一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法技术

本发明专利技术公开了一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，涉及从PSA气体分离技术领域，本发明专利技术的技术方案包括，利用膜分离系统将第二段多塔变压吸附系统的冲洗和逆放Ⅰ步骤产生的全部或部分冲洗气体进入膜分离系统进行分离，产生渗透气和非渗透气，并将渗透气和非渗透气用于第一段多塔变压吸附系统的置换和逆向充压过程。通过将两段PSA解吸过程中各步骤有机的耦合与匹配，实现PSA同时回收吸附相与非吸附相组分产品，解决了现有PSA的解吸过程中所存在的吸附相组分产品气收率低、能耗高，非吸附相组分产品气收率低、吸附相获取产品气的PSA负荷增大、吸附效率降低以及非吸附相PSA循环过程中吸附塔之间有效的压力利用减少及其他问题。

An Asymmetric Desorption Method for Simultaneous Recovery of Adsorbed and Non-Adsorbed Phase Components by PSA

The invention discloses an asymmetric desorption method for simultaneously recovering adsorbed phase and non-adsorbed phase components of PSA, which relates to the technical field of gas separation from PSA. The technical scheme of the invention includes: using a membrane separation system, all or part of the flushing gas produced in the second stage multi-tower pressure swing adsorption system and the reverse discharge step I are separated into the membrane separation system to generate permeable gas and non-permeable gas. The permeable and non-permeable gases are used in the displacement and reverse pressurization process of the first stage multi-tower pressure swing adsorption system. Through the organic coupling and matching of each step in the two-stage PSA desorption process, PSA can recover both adsorbed phase and non-adsorbed phase components simultaneously, which solves the problems existing in the existing PSA desorption process, such as low gas yield of adsorbed phase components, high energy consumption, low gas yield of non-adsorbed phase components, increased PSA load of product gas obtained by adsorbed phase, reduced adsorption efficiency and non-adsorbed phase PSA. Reduction of effective pressure utilization between adsorption towers during circulation and other problems.

【技术实现步骤摘要】
一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法
本专利技术属于气体分离的
，更具体的说是涉及一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法。
技术介绍
变压吸附(PSA)分离技术是指在一定的温度下，较高的压力下特定的吸附剂对原料气中吸附质的吸附容量增加；反之，在较低压力下吸附容量减少。较高压力下吸附剂先吸附吸附质，再降低压力使得被吸附的吸附质解吸放出，从而使吸附剂得到再生的过程。对于获取非吸附相组分为产品目的的PSA，其解吸过程一般为顺放/逆放、逆放/抽真空、冲洗、顺向/逆向充压、终充等步骤组成，顺放/逆放与顺向充压、终充等压力变化的过程是通过将正在降压的吸附塔与需要增压的吸附塔之间的均压方式来实现的，这样做的好处是，进一步回收吸附塔内死空间里的吸附相产品组分，在提高产品组分收率的同时，充分利用了吸附塔内的压力，节省了能耗。对于获取吸附相组分为产品目的的PSA，其解吸过程一般为置换、顺放/逆放、逆放/抽真空、顺向/逆向充压、终充等步骤组成，其中的置换为关键步骤。一般采用吸附相组分的产品气体作为置换气体。置换本质上是再生的一种形式，常被放置在吸附步骤完成时在相同的吸附压力下完成的步骤，而且应当选择比吸附相组分目标产品更强吸附力的置换气体(组分)来进行置换。但由于面临后期更强吸附力的置换气体组分与产品组分之间的复杂分离，因而仅采用产品气体作为置换气体更为普遍。不过，一方面，从传质角度看，用产品气进行置换本质上是将吸附剂表面及吸附塔内的吸附相组分浓度增加(过饱和)，进而在降压解吸过程中增大固相中与死空间(相当于“气相”)中吸附相组分的浓度梯度(差)，提高解吸传质速率，进而要求置换气体越纯越好；另一方面，吸附塔中的死空间里充满了较多的非吸附相组分，若采用置换方式来获取吸附相组分的产品，置换作用更是需要顶出死空间里的非吸附相组分为主，进而需要更多的置换气体，进一步加大产品气的循环量及增压所带来的能耗增加。因此，置换是比较差的一种再生方式。由于从吸附相组分获得目标产品过程中有置换步骤的存在，处于顺放/逆放步骤的吸附塔很难与处于逆向增压的吸附塔之间进行均压，也就无法实现PSA特有的节能效果。同时，对于吸附压力较高的工况，因为无法实现多次均压，吸附与解吸的循环操作中的压力变化过大而吸附床层中的流速分布出现湍流，严重干扰吸附与解吸的传质过程，并对吸附剂及程控阀、调节阀等产生较大的冲刷，极易造成吸附剂颗粒的粉化及设备的安全隐患。因此，对从吸附相获取目标产品的PSA过程，一般都采用低压操作，比如，从炼厂干气中回收碳二及以上组分(C2+)、从烟道气中回收二氧化碳(CO2)等，吸附压力小于1.0-1.5MPa。此外，由于逆放/抽空后，无法直接用逆放气或产品气进行逆向增压或终充，而采用非吸附相气体(吸附废气)进行逆向增压或终充，系统里引入过多的杂质，使得吸附效率大幅度下降。直接采用原料气进行终充，吸附相组分浓度相对过高，终充的作用变成了吸附而不是预吸附，极易在随后的吸附与置换步骤中产生深度吸附，解吸非常困难。对于同时从吸附相与非吸附相获取产品的PSA，一般采用两段PSA，比如，从轻烃重整转化混合气中获取CO2与氢气(H2)，第一段PSA获取吸附相组分CO2，第二段PSA获取非吸附相组分H2，两段PSA解吸过程中可以通过第二段PSA的逆放及产品H2，对第一段PSA处于逆向充压及终充的吸附塔进行充压，达到了第一段PSA获取吸附相组分产品(CO2)而无法从第一段PSA自身逆放气、产品气或原料气进行充压的目的，但是，第一段PSA解吸过程的置换步骤仍然需要大量的吸附相组分产品气CO2加压循环作为置换气体，并且需要消耗较多的非吸附相组分产品气H2作为对第一段PSA逆向充压及终充步骤进行充压，同时，减少了第二段PSA吸附塔之间的有效均压，降低了H2收率，并且增加了二段PSA的负荷。即，通过牺牲第二段PSA自身有效的压力利用及产品H2的收率而达到改善第一段PSA逆向充压及终充，而这种对第一段PSA改善的效益并不是特别理想，对第一段PSA解吸过程中最大能耗的置换步骤没有什么帮助，对终充步骤也没有起到预吸附作用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，针对现有PSA的解吸过程中所存在的吸附相置换步骤中其产品气体作为置换气体的循环量大所导致的吸附相组分产品气收率低、能耗高，逆向充压及终充步骤依赖非吸附相组分产品气进行充压所导致的非吸附相组分产品气收率低、吸附相获取产品气的PSA负荷增大、吸附效率降低以及非吸附相PSA循环过程中吸附塔之间有效的压力利用减少等问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，所述PSA系统包括第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统，第一段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、置换、逆放、逆放抽真空、逆向充压I及逆向充压II共六个步骤组成，第二段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、顺放、逆放I、逆放II、冲洗、顺向充压及终充共七个步骤组成；第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统之间设置有膜分离系统，第二段多塔变压吸附系统的冲洗步骤产生的全部或部分冲洗气体进入膜分离系统进行分离，产生渗透气和非渗透气；所述第一段多塔变压吸附系统的置换过程所采用的置换气体来自渗透气和非渗透气中包含更多易吸附组分的一种；所述置换过程产生的置换废气的处理采用一种方式进行或者分为多部分采用多种方式进行，所述置换废气的处理方式包括：与原料气混合、用于第一段多塔变压吸附系统的逆向充压II或者作为排放气排放；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压I所采用的气体来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压Ⅱ所采用的气体来自原料气或置换废气中的一种，或者来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种。采用该技术方案后，将第二段多塔变压吸附系统中的冲洗步骤产生的冲洗气体通入膜分离系统进行分离，利用分离后的气体作为置换气体和逆向充压的气体。由于冲洗气体原本是需要排放的气体，不属于产品气，因而该方案解决了现有从吸附相PSA获取产品组分的置换过程中置换气体循环量过大而导致的能耗过高、消耗的吸附相产品气体过多而导致的产品气收率偏低，以及无法有效地采用原料气进行充压或终充等问题。优选的，所采用的原料气中，作为产品气的吸附相组分与非吸附相组分之间的相对吸附分离系数大于等于4-7，且原料气中的吸附相组分产品组分的含量大于等于体积比10-15％，原料气的温度为20-120℃，压力为1.0-4.0MPa。优选的，所采用的原料气的一部分，作为补充或切换备用，用于作为置换气体或者用于通入膜分离系统进行分离。优选的，膜分离系统前端设置有加压装置和中间罐，所述冲洗气体先进入中间罐，然后经过加压装置的加压后再在膜分离系统中进行分离。优选的，第二段多塔变压吸附系统的冲洗步骤产生的部分冲洗气体用于直接对第一段多塔变压吸附系统完成逆放抽空步骤的吸附塔进行填充空压。优选的，第一段多塔变压吸附系统中逆放产生的逆放气体作为吸附相组分的产品气输出，或一部分作为解吸排放气排出；逆放抽真空产生的逆放抽真空气体作为吸附相组分的产品气输出，或一部分作为解吸排放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，其特征在于：所述PSA系统包括第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统，第一段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、置换、逆放、逆放抽真空、逆向充压I及逆向充压I I共六个步骤组成，第二段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、顺放、逆放I、逆放I I、冲洗、顺向充压及终充共七个步骤组成；第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统之间设置有膜分离系统，第二段多塔变压吸附系统的冲洗步骤产生的全部或部分冲洗气体进入膜分离系统进行分离，产生渗透气和非渗透气；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压I所采用的气体来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压Ⅱ所采用的气体来自原料气或置换废气中的一种，或者来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种；所述第一段多塔变压吸附系统的置换过程所采用的置换气体来自渗透气和非渗透气中包含更多易吸附组分的一种；所述置换过程产生的置换废气的处理采用一种方式进行或者分为多部分采用多种方式进行，所述置换废气的处理方式包括：与原料气混合、用于第一段多塔变压吸附系统的逆向充压I I或者作为排放气排放。...

【技术特征摘要】
1.一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，其特征在于：所述PSA系统包括第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统，第一段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、置换、逆放、逆放抽真空、逆向充压I及逆向充压II共六个步骤组成，第二段多塔变压吸附系统中的过程由吸附、顺放、逆放I、逆放II、冲洗、顺向充压及终充共七个步骤组成；第一段多塔变压吸附系统和第二段多塔变压吸附系统之间设置有膜分离系统，第二段多塔变压吸附系统的冲洗步骤产生的全部或部分冲洗气体进入膜分离系统进行分离，产生渗透气和非渗透气；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压I所采用的气体来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种；所述第一段多塔变压吸附系统的逆向充压Ⅱ所采用的气体来自原料气或置换废气中的一种，或者来自渗透气和非渗透气中包含更多非吸附组分的一种；所述第一段多塔变压吸附系统的置换过程所采用的置换气体来自渗透气和非渗透气中包含更多易吸附组分的一种；所述置换过程产生的置换废气的处理采用一种方式进行或者分为多部分采用多种方式进行，所述置换废气的处理方式包括：与原料气混合、用于第一段多塔变压吸附系统的逆向充压II或者作为排放气排放。2.按照权利要求1所述的一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，其特征在于：所采用的原料气中，作为产品气的吸附相组分与非吸附相组分之间的相对吸附分离系数大于等于4-7，且原料气中的吸附相组分产品组分的含量大于等于体积比10-15％，原料气的温度为20-120℃，压力为1.0-4.0MPa。3.按照权利要求1所述的一种PSA同时回收吸附相与非吸附相组分的不对称解吸方法，其特征在于：所采用的原料气的一部分，作为补充或切换备用，用于作为置换气体或者用于通入膜分离系统进行分离。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运，刘开莉，钟雨明，蔡跃明，
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