一种负压变压吸附的气体分离方法技术

本发明专利技术公开一种负压变压吸附的气体分离方法，包含预处理、负压吸附浓缩工序、精制工序以及回收脱除工序；它是以变压吸附为基础，利用不同物料组分在负压下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取在负压下进行吸附的方式，通过抽空或冲洗解吸，再通过耦合各种分离方法，从而实现变压吸附过程吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离提纯及净化各种混合气体的方法，尤其是分离和提纯相对易吸附（且解吸相对困难的）组分。产生的非吸附气体为中间气体，或成为产品气体及合格排放气体，或进入后续的精制工序进行精制获得产品气体或合格排放气体；产生的解吸气为浓缩气体，依次进入后续回收脱除工序进一步回收或脱除吸附质组分。

A gas separation method for negative pressure pressure swing adsorption

The invention discloses a gas pressure swing adsorption separation method, including pretreatment, negative pressure adsorption concentration process, refining process and recycling and removal process; it is based on PSA based differences in adsorption separation coefficient and the physical and chemical nature of points under negative pressure using different material group, take the adsorption in the way under negative pressure, by evacuating or flushing desorption, through the coupling of various kinds of separation methods, so as to realize the adsorption and desorption process of PSA cycle operation and balance, easy to separate method of purification and purification of various gas mixtures, especially the separation and purification of relatively easy adsorption (desorption and relatively difficult components). Non adsorbed gas produced as intermediate gas, or become the product gas and qualified exhaust gases, or in the subsequent refining process was refined to obtain products of gas or gas produced qualified emissions; desorption gas enriched gas, in order to enter the recovery process following removal further recycling or removal of adsorbate components.

【技术实现步骤摘要】
一种负压变压吸附的气体分离方法
本专利技术涉及气体分离
，更具体的说是涉及一种负压变压吸附的气体分离方法。
技术介绍
气体分离在石油化工、煤化工、生物医药、精细化工、电子、发电、煤炭、食品、日用品等各行各业得到广泛应用，尤其在大气环境保护、工业废气综合治理及工业生产节能减排中，气体分离已成为最主要的技术方法与手段。气体分离一般把含多种组分的混合原料气体中需要脱除一些杂质组分，且这些杂质组分含量（浓度，均按体积比%，以下类同）小于1~10%，该分离过程称为净化，即脱除；其余分离过程称为分离提纯或提取。气体分离的技术方法包括，蒸馏、吸收、萃取、膜分离、干燥及吸附等化工单元操作。针对所分离目标组分及混合原料气体组分的不同与相应的分离原理不同，选择不同的分离方法加以处理。由于多数工业实际应用中所处理的原料气体组分、浓度、温度、压力及处理量等工况的复杂性，单一的分离方法难以发挥作用，因此，大部分需要对各种分离方法加以组合，才能有效地应用来解决气体分离过程的许多技术瓶颈，包括扩大应用领域，降低能耗与成本，提高效率及产品气体纯度等等。吸附分离过程是利用多孔固体（吸附剂）处理混合物流体（气体或液体），使其中所含的一种或多种组分集聚或凝缩在其表面，达到分离目的的化工单元操作，在石油化工、煤化工、精细化工、冶金、电子、医药、环境保护，以及气体工业等领域广泛应用，其中，液相吸附主要处理液体分离，气相吸附主要处理混合气体的分离提纯与净化。气体吸附主要包括变压吸附（PSA）与变温吸附（TSA）两大类，也有其他类型的吸附，包括变压变温吸附（TPSA）及吸附与其他分离技术耦合。气体吸附分离往往被认为是终极的单元操作，可以提取高纯度的产品气体以及深度脱除一些杂质，无法承担类似精馏、吸收等传统分离技术的基础性的分离任务，同时，在许多工况下，也无法充分利用原料气体自身能量；任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。变压吸附（PSA）：如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压（降至常压或抽真空）过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生。真空变压吸附（VPSA）：是变压吸附的一种，利用抽真空的办法降低被吸附组分的分压，使吸附的组分在负压下解吸出来。PSA是通过改变压力来达到吸附和解吸的目的。吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，在一定温度下，它通常是由加压吸附、减压再生所组成的吸附-解吸（再生）循环操作系统；变压吸附PSA法尽管产品纯度高，设备简单，装置能耗低，可自动化操作简便，但传统PSA也有一些显著缺点：产品收率较低；解决不了吸附与解吸之间的矛盾，限制了许多场合中的应用，比如对微量杂质的脱附净化、分压较低组分的吸附回收等；对弱极性的的杂质难以吸附，强极性的微量杂质难以解吸再生等。变温吸附（TSA）：在压力一定时，利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的操作方法，称为变温吸附（TSA）。除吸附和脱附外，整个变温吸附操作中还包括对脱附后的吸附剂进行干燥、冷却等辅助环节。由于TSA方法能耗高、吸附剂用量大、吸附再生时间难以匹配、应用场合窄、需要选择热载体作为再生气体等技术瓶颈；操作困难、吸附剂使用寿命短等实际问题。因此变温吸附常用于微量杂质或难解吸杂质的脱除，其优点是可再生彻底，回收率较高，产品气体损失少，目前仍为一种应用较广的方法。变温变压吸附（TPSA）分离方法是TSA方法与变压吸附（PSA）方法的一种耦合，即TPSA方法，是以PSA方法为主，与TSA方法有着本质上的区别。TPSA方法一般是在常温常压下进行吸附，在再生过程中加温并把压力降至大气压，甚至负压。TPSA方法可以克服一般TSA方法再生过程中的一些局限，使得TSA方法再生过程中所需的能耗及再生时间有所减少，进而达到与吸附时间相匹配的目的。然而，由于这种TPSA方法仍然是以PSA为主体，再生过程主要需要靠变压而非仅仅依靠变温来完成的，并没有从根本上解决TSA方法能耗高、吸附剂用量大、吸附再生时间难以匹配、应用场合窄、需要选择热载体作为再生气体等技术瓶颈。有些工况，TPSA方法应用也会带来了操作困难、投资增加、吸附剂使用寿命短等实际问题。对于较高沸点的碳氢化合物组分（C2+组分等）；沸点高的醇类、醚类、酮类、酯类、苯、萘等；油质及焦油质、淀粉质、大分子有机化合物、蛋白质；乙烯裂解气、乙烯尾气、炼厂干气、焦炉煤气等混合尾气；传统的变压吸附和变温吸附工艺并不能将其有效地进行分离提纯，要么吸附以后不能解吸，要么吸附再生时间难以匹配，操作困难，装置不能实施运行。因此现有的技术对于此类混合气体无能为力，大多被作为燃料气或放火炬烧掉，造成了资源浪费和环境污染。例如天然气净化；乙烯及炼厂尾气中回收乙烯乙烷等的碳二及以上组分（C2+），低温甲醇洗尾气等中的碳二及以上轻烃等价值较高的组分回收；药厂尾气治理；聚烯烃尾气烃类回收等等。一般吸附分离方法可以通过与精馏、吸收等传统耗能的分离方法进行适当的耦合，解决传统分离方法能耗大、纯度不高等普遍存在的一些局限与缺点。但是，这种耦合工艺绝大部分仍然是在传统的PSA或者TSA的基础上加以调节或配套，从根本上无法解决传统分离方法的诸多问题，同时也无法充分利用原料气体自带所特有的能量或无法拓展一般变压吸附或变温吸附或变温变压吸附的应用领域。在一个待分离系统的平衡吸附曲线中，相对易吸附组分在分压较低的范围内，其由于极易吸附而导致的吸附曲线比较陡，整个曲线呈现较大的弯曲度。比如，在干气、天然气中的乙烯乙烷、丙烯丙烷的PSA分离回收或净化，烯烃的吸附曲线比较陡，其弯曲度比烷烃的要大，这不利于提升吸附效率提升。为了改变这种效应，我们通过加温，使得烯烃吸附曲线相对于烷烃而言更加平缓，虽然相对的分离系数有所下降，但其相对的分离系数变化率（Δk）有所增加，这就使得两者组分得以在一定的分压范围内分离系数最大时而分离。同样，在负压下，尤其是净化过程，待净化掉的杂质组分分压很低情况下，原本瞬间就被吸附的吸附过程中，吸附曲线的弯度相对平缓，吸附初期也没有那么陡，吸附能（势）没有如常规那样那么大，这样，便于控制分离系统的吸附效率（比如吸附深度、吸附时间等），使得解吸也相应地得到缓解。通过温度的改变，使得吸附曲线有所变动，同样通过压力的变化，尤其是在负压下，使得吸附曲线比在压力情况下变动加大。本专利技术就是在上述背景下应运而生。
技术实现思路
负压变压吸附（英文全称：Sub-PressureSwingAdsorption，简称：SPSA）是一种以变压吸附技术为基础，利用不同物料组分本身在负压下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取在负压下进行吸附的方式，通过抽空或冲洗解吸，再通过耦合各种分离方法，从而实现变压吸附过程吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离提纯及净化各种混合气体的方法，尤其是分离和提纯相对易吸附（且解吸相对困难的）组分。此类物质易吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负压变压吸附的气体分离方法，其特征在于，包含预处理、负压吸附浓缩工序、精制工序以及回收脱除工序；所述负压吸附浓缩工序之前设置预处理工序；负压吸附浓缩工序采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，吸附温度为‑80~100℃，在负压下进行吸附的方式，通过抽空或冲洗解吸，来分离和提纯相对易吸附（且解吸相对困难的）组分；产生的非吸附气体为中间气体，或成为产品气体及合格排放气体，或进入后续的精制工序进行精制获得产品气体或合格排放气体；产生的解吸气为浓缩气体，依次进入后续回收脱除工序进一步回收或脱除吸附质组分。

【技术特征摘要】
1.一种负压变压吸附的气体分离方法，其特征在于，包含预处理、负压吸附浓缩工序、精制工序以及回收脱除工序；所述负压吸附浓缩工序之前设置预处理工序；负压吸附浓缩工序采用多塔串联或并联工艺，交替循环操作，吸附温度为-80~100℃，在负压下进行吸附的方式，通过抽空或冲洗解吸，来分离和提纯相对易吸附（且解吸相对困难的）组分；产生的非吸附气体为中间气体，或成为产品气体及合格排放气体，或进入后续的精制工序进行精制获得产品气体或合格排放气体；产生的解吸气为浓缩气体，依次进入后续回收脱除工序进一步回收或脱除吸附质组分。2.如权利要求1所述的一种负压变压吸附的气体分离方法，其特征在于，所述原料气体是如下各种组分的一种或多种：1）低沸点组分：氢气、氮气、氧气、一氧化碳、甲烷、氩气、氦气；2）较高沸点的碳氢化合物组分：乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、碳四及以上组分；3）易挥发或易与水形成共沸物的含氧化合物组分：醇类、醚类、酮类、酯类、苯、萘；4）水、二氧化碳、氨及含氨化合物、硫及含硫化合物、油质及焦油质、淀粉质、大分子有机化合物、蛋白质；5）空气、乙烯裂解气、乙烯尾气、炼厂干气、焦炉煤气、含硫化氢富氢气、低温甲醇洗尾气、合成气、合成氨驰放气、甲醇尾气、三顶瓦斯气、含一氧化碳炼钢尾气、醋酸尾气、糖基化尾气、乙烯或丙烯尾气、聚烯烃尾气、氯碱尾气、沼气、天然气、生物质气、烟道气、易挥发有机蒸汽、医药尾气以及工业纯化气体或工业尾气等。3.如权利要求1所述的一种负压变压吸附的气体分离方法，其特征在于，所述原料气体在进入负压吸附浓缩工序前还要进行预处理工序，对原料气体进行除尘、初步浓缩或初步纯化操作，并将原料气体的温度调节至-80~100℃。4.如权利要求1所述的一种负压变压吸附的气体分离方法，其特征在于，所述预处理工序包括以下操作的一种或多种：1）初步除杂操作，采用干燥、吸附、冷凝或洗涤吸收方式将原料气体中的水份、油雾以及影响变压吸附浓缩工序的杂质组分进行初步脱除；2）调温操作，采用热交换或冷却的形式调节原料气体的温度；所述初步除杂操作在除尘装置、水冷塔、洗涤塔、冷凝塔、精馏塔、变压吸附塔或一次性吸附塔中进行；所述调温操作的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开莉，钟雨明，蔡跃明，陈运，
申请(专利权)人：四川天采科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51