本发明专利技术涉及变压吸附脱碳技术领域，公开了一种变压吸附脱碳的新型饱和吸附工艺及其装置。该工艺利用并列设置的吸附塔，将原料气中的CO2气体经过吸附塔内的吸附剂吸附脱除，得到净化气，工艺的每个循环包括吸附、均压降、回收、抽真空、均压升、隔离和最终升压，吸附包括前吸附、吸附和后吸附；前吸附的具体过程为输入其他吸附塔在后吸附阶段的输出气，输出净化气；吸附的具体过程为输入原料气，输出净化气；后吸附的具体过程为输出超过净化气指标的气体，用以作为前吸附的输入气或最终升压的终充气体；最终升压为采用其他吸附塔后吸附输出的超过净化气指标的气体对本吸附塔进行升压。本发明专利技术具有CO2吸收率高、气体有效组分损失小等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附脱碳的饱和吸附工艺及其装置
本专利技术涉及变压吸附脱碳
，更具体地说，特别涉及一种变压吸附脱碳的饱和吸附工艺及其装置。
技术介绍
变压吸附(PSA)的工作原理：利用吸附剂对不同吸附质的选择性吸附及吸附剂对吸附质的容量随压力变化而有差异的特性，在吸附剂选择性吸附的条件下，高压吸附原料气中的特定组分，低压下解吸所吸附的这些特定组分而使吸附剂获得再生，同时，设计采用多套吸附装置，分组变动各组的工作压力，可以达到连续分离原料气中特定组分的目的，从而实现连续生产。变压吸附脱碳即利用PSA原理和专用吸附剂，用来脱除变换气中的CO2，达到净化合成氨生产原料气的目的。目前，变压吸附脱碳已广泛应用于化工生产，但因为吸附剂在吸附CO2的同时，对净化气中的H2、N2、CO等有效气体也有一定吸附作用，因为对CO2吸附能力最强，所以当原料气中CO2浓度越高时，吸附剂对其他气体的吸附量就越小，因此，当吸附剂中CO2达到饱和时，有效气体损失将最小。实际生产中，净化气中CO2气体含量要求较低(一般小于1％)，所以，吸附剂中CO2未达到饱和状态即要中止吸附，故而，仍有相当数量的有效气体存留在吸附剂中，虽然通过多次均压降及回收，有效气体损失已有所减少，但因为吸附剂解吸时，内部的有效气体还是随CO2一起被真空泵抽出，造成气体有效组分损失。因此，降低气体损失的根本措施，在于提高吸附剂中CO2的饱和浓度，但出口净化气的工艺要求不允许CO2超限，而传统工艺流程中，吸附只有一种形式，即要求全阶段始终输入原料气，输出净化后的净化气，由于净化气限制CO2浓度太低，所以造成大量有效组分被同时吸附，也最终被同时解吸，这是造成气体损失的根源。现有技术中的吸附工艺包括一段法和二段法。传统的一段法因为净化气指标要求CO2含量很低，所以无法在解吸气中得到高浓度的CO2气体，这也意味着解吸气中H2、N2含量高，气体损失大。二段法即两段变压吸附脱碳方法(专利号：CN01108694)，该方法中两段变压吸附装置串联操作，第一段装置进口接变换工段来的原料气，出口接第二段装置入口，主要用来提高吸附剂内的CO2浓度，从解吸气中提取高浓度的CO2(浓度>95％)用于尿素生产，第二段装置进口接第一段装置出口，出口接产品净化气(至压缩或后续工段),主要用来分离气体中的有效组分(如H2、N2等)，确保净化气指标，用于合成氨生产。参阅图1和图2所示，为传统的一段法的工艺流程及步序表，从变换来的原料气经吸附塔中吸附剂选择性的吸收水及二氧化碳等组分，不易吸附的氢气、氮气、甲烷、一氧化碳等组分从出口端进入压缩三段或后续工段，每个吸附塔在一个循环周期内依次经历吸附A、顺放FD、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、回收RG、抽空V、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最终升压FR等工艺步骤。现以a塔为例，对照图2，说明该变压吸附装置各吸附塔在一个循环过程中的工艺步骤：1、吸附A：此时，a塔已完成最终升压FR步骤(上个循环31、32步)，打开程控阀1a、2a，原料气进入吸附塔a，吸附塔a内的吸附剂选择性的吸收水及二氧化碳等组分，不易吸附的氢气、氮气、甲烷、一氧化碳等组分从程控阀2a出口端进入压缩三段或后续工段，随着时间的推移，吸附剂中的水及二氧化碳不断增加，当上述组分达到一定程度时，停止进气，吸附结束，此时关闭程控阀1a，出口气CO2浓度控制在净化气指标(一般为0.2％～1％)。2、顺放FD：吸附结束后，因为吸附塔顶部吸附剂内CO2浓度较低，有效组分(H2、N2等)浓度较高，此时打开程控阀3a、k2，随着吸附塔内压力的一定释放，吸附剂内的有效组分率先解吸，气体同样作为净化气输出至后工段，压力稳定后关闭程控阀k2。3、第一次均压降，简称一均降E1D，顺放结束后，打开程控阀3a、3e，a塔内的气体进入e塔对e塔进行一均升，当a、e两塔压力基本平衡后，关闭程控阀3a、3e。4、第二次均压降，简称二均降E2D，一均降结束后，打开程控阀4a、k3，a塔内的气体进入j塔对j塔进行二均升，当a、j两塔压力基本平衡后，关闭程控阀k3。5、第三次均压降，简称三均降E3D，二均降结束后，打开程控阀4a、4f，a塔内的气体进入f塔对f塔进行三均升，当a、f两塔压力基本平衡后，关闭程控阀4a、4f。6、第四次均压降，简称四均降E4D，三均降结束后，打开程控阀5a、k4，a塔内的气体进入i塔对i塔进行四均升，当a、i两塔压力基本平衡后，关闭程控阀k4。7、第五次均压降，简称五均降E5D，四均降结束后，打开程控阀5a、5g，a塔内的气体进入g塔对g塔进行五均升，当a、g两塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、5g。8、回收RG，五均降结束后，a塔内压力已经很低，打开程控阀6a，a塔内气体逆放进入回收管道，回收气体一般经过再次加压并入原料气入口，此外，还有其他回收方式，在此不一一并举。9、抽真空V，回收结束后，打开程控阀7a，真空泵从a塔底部将气体抽出，抽真空结束后，关闭7a。10、第五次均压升，简称五均升E5R，抽真空结束后，打开程控阀5a、5c，c塔内的气体进入a塔对a塔进行五均升，当a、g两塔压力基本平衡后，关闭程控阀5c。11、第四次均压升，简称四均升E4R，五均升结束后，打开程控阀5a、k4，i塔内的气体进入a塔对a塔进行四均升，当a、i两塔压力基本平衡后，关闭程控阀5a、k4。12、第三次均压升，简称三均升E3R，四均升结束后，打开程控阀4a、4d，d塔内的气体进入a塔对a塔进行三均升，当a、d两塔压力基本平衡后，关闭程控阀4d。13、第二次均压升，简称二均升E2R，三均升结束后，打开程控阀4a、k3，j塔内的气体进入a塔对a塔进行二均升，当a、j两塔压力基本平衡后，关闭程控阀4a、k3。14、第一次均压升，简称一均升E1R，二均升结束后，打开程控阀3a、3e，e塔内的气体进入a塔对a塔进行一均升，当a、e两塔压力基本平衡后，关闭程控阀3e。15、最终升压FR，一均升结束后，打开程控阀3a、k1，利用处于吸附状态的吸附塔的出口气从顶部对a塔充压，当a塔压力升至吸附压力时，关闭程控阀3a、k1；至此，a塔完成了一个循环，又可进入下个循环。b～h吸附塔与a塔循环步骤一样，只是时间上相互错开，i塔和j塔为均压塔(没有填充吸附剂)，仅供气体暂存使用，便于增加均压次数，其中，i塔用于四均气体暂存，j塔用于二均气体暂存。参阅图3所示，为二段变压吸附脱碳流程图，由图可以看出，二段法由两套一段变压吸附脱碳装置串联而成，其第一段由吸附塔a～f组成，第二段由吸附塔A～F组成，两套装置均遵循传统一段法的工艺流程，仍然为吸附、顺放、均压降、回收、抽真空、均压升、最终升压等阶段，在此不重复描述。与一段法所不同的是，其出口净化气指标(0.2％～1％)由第二段控制，第一段出口气接第二段入口，第一段出口气指标可提升至10％，所以，其一段的解吸气CO2浓度可稳定在95％以上，作为尿素生产的原料气，实验证明，二段法中其第一段的气体有效组分(H2、N2、CO等)损失极小。二段法中之所以能从解析气中得到高浓度CO2，原因在于第一段的出口指标(气体中CO本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变压吸附脱碳的新型饱和吸附工艺，利用并列设置的吸附塔，将原料气中的CO2气体经过吸附塔内的吸附剂吸附脱除，以得到净化气，所述吸附工艺的每个循环包括吸附、均压降、回收RG、抽真空V、均压升、隔离Q和最终升压FR，其特征在于：所述吸附包括前吸附A1、吸附A和后吸附A2；所述前吸附A1的具体过程为输入其他吸附塔在后吸附A2阶段的输出气，输出净化气；所述吸附A的具体过程为输入原料气，输出净化气；所述后吸附A2的具体过程为输出超过净化气指标的气体，用以作为前吸附A1的输入气或最终升压FR的终充气体；所述最终升压FR为采用其他吸附塔后吸附A2输出的超过净化气指标的气体对本吸附塔进行升压。
【技术特征摘要】
1.一种实现变压吸附脱碳的新型饱和吸附工艺的装置，新型饱和吸附工艺利用并列设置的吸附塔，将原料气中的CO2气体经过吸附塔内的吸附剂吸附脱除，以得到净化气，所述吸附工艺的每个循环包括吸附、均压降、回收RG、抽真空V、均压升、隔离Q和最终升压FR，所述吸附包括前吸附A1、吸附A和后吸附A2；所述前吸附A1的具体过程为输入其他吸附塔在后吸附A2阶段的输出气，输出净化气；所述吸附A的具体过程为输入原料气，输出净化气；所述后吸附A2的具体过程为输出超过净化气指标的气体，用以作为前吸附A1的输入气或最终升压FR的终充气体；所述最终升压FR为采用其他吸附塔后吸附A2输出的超过净化气指标的气体对本吸附塔进行升压，从底部对吸附前的塔进行顺序充压；所述装置包括多组并列设置的吸附塔(a，b，c……)，与吸附塔(a，b，c……)的底部连接用于通入原料气的原料进气阀(1a，1b，1c……)，与吸附塔(a，b，c……)顶部连接用于输出净化气的净化气出气阀(2a，2b，2c……)，与吸附塔(a，b，c……)顶部连接的用于均压降和均压升的第一均压阀(3a，3b，3c……)、第二均压阀(4a，4b，4c……)和第三均压阀(5a，5b，5c……)，分别通过第一控制阀K3和第二控制阀K4与第二均压阀(4a，4b，4c……)和第三均压阀(5a，5b，5c……)连通的第一均压塔i和第二均压塔j，与吸附塔(a，b，c……)的底部连接的回收阀(6a，6b，6c……)和真空泵进口阀(7a，7b，7c……)，其特征在于：还包括连接在第一均压阀(3a，3b，3c……)与吸附塔(a，b，c……)的底部之间的第三控制阀K1和吸附阀(8a，8b，8c……)，以及与第三控制阀K1连接的手动阀V1。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述均压降包括一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D和五均降E5D；所述均压升包括五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋明刚，
申请(专利权)人：湖南三箭自控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。