端相連，吸附分離裝置的輸出端與產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置的輸入端相連；所述吸附分離裝置的吸附柱包含雙吸附柱、電磁閥組、溫度傳感器、壓力傳感器和精密壓力表；所述原料供應(yīng)裝置包括至少兩套原料氣罐和通過(guò)管道與原料氣罐相連的配氣罐，以及供氣增壓氣缸P1;各配氣罐通過(guò)連接閥相連；供氣增壓氣缸P1具有配氣、供氣和供氣增壓的功能，以模擬工業(yè)用原料氣的成分和氣壓；所述產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置包括產(chǎn)品罐和產(chǎn)品氣增壓缸P2，產(chǎn)品氣增壓氣缸P2具有產(chǎn)品儲(chǔ)存和產(chǎn)品氣再循環(huán)功能；控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置和產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置中各管路的電磁閥和增壓缸的自動(dòng)開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的分離和純化。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有如下有益效果I、特別設(shè)計(jì)的配氣系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)任意兩種或兩種以上氣體的定比例混合；解決了低壓或常壓下氣體(特別是用量少的雜質(zhì)氣體，如H2S)的定量引入的難題；可以模擬工業(yè)PSA用的原料氣，從而使得本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬多種不同原料氣的工業(yè)吸附過(guò)程；本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以用于研究不同的工業(yè)原料氣在不同的參數(shù)條件下，如不同吸附劑、不同壓力條件下，進(jìn)行吸附分離和提純，從而找到不同的原料氣中的所需提取物質(zhì)的最佳吸附和分離參數(shù)，為不同原料氣在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)吸附分離和提純的應(yīng)用提供參考。II、本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電磁閥及增壓缸動(dòng)作進(jìn)行程序控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的循環(huán)自動(dòng)控制，并可監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；控制系統(tǒng)界面清晰、可操作性強(qiáng)；可選擇自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種操作方式，方便操作者對(duì)PSA過(guò)程的監(jiān)控、PSA流程的設(shè)計(jì)、電磁閥動(dòng)作及其它PSA工藝參數(shù)的預(yù)設(shè)和調(diào)整，從而找出不同原料氣的最佳吸附工藝流程和吸附時(shí)間，為不同原料氣在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)某種成分的吸附分離和提純應(yīng)用提供參考。III、在原料氣的輸出端和產(chǎn)品氣的輸出端設(shè)置有增壓氣缸，從而本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的氣體壓力可以根據(jù)需要選擇性地進(jìn)行增大或減少。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作壓力可從真空到2.4MPa，因此可選擇的壓力范圍遠(yuǎn)超出工業(yè)PSA系統(tǒng)的正常工作壓力上限，有利于對(duì)吸附劑、運(yùn)行工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究；此外借助于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不但可進(jìn)行設(shè)定的PSA循環(huán)，還可用與穿透曲線測(cè)定等常規(guī)實(shí)驗(yàn)。W、本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用了無(wú)油型氣-氣增壓缸，其吸氣口可抽真空，出氣口可增高壓，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣加壓、原料氣增壓及產(chǎn)品氣的減壓脫附。V、各部件之間采用了板式集成設(shè)計(jì)與安裝，減少了管接頭數(shù)量，降低了接頭泄漏概率，提高了整套裝置的氣密性；部件的壓力承受能力得到增強(qiáng)。VI、本分離柱前面的除雜質(zhì)柱可選擇性地對(duì)原料氣中的一些有害雜質(zhì)成分進(jìn)行預(yù)處理分離，并可經(jīng)減壓脫附再生。VD、本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的兩個(gè)吸附柱均帶有壓力傳感器和上、中、下六路溫度傳感器，通過(guò)中間模塊將信號(hào)接入計(jì)算機(jī)，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)PSA運(yùn)行過(guò)程中吸附塔內(nèi)壓力和上、中、下三個(gè)部位的溫度的采集、儲(chǔ)存、顯示，并以溫度歷史曲線的形式記錄。圖1是本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置、產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置和控制系統(tǒng)，原料供應(yīng)裝置的輸出端與吸附分離裝置的輸入端相連，吸附分離裝置的輸出端與產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置的輸入端相連；所述吸附分離裝置的吸附柱包含雙吸附柱、電磁閥組、溫度傳感器、壓力傳感器和精密壓力表；所述原料供應(yīng)裝置包括至少兩套原料氣罐和通過(guò)管道與原料氣罐相連的配氣罐，以及原料氣增壓氣缸P1;各配氣罐通過(guò)連接閥相連；原料氣增壓氣缸P1具有配氣、供氣和供氣增壓的功能，以模擬工業(yè)用原料氣的成分和氣壓；所述產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置包括產(chǎn)品罐和產(chǎn)品氣增壓缸P2，產(chǎn)品氣增壓氣缸P2具有產(chǎn)品儲(chǔ)存和產(chǎn)品氣再循環(huán)功能；控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置和產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置中各管路的電磁閥和增壓缸的自動(dòng)開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的分離和純化。所述原料供應(yīng)裝置包括原料氣罐以及通過(guò)管道和與原料氣罐相連的配氣罐，本實(shí)施例中的原料供應(yīng)罐為并列的兩個(gè)，即原料氣罐Jar-A和原料氣罐Jar-B。根據(jù)需要原料氣罐不限于兩組，還可設(shè)計(jì)為多組。原料氣罐Jar-A和原料氣罐Jar-B分別通過(guò)管道與配氣罐Can-A和配氣罐Can-B相連；原料氣罐Jar-A和配氣罐Can-A之間的管道上還依次串接有單向電磁閥Vsl、調(diào)速闊Jl、減壓閥Al和開關(guān)Kl;配氣罐Can-B和原料氣罐Jar-B之間的管道上依次串接有單向電磁閥Vs2、調(diào)速閥J2、減壓閥A2和開關(guān)K2;配氣罐Can-A和配氣罐Can-B相連接由管道連接，其管路上還設(shè)置有閥門V2d。所述原料原料供應(yīng)裝置氣體從配氣罐Can-A的入口端引出；原料供應(yīng)裝置的輸出分為兩條管路，一條管路通過(guò)閥門Vld與大氣相通；另一條管路又分為支管路一和支管路二其中支管路一上通過(guò)設(shè)置電磁閥Vs3后與原料氣增壓氣缸P1入口端相通，原料氣增壓氣缸P1的出口端通過(guò)閥門V3與吸附分離裝置的入口端相連，支管路二通過(guò)閥門V1后，又分為支管路三、支管路四和支管路五其中支管路三通過(guò)真空泵Pc直接與大氣相通，真空泵Pc用于系統(tǒng)運(yùn)作前分別或同時(shí)對(duì)產(chǎn)品罐、吸附柱及連接管道抽真空，起潔凈、清零的作用；支管路四直接與吸附分離裝置的入口端相連，支管路五通過(guò)閥門V5后分為支管路六和支管路七其中支管路六與產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的入口端相通，支管路七路通過(guò)閥門V6與真空表連接，并與大氣相通。由于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原料供應(yīng)裝置可實(shí)現(xiàn)任意兩種或兩種以上氣體的定比例混合，解決了低壓或常壓下氣體(特別是用量少的雜質(zhì)氣體，如H^)的定量引入的難題，可以模擬工業(yè)PSA用的原料氣，從而使得本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬多種不同原料氣的工業(yè)吸附過(guò)程。所述配氣罐Can-A和配氣罐Can-B上還設(shè)有壓力表BJ1和壓力表BJ2，該壓力表用于分別監(jiān)測(cè)配氣罐Can-A和配氣罐Can-B在配氣過(guò)程中的壓力，可以用于隨時(shí)觀察配氣罐上的壓力。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中吸附分離裝置的吸附柱，為并列排列的雙吸附柱，即由吸附柱Col-A和吸附柱Col-B構(gòu)成。所述吸附分離裝置的入口端通過(guò)管道依次串接有調(diào)速閥J和流量計(jì)L13，流量計(jì)L1的出口處分為支管路八和支管路九其中支管路八上連接單向電磁闊Vs4后與吸附柱Col-A的下端開口連接；支管路九上連接單向電磁閥Vs5后與吸附柱Col-B的下端開口連接；所述吸附柱Col-A的下端開口處通過(guò)管道依次串接有電磁閥Vs6和電磁閥Vs8，吸附柱Col-B的下端開口處通過(guò)管道依次串接有電磁閥Vs7和電磁閥Vs9，電磁闊Vs8和電磁閥Vs9的出口端管路合并后分為支管路十和支管路十一其中支管路十與支管路七會(huì)合并后通過(guò)閥門V6與真空表連接，并與大氣相通，支管路十一與支管路六合并后與產(chǎn)品氣增壓氣缸P2入口端相連；所述吸附柱Col-A的上端開口處通過(guò)管道連接單向電磁闊Vsll，吸附柱Col-B的上端開口處通過(guò)管道連接單向電磁閥VslO，單向電磁閥Vsll和單向電磁閥VslO的出口端管路合并后分為支管路十二和支管路十三其中支管路十二上依次串接有單向電磁閥Vsl4、調(diào)速閥J4和流量計(jì)L2，并與大氣相通，支管路十三又分為支管路十四和支管路十五:其中支管路十四上通過(guò)連接單向電磁閥Vsl2后，與吸附柱Col-A的上端開口處相接，支管路十五上通過(guò)連接單向電磁閥Vsl3后，與吸附柱Col-B的上端開口處相接。本實(shí)用新型系統(tǒng)中產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的出口端連接單向閥dl后分為支管路十六和支管路十七其中支管路十六上連接有產(chǎn)品罐Jar-P，支管路十七上連接電磁閥Vsl5后分為支管路十八和支管路十九，其中支管路十八上通過(guò)閥門V8與大氣相通，可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品氣的抽樣處理，支管路十九通過(guò)閥門V7后連接到吸附分離裝置入口端的調(diào)速閥J3的進(jìn)氣口，當(dāng)需要對(duì)產(chǎn)品罐Jar-P中的產(chǎn)品氣進(jìn)行再次提純和分離時(shí)，可通過(guò)此管路進(jìn)行二次PSA。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)，由控制柜和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，控制柜中集成系統(tǒng)電控線路，計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序?qū)Ρ緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)中涉及的15個(gè)電磁閥VslVsl5、原料氣增壓氣缸P1和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2進(jìn)行自動(dòng)程序控制(或手動(dòng)控制)；同時(shí)，為增壓缸提供動(dòng)力的空氣壓縮機(jī)和真空泵進(jìn)行自動(dòng)程序控制(或手動(dòng)控制)，并可實(shí)時(shí)采集和顯示運(yùn)行過(guò)程中吸附柱內(nèi)的壓力和上、中、下部位的溫度變化曲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PSA過(guò)程循環(huán)的自動(dòng)控制(或手動(dòng)控制)和在線屏幕監(jiān)視?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)電磁閥及增壓缸動(dòng)作進(jìn)行程序控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的循環(huán)自動(dòng)控制，并可監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；控制系統(tǒng)界面清晰、可操作性強(qiáng)；可選擇自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種操作方式，方便操作者對(duì)PSA過(guò)程的監(jiān)控、PSA流程的設(shè)計(jì)、電磁閥動(dòng)作及其它PSA工藝參數(shù)的預(yù)設(shè)和調(diào)整，從而找出不同原料氣的最佳吸附工藝流程和吸附時(shí)間，為不同原料氣在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)某種成分的吸附分離和提純應(yīng)用提供參考。所述吸附分離裝置入口端還設(shè)有除雜質(zhì)柱Col-I，用于清除原料氣中的雜質(zhì)，除雜質(zhì)柱Col-I出口端與調(diào)速閥J3的進(jìn)氣口之間設(shè)有單向閥d2，除雜質(zhì)柱Col-I入口端設(shè)有支管路二十和支管路二十一，其中支管路二十通過(guò)閥門V2與原料氣增壓氣缸P1的第一出口相通，支管路二十一連接閥門V4后與閥門V1的出口連接。此除雜質(zhì)柱可對(duì)原料氣中的一些有害雜質(zhì)成分進(jìn)行預(yù)處理分離，并可經(jīng)減壓脫附再生。所述原料氣增壓氣缸P1的動(dòng)力入口端管路和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的動(dòng)力入口端管路合并后與油氣處理系統(tǒng)和空氣壓縮機(jī)Pac相連，所述油氣處理系統(tǒng)包括氣體處理三大件；此三大件串聯(lián)在空壓機(jī)與增壓氣缸之間，用于去除從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的壓縮空氣中存在的油分、灰塵和水分，保證增壓氣缸的工作正常；空壓機(jī)用于給增壓氣缸提供動(dòng)力。所述吸附柱Col-A和吸附柱Col-B的上部、中部、下部分別設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器，用于檢測(cè)在吸附和釋放氣體過(guò)程中兩根吸附柱的溫度變化，并將溫度傳感器上的溫度和壓力信息傳輸給控制系統(tǒng)，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)PSA運(yùn)行過(guò)程中吸附塔內(nèi)壓力和上、中、下三個(gè)部位的溫度的采集、儲(chǔ)存、顯示，并以溫度歷史曲線的形式記錄。吸附柱Col-A和吸附柱Col-B上還分別設(shè)有壓力表Bl和壓力表B2，來(lái)分別監(jiān)測(cè)吸附柱Col-A和吸附柱Col-B在均壓過(guò)程中的壓力變化情況。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的管道與閥門之間采用板式集成連接，減少了管道接頭數(shù)量，降低了接頭泄漏概率及縮小了安裝的空間，保證了本系統(tǒng)在滿足氣密性的條件下，可選擇的壓力范圍下限不僅可以為真空，上限也遠(yuǎn)超出工業(yè)PSA系統(tǒng)的正常工作壓力上限，即本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的額定使用壓力可達(dá)2.4MPa，這個(gè)壓力涵蓋了工業(yè)PSA及VPSA的作業(yè)壓力范圍，便于在更廣的吸附劑類型的測(cè)定和對(duì)PSA和VPSA過(guò)程的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理是實(shí)現(xiàn)任意兩種或兩種以上氣體的定量比例混合，模擬多種不同原料氣的工業(yè)吸附過(guò)程；利用PSA變壓吸附法來(lái)對(duì)混合氣體進(jìn)行分離，通過(guò)調(diào)整吸附過(guò)程中氣壓的變化來(lái)改變吸附體對(duì)氣體的吸收能力達(dá)到吸附或釋放氣體的目的，將所需氣體分離和提純。本實(shí)用新型通過(guò)PSA的工作原理來(lái)研究不同氣體的最佳吸附分離參數(shù)，如吸附壓力、吸附時(shí)間、吸附工藝流程、溫度等，并根據(jù)吸附結(jié)果，即產(chǎn)品罐中產(chǎn)品氣的濃度來(lái)判斷所需提純的氣體成分的最佳吸附分離參數(shù)，從而為工業(yè)提純某種原料氣中的某種氣體成分而使用的吸附分離參數(shù)提供借鑒和參考。其中，本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原料供應(yīng)裝置中的配氣罐Can-A和配氣罐Can-B可與商業(yè)高壓原料氣瓶的連接接口，通過(guò)配氣罐Can-A和配氣罐Can-B各自的精密壓力表，按實(shí)驗(yàn)?zāi)康男枰匀我獗壤龑?shí)現(xiàn)對(duì)原料氣和雜質(zhì)氣體在兩罐內(nèi)的比例混合和取樣測(cè)定；再通過(guò)大通徑閥門V2d的開啟，實(shí)現(xiàn)任意兩種或兩種以上氣體的定量比例混合。大通徑閥門V2d相連，可加強(qiáng)原料氣體間的擴(kuò)散，縮短混勻的時(shí)間。在閥門Vld關(guān)閉、V2d和Vl開啟的狀態(tài)下，通過(guò)啟動(dòng)真空泵Pc，可對(duì)配氣罐Can-A和Can-B抽真空；然后關(guān)閉V2d，Vld入口外接氣源，借助于精密壓力表BJ1對(duì)壓力的監(jiān)控，解決低壓或常壓下氣體(特別是用量少的雜質(zhì)氣體，如H^)的定量引入，以測(cè)試PSA系統(tǒng)對(duì)模擬煤層氣中雜質(zhì)氣體的脫除效果，評(píng)價(jià)除雜質(zhì)柱Col-I的性能。在Can-A和Can-B的真空狀態(tài)下，通過(guò)關(guān)閉V2d，可分別借助于精密壓力表BJ1、BJ2的壓力顯示及隨后便于氣體擴(kuò)散混合的大通徑閥門V2d的開啟，實(shí)現(xiàn)任意兩種或兩種以上氣體的定比例混合。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的增壓系統(tǒng)，即通過(guò)原料氣增壓氣缸P1的作用，在原料配氣罐Can-A和原料配氣罐Can-B壓力不足的情況下，通過(guò)抽吸配氣罐Can-A和原料配氣罐Can-B的氣體，向吸附柱增壓，可提高吸附柱的入口壓力，節(jié)約原料氣。本實(shí)用新型雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用PSA變壓吸附法來(lái)對(duì)混合氣體進(jìn)行分離，利用氣壓的變化來(lái)改變吸附體對(duì)氣體的吸收能力，從而達(dá)到吸附或釋放氣體的目的，最終將所需氣體分離和提純。本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的產(chǎn)品儲(chǔ)存裝置，將來(lái)自吸附柱的產(chǎn)品氣中的高于產(chǎn)品罐內(nèi)壓力的部分可直接收集在產(chǎn)品罐Jar-P中；低于產(chǎn)品罐Jar-P內(nèi)壓力的那部分產(chǎn)品氣可借助于產(chǎn)品罐增壓氣缸P2將其抽出，通過(guò)產(chǎn)品罐入口端的單向閥加壓進(jìn)產(chǎn)品罐。這樣不但提高產(chǎn)品罐內(nèi)的氣體壓力，還可實(shí)現(xiàn)PSA循環(huán)過(guò)程中吸附柱CoI-A、Col-B產(chǎn)品氣的低壓脫附(循環(huán)中的柱再生)、產(chǎn)品氣的增壓儲(chǔ)存，在達(dá)到向PSA提供二次原料氣所需的壓力指標(biāo)后可進(jìn)行罐中產(chǎn)品氣的PSA再循環(huán)。實(shí)施例下面以甲烷分離流程作為具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作過(guò)程作詳細(xì)說(shuō)明一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶⒍勘壤旌系募综c氮?dú)膺M(jìn)行分離，利用PSA變壓吸附法來(lái)對(duì)混合氣體進(jìn)行分離，通過(guò)調(diào)整吸附過(guò)程中氣壓的變化，來(lái)改變吸附體對(duì)氣體的吸收能力達(dá)到吸附或釋放氣體的目的，將所需氣體分離和提純，為工業(yè)上的吸附分離應(yīng)用數(shù)據(jù)和工藝流程提供借鑒和參考。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1.原料氣甲烷與氮?dú)鈱⒓淄榕c氮?dú)庾鳛樵蠚夥謩e通過(guò)管路和開關(guān)定量輸入配氣罐Can-A和配氣罐Can-B，再打開閥門V2d，原料氣體間的分子擴(kuò)散進(jìn)行混勻，原料供應(yīng)裝置可輸出混合氣體。2.吸附劑表面改性活性炭選擇表面改性活性炭作為甲烷的吸附劑。3.選擇雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制，如圖1所示。三、實(shí)驗(yàn)工藝流程為(1)吸附柱Col-A順?lè)烹s質(zhì)，吸附柱Col-B逆抽真空原料氣通過(guò)吸附柱Col-A并使吸附壓力增加到設(shè)置壓力后，通過(guò)由下至上排氣，使吸附較弱的雜質(zhì)氣體組分吸附壓力降低的情況下首先排除。同時(shí)吸附柱Col-B通過(guò)逆向抽真空，使深度吸附的甲烷逆向引向產(chǎn)品罐(當(dāng)產(chǎn)品罐壓力高于吸附柱Col-A的壓力使可自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)增壓氣缸P2，使產(chǎn)品氣增壓入罐)。(2)吸附柱Col-A向吸附柱Col-B均壓(A—B均壓)在吸附柱Col-A的壓力遠(yuǎn)高于吸附柱Col-B的情況下，一方面兩柱的均壓可減少壓力損失；另一方面均壓過(guò)程中，吸附柱Col-A排向吸附柱Col-B的氣體中所含的較原料氣更少的雜質(zhì)氣體可通過(guò)吸附柱Col-B的進(jìn)一步進(jìn)行吸附分離。(3)吸附柱Col-A逆放產(chǎn)品，吸附柱Col-B—次加壓吸附柱CoI-A經(jīng)過(guò)步驟(2)的均壓后，還未脫附的是純化了的、壓力超過(guò)大氣壓的甲垸，此時(shí)，經(jīng)逆放產(chǎn)品入產(chǎn)品罐(當(dāng)產(chǎn)品罐壓力高于吸附柱Col-A的壓力時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)增壓氣缸P2，使產(chǎn)品氣增壓入罐)。與此同步進(jìn)行的是吸附柱Col-B在獲得來(lái)自均壓的氣體壓力后的第一次加壓吸附。(4)吸附柱Col-A逆抽真空，吸附柱Col-B二次加壓吸附柱Col-A通過(guò)逆向抽真空，使深度吸附的甲烷逆向引向產(chǎn)品罐。同時(shí)，吸附柱Col-B11經(jīng)第一次加壓吸附后進(jìn)行二次加壓，繼續(xù)提高吸附壓力至設(shè)置壓力。(5)吸附柱Col-A逆抽真空，吸附柱Col-B順?lè)烹s質(zhì)吸附柱Col-A繼續(xù)逆抽真空，得到深度吸附的甲烷，同時(shí)使吸附柱Col-A再生。而吸附柱Col-B則通過(guò)由下至上排氣，使吸附較弱的雜質(zhì)氣體組分吸附壓力降低的情況下首先排除。(6)吸附柱Col-B向吸附柱Col-A均壓(B—A均壓)在吸附柱Col-B的壓力遠(yuǎn)高于吸附柱Col-A的情況下，一方面兩柱的均壓可減少壓力損失；另一方面均壓過(guò)程中，吸附柱Col-B排向吸附柱Col-A的氣體中所含的較原料氣更少的雜質(zhì)氣體可通過(guò)吸附柱Col-A的進(jìn)一步進(jìn)行吸附分離。(7)吸附柱Col-A—次加壓，吸附柱Col-B逆放產(chǎn)品吸附柱Col-B經(jīng)過(guò)步驟(6)的均壓后，還未脫附的是純化了的、壓力超過(guò)大氣壓的甲烷，此時(shí)，經(jīng)逆放產(chǎn)品入產(chǎn)品罐(當(dāng)產(chǎn)品罐壓力高于吸附柱Col-B的壓力使可自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)增壓氣缸P2，使產(chǎn)品氣增壓入罐)。與此同步進(jìn)行的是吸附柱Col-A在獲得來(lái)自均壓的氣體壓力后的第一次加壓吸附。(8)吸附柱Col-A二次加壓，吸附柱Col-B逆抽真空吸附柱Col-B通過(guò)逆向抽真空，使深度吸附的甲烷逆向引向產(chǎn)品罐。同時(shí)，吸附柱Col-A經(jīng)第一次加壓吸附后進(jìn)行二次加壓，繼續(xù)提高吸附壓力至設(shè)置壓力。另外，一些極強(qiáng)吸附的氣體(如C02)、對(duì)吸附劑有害的或不適合進(jìn)入循環(huán)的氣體(如H2S)可通過(guò)除雜質(zhì)柱Col-I進(jìn)行預(yù)先消除。除雜質(zhì)柱Col-I的再生可通過(guò)有油真空泵進(jìn)行，雜質(zhì)氣體可排入大氣或經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的無(wú)害化處理。上述八步工序涉及的電磁閥動(dòng)作狀態(tài)和手動(dòng)閥與相關(guān)表頭的使用狀態(tài)分別如表1和表2所示；系統(tǒng)的構(gòu)成原理如圖1所示。其中，Col-A和Col-B為吸附柱；Jar-A和Jar-B為原料罐；Jar-P為產(chǎn)品罐；Can-A和Can-B為配氣罐；Pc為真空泵；Pac為空氣壓縮機(jī)；VslVsl5為電磁閥；V1V8和VldV2d為截止閥；BJ1和BJ3為精密壓力表；B1B3為壓力表；P1和P2為增壓缸；J1J4調(diào)速閥；Ll和L2為流量計(jì)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電磁閥的工作狀態(tài)見(jiàn)下表過(guò)程按1—2—3—4—5—6—7—8—l八個(gè)階段進(jìn)行循環(huán)，其中每個(gè)階段的時(shí)間在0-9999秒鐘范圍內(nèi)可調(diào)；電磁閥編號(hào)標(biāo)號(hào)右上角有*的電磁闊為手動(dòng)控制。[Vs6、Vs8]與[Vs7、Vs9]兩組電磁闊兼具有手動(dòng)功能。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下經(jīng)過(guò)PSA系統(tǒng)的一次循環(huán)，可將模擬煤層氣(甲烷64%+36%氮?dú)?中的甲垸提高到86%;二次循環(huán)后，甲垸含量由86%提高到91%。表明所設(shè)計(jì)的雙柱PSA分離系統(tǒng)可有效濃縮模擬煤層氣中的甲烷。主要工藝參數(shù)條件如下一次循環(huán)周期為德;各步驟的時(shí)間分配為(1)20S;(2)60s;(8)60s;(4)60s;(5)20s;(6)60S;(7)60s;(8)60s;壓力范圍真空到1.8MPa;溫度30±1°C。表l電磁閥在PSA循環(huán)中狀態(tài)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2手動(dòng)閥與相關(guān)表頭在實(shí)施例PSA循環(huán)中的狀態(tài)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>Jar-PooBJ1OOBJ20OVdl*0/o(原料配氣)Vd2OLlO0oo(順鵬質(zhì)氣)61()0ooB20000B3oVI0V20V30V4/oV50V6O(半周產(chǎn)品氣)V7V8o(總產(chǎn)品氣)PcO/o0VcoPac0本實(shí)用新型帶自增壓系統(tǒng)的雙柱自控變壓吸附(PSA)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠模擬工業(yè)化吸附分離過(guò)程，并為工業(yè)上的吸附分離應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)和工藝流程，還具有工藝參數(shù)變化范圍廣、性能穩(wěn)定，可自動(dòng)控制等特點(diǎn)。1權(quán)利要求1、雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置、產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置和控制系統(tǒng)；原料供應(yīng)裝置的輸出端與吸附分離裝置的輸入端相連，吸附分離裝置的輸出端與產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置的輸入端相連；所述吸附分離裝置的吸附柱包含雙吸附柱、電磁閥組、溫度傳感器、壓力傳感器和精密壓力表；所述原料供應(yīng)裝置包括至少兩套原料氣罐和通過(guò)管道與原料氣罐相連的配氣罐，以及原料氣增壓氣缸P1；各配氣罐通過(guò)連通閥相連；原料氣增壓氣缸P1具有配氣、供氣和供氣增壓的功能，以模擬工業(yè)用原料氣的成分和氣壓；所述產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置包括產(chǎn)品罐和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2，產(chǎn)品氣增壓氣缸P2具有產(chǎn)品儲(chǔ)存和產(chǎn)品氣再循環(huán)功能；控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置和產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置中各管路的電磁閥和增壓缸的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的分離和純化。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述原料供應(yīng)裝置的原料氣罐由原料氣罐Jar-A和原料氣罐Jar-B組成，原料氣罐Jar-A和原料氣罐Jar-B分別通過(guò)管道與配氣罐Can-A和配氣罐Can-B相連，原料氣罐Jar-A和配氣罐Can-A之間的管道上依次串接有單向電磁閥Vsl、調(diào)速閥Jl、減壓閥Al和開關(guān)Kl;配氣罐Can-B和原料氣罐Jar-B之間的管道依次串接有單向電磁閥Vs2、調(diào)速閥J2、減壓閥A2和開關(guān)K2;配氣罐Can-A和配氣罐Can-B通過(guò)管路連接，其間設(shè)有閥門V2d;所述原料供應(yīng)裝置中的氣體從配氣罐Can-A的入口端引出，原料供應(yīng)裝置出口分為兩條管路，一條管路通過(guò)閥門Vld與大氣相通；另一條管路又分為支管路一和支管路二其中支管路一通過(guò)設(shè)置電磁閥Vs3后與原料氣增壓氣缸Pl的入口端相通，原料氣增壓氣缸Pl的出口端通過(guò)閥門V3與吸附分離裝置的入口端相連，支管路二通過(guò)閥門V1后，又分為支管路三、支管路四和支管路五其中，支管路三通過(guò)真空泵Pc直接與大氣相通，支管路四直接與吸附分離裝置的入口端相連，支管路五通過(guò)閥門V5后分為支管路六和支管路七，其中支管路六與產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的入口端相通，支管路七通過(guò)閥門V6與真空表連接，并與大氣相通；所述吸附分離裝置的入口端通過(guò)管路依次道串接有調(diào)速閥J3和流量計(jì)L13，流量計(jì)Ll的出口處分為支管路八和支管路九，其中支管路八上連接單向電磁閥Vs4后與吸附柱Col-A的下端開口連接；支管路九上連接單向電磁閥Vs5后與吸附柱Col-B的下端開口連接；所述吸附柱Col-A的下端開口處通過(guò)管道依次串接有電磁閥Vs6和電磁閥Vs8，吸附柱Col-B的下端開口處通過(guò)管道依次串接有電磁閥Vs7和電磁閥Vs9，電磁閥Vs8和電磁閥Vs9的出口端管路合并后分為支管路十和支管路十一其中支管路十與支管路七匯合后通過(guò)閥門V6與真空表連接，支管路十一與支管路六匯合后與產(chǎn)品氣增壓氣缸P2入口端相通；所述吸附柱Col-A的上端開口處通過(guò)管道連接單向電磁閥Vsll，吸附柱Col-B的上端開口處通過(guò)管道連接單向電磁閥VslO，單向電磁閥Vsll和單向電磁閥VslO的出口端管路合并后分為支管路十二和支管路十三其中支管路十二依次串接有單向電磁閥Vs14、調(diào)速閥和流量計(jì)L2，并與大氣相通，支管路十三又分為支管路十四和支管路十五其中支管路十四通過(guò)連接單向電磁閥Vsl2后，與吸附柱Col-A的上端開口處相接，支管路十五通過(guò)連接單向電磁閥Vsl3后，與吸附柱Col-B的上端開口處相接；所述產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的出口端連接單向閥dl后分為支管路十六和支管路十七其中支管路十六管路上連接有產(chǎn)品罐Jar-P，支管路十七上連接電磁閥Vsl5后分為支管路十八和支管路十九，其中支管路十八上通過(guò)閥門V8與外界相通，支管路十九上通過(guò)閥門V7后連接到吸附分離裝置入口端的調(diào)速閥J3的進(jìn)氣口；所述控制系統(tǒng)包括控制柜和計(jì)算機(jī)，控制柜中集成系統(tǒng)電控線路，計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序?qū)Ρ緦?shí)驗(yàn)系統(tǒng)中涉及的電磁閥Vsl、電磁閥Vs2、電磁閥Vs3、電磁閥Vs4、電磁閥Vs5、電磁闊Vs6、電磁閥Vs7、電磁閥Vs8、電磁閥Vs9、電磁閥VslO、電磁閥Vsll、電磁閥Vsl2、電磁閥Vsl3、電磁閥Vsl4、電磁閥Vsl5、原料氣增壓氣缸P1和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2進(jìn)行自動(dòng)程序控制或手動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)PSA過(guò)程循環(huán)的自動(dòng)控制或手動(dòng)控制和在線屏幕監(jiān)視。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附分離裝置入口端還設(shè)有除雜質(zhì)柱CoW，除雜質(zhì)柱Col-I出口端與調(diào)速閥J3的進(jìn)氣口之間設(shè)有單向閥d2，除雜質(zhì)柱Col-I入口端設(shè)有支管路二十和支管路二H"^—其中支管路二十通過(guò)閥門V2與原料氣增壓氣缸P1的出口相通，支管路二十一連接閥門V4后與閥門VI的出口連接。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述原料氣增壓氣缸P1的動(dòng)力入口端管路和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2的動(dòng)力入口端管路合并后與油氣處理系統(tǒng)和空氣壓縮機(jī)Pac依次相連，所述油氣處理系統(tǒng)包括氣體三大件，用于去除從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的壓縮空氣中存在的油分、灰塵和水分，保證增壓氣缸的工作正常；空氣壓縮機(jī)由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制，用于給原料氣增壓氣缸P1和產(chǎn)品氣增壓氣缸P2提供動(dòng)力。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附柱Col-A和吸附柱Col-B的上部、中部、下部分別設(shè)有溫度傳感器；吸附柱Col-A和吸附柱Col-B上分別設(shè)有壓力傳感器；控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)釆集溫度傳感器和壓力傳感器的信息，并記錄和顯示運(yùn)行過(guò)程中吸附柱內(nèi)的壓力和上、中、下的溫度變化曲線。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述各管道與閥門采用板式集成連接方式。專利摘要本實(shí)用新型提供一種雙柱自控變壓吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其原料供應(yīng)裝置的輸出端與吸附分離裝置的輸入端相連，吸附分離裝置的輸出端與產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置的輸入端相連；所述吸附分離裝置的吸附柱包含雙吸附柱、電磁閥組、溫度傳感器、壓力傳感器和精密壓力表；所述原料供應(yīng)裝置包括至少兩套原料氣罐和通過(guò)管道與原料氣罐相連的配氣罐，以及供氣增壓氣缸P1；各配氣罐通過(guò)連接閥相連；所述產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置包括產(chǎn)品罐和產(chǎn)品氣增壓缸P2；控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制原料供應(yīng)裝置、吸附分離裝置和產(chǎn)品存儲(chǔ)裝置中各管路的電磁閥和增壓缸的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的分離和純化。它主要用于實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)吸附分離過(guò)程，并為工業(yè)上的吸附分離應(yīng)用數(shù)據(jù)和工藝流程提供借鑒和參考。文檔編號(hào)B01D53/047GK201329240SQ20082023850公開日2009年10月21日申請(qǐng)日期2008年12月29日優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日發(fā)明者劉應(yīng)杰,徐龍君,楊明莉,敏辜,鮮學(xué)福申請(qǐng)人:重慶大學(xué)