一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法技术

本发明专利技术公布了一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，通过变压吸附装置实现脱除工业气体中的二氧化碳；变压吸附装置包括至少四个吸附塔和多个用于控制气流的控制阀门；每个吸附塔中均装有能选择吸附二氧化碳的吸附剂；工业气体通过吸附塔，每个吸附塔均依次经历吸附、高压氮气置换、逆放、低压氮气冲洗、终充、预吸附步骤；通过选择步骤的时间设计不同的工艺流程；通过控制阀门的开关设置多塔工艺的时序步骤，通过多塔交替使用实现对含二氧化碳工业气体的连续脱碳，得到含氢气的净化气。本发明专利技术方法能够提高产品氢气回收率，减少投资和运行费用，且工艺简单、通用性强。

A Pressure-swing Adsorption Method for Removal of Carbon Dioxide from Industrial Gases

The invention discloses a pressure swing adsorption method for removing carbon dioxide from industrial gases, which realizes the removal of carbon dioxide from industrial gases through a pressure swing adsorption device; the pressure swing adsorption device includes at least four adsorption towers and several control valves for controlling air flow; each adsorption tower is equipped with an adsorbent capable of selectively adsorbing carbon dioxide; industrial gases are adsorbed through an adsorption tower, each of which absorbs carbon dioxide. The attached towers are successively subjected to adsorption, high-pressure nitrogen replacement, inversion, low-pressure nitrogen flushing, final charge and pre-adsorption steps; different process flows are designed by choosing the time of the steps; sequential steps of multi-tower process are set by controlling the switch of the valve, and continuous decarbonization of industrial gas containing carbon dioxide is achieved by alternating use of multi-towers to obtain purified gas containing hydrogen. The method of the invention can improve the hydrogen recovery rate of the product, reduce investment and operation cost, and has simple process and strong versatility.

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法
本专利技术属于气体分离
，具体涉及一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法。
技术介绍
对于涉及二氧化碳的工业生产过程，处理二氧化碳主要有两个方面的目的：一方面是从混合气中净化脱除二氧化碳，另一个方面是从混合气中提纯二氧化碳。在很多工业生产过程中二氧化碳的存在会对生产具有不利影响，必须予以脱除，例如，合成氨变换气中含有18％～28％的二氧化碳，在进合成氨精炼工段前必须脱去二氧化碳，所得氢气和氮气用来生产合成氨；合成氨原料气采用乙醇胺循环脱硫时，二氧化碳对乙醇胺吸收H2S有严重的影响；在高密度聚乙烯生产过程中，原料气中含有的二氧化碳杂质会使催化剂活性大幅度下降，在环氧乙烷的生产中杂质气二氧化碳的积累会影响Ag催化剂的活性。因此选用高效而又经济的脱除二氧化碳(以下简称脱碳)方法非常重要。目前工业上采用的二氧化碳分离方法主要有：溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法等。这些方法在经济性、选择性以及适用性等方面都存在各自的特点，现在工业上应用最为广泛的脱碳方法是溶剂吸收法和变压吸附法。近几十年来，经过许多研究和设计单位对变压吸附法脱除二氧化碳过程的改进，变压吸附法装置生产能力不断提高，脱除二氧化碳后产品气纯度能够满足不同生产过程要求，但是对有效组分(如：氢气、一氧化碳)的回收率较低。传统的变压吸附脱除二氧化碳工艺，如中国专利CN1069708A所示，其每个吸附塔通常经历吸附(A)、均压降(ED)、逆放(BD)、抽真空(V)、均压升(ER)、终充(FR)等六个基本步骤；CN1069708A的氢气回收率可达到95％，其实施例中氢气最高回收率达97.71％。然而，现有技术中的氢气回收率仍然需要进一步提高，且其投资费用和运行费用高，需要进一步对现有技术进行改进，使得能够在提高氢气最高回收率的同时，降低投资费用和运行费用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，其在提高产品氢气的回收率的同时大幅降低投资费用和运行费用，氢气回收率达99.5％以上。本专利技术申请人意外发现，在变压吸附循环中，增加高压氮气置换和低压氮气冲洗步骤，可实现增加氢气的回收率同时可取消抽空步骤，氢气的回收率高达99.5％以上。本专利技术提供的技术方案是：一种采用变压吸附装置脱除工业气体中的二氧化碳的方法，所述变压吸附装置包括至少四个吸附塔；含二氧化碳的工业气体以一定压力通过吸附塔；每个吸附塔都依次经历吸附步骤、高压氮气置换步骤、逆放步骤、低压氮气冲洗步骤、终充步骤、预吸附步骤等六个基本步骤。进一步优选，一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，通过变压吸附装置来实现脱除含氢气、二氧化碳等的工业气体中的二氧化碳，变压吸附装置包括至少四个吸附塔和多个用于控制气流的流通断开的控制阀门；含二氧化碳的工业气体在常温下以一定压力通过吸附塔，每个吸附塔中均装有能选择吸附二氧化碳的吸附剂；每个吸附塔都依次经历吸附、高压氮气置换、逆放、低压氮气冲洗、终充、预吸附等六个基本步骤。上述六个基本步骤中，可以选择步骤的时间设计不同的工艺流程；通过控制阀门的开关设置四塔或多塔工艺步骤的时序步骤，通过四塔或多塔交替使用实现对含二氧化碳工业气体的连续脱碳。本专利技术的变压吸附循环的具体工艺过程控制如下：1、吸附(A)：根据处理气量的不同，选用一个或多个吸附塔同时进工业气体。吸附压力选择为0.3～4.5MPa(表压)，优化选择为0.5～3.0MPa(表压)。吸附塔中的吸附剂可选用分子筛、活性炭、硅胶、以及其它能选择性吸附二氧化碳的吸附剂。工业气体从吸附塔的进气端进入，二氧化碳气作为杂质被吸附剂吸附，其余气体作为产品气从塔的上部引出。2、高压氮气置换(N2C)：在吸附结束后，从吸附塔的进气端引入与工业气体压力相同的高压氮气，将吸附塔死空间中的气体和因氮气的进入从吸附剂上解吸下来的气体顺着进气方向推出塔外，置换尾气(吸附塔死空间中的气体和因氮气的进入从吸附剂上解吸下来的气体)可直接进入另一个已终充结束的塔中进行预吸附，或者进入置换尾气缓冲罐中，以回收塔内有效气体组分。置换尾气如果是进入另一个终充结束的塔中进行预吸附，高压氮气的用量选择为进气量的20％～50％(摩尔比)，优化选择25％～35％(摩尔比)。置换尾气如果是进入置换尾气缓冲罐中，则高压氮气的用量选择为进气量的5％～25％(摩尔比)，优化选择5％～15％(摩尔比)；置换尾气缓冲罐压力选择为吸附压力的20％～60％，优化选择30％～50％；置换尾气缓冲罐体积选择为吸附塔的1-8倍，优化选择3～4倍。3、逆放(BD)：高压氮气置换结束后，即将塔内的气体逆着进气方向排放到塔外，直至塔内压力降至大气压，此时吸附剂得到部分解吸。4、低压氮气冲洗(N2P)：逆放之后，为了使吸附剂得到更深层的解吸，从吸附塔上部的产品气端引入低压氮气，对吸附床层进行冲洗，冲洗气体逆着进气方向排放到塔外。冲洗氮气的用量选择为进气量的2％～15％(摩尔比)，优化选择4％～8％(摩尔比)；压力选择为0.05～0.5MPa(表压)，优化选择0.05～0.2MPa(表压)。5、终充(FR)：低压氮气冲洗结束后，用产品气从产品端进气，或用置换尾气从进气端进气，对吸附塔进行最终充压，使得吸附塔内压力达到吸附工作压力。6、预吸附(BA)：终充结束后，将从一个处于高压氮气置换步骤中的吸附塔的置换尾气从进气端引入终充结束的塔中进行预吸附；或者将置换尾气缓冲罐中的气体通过增压泵增压达到吸附压力后，从进气端引入终充结束的塔中进行预吸附。预吸附结束后，该塔即可进入下一个循环的吸附步骤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种变压吸附脱除工业气体中的二氧化碳的方法，通过变压吸附装置来脱除工业气体中的二氧化碳，得到含氢气的净化气，具有能提高产品氢气回收率，减少投资和运行费用，以及工艺简单、通用性强的特点。具体地，本专利技术具有的优点包括：(一)进一步提高氢气的回收率。由于采用了高压氮气置换，充分回收吸附塔内死空间中的氢气组分，在产品气中的二氧化碳浓度小于1％(摩尔百分含量)的情况下，氢气的回收率也能达到99.5％以上。(二)降低投资费用和运行费用。由于采用低压氮气冲洗的方法再生吸附剂，不再采用传统的抽真空的方法，工艺中不再需要真空泵，所以能降低投资费用和运行费用。即使对于使用置换尾气缓冲罐的情况而言，虽在预吸附时需使用增压泵，但增压泵的投资费用和运行费用均小于真空泵。(三)工艺简单，通用性强，可适用于对合成氨等需要脱碳、有氮气源，且对产品气中氮气含量没有严格要求的气体进行脱碳分离。附图说明图1是本专利技术提供的变压吸附脱除工业气体中二氧化碳方法的流程框图；其中，A～D为吸附塔。具体实施方式下面结合附图，通过实施例进一步描述本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术的范围。本专利技术提供一种变压吸附脱除二氧化碳的方法，通过变压吸附装置来脱除工业气体中的二氧化碳。变压吸附装置包括至少四个吸附塔和多个用于控制气流的流通断开的控制阀门，含二氧化碳的工业气体在常温下以一定压力通过吸附塔，每个吸附塔中均装有能选择吸附二氧化碳的吸附剂；每个吸附塔都依次经历吸附、高压氮气置换、逆放、低压氮气冲洗、终充、预吸附等六个基本步骤。上述六个基本步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用变压吸附装置脱除工业气体中的二氧化碳的方法，其特征在于，所述变压吸附装置包括至少四个吸附塔；含二氧化碳的工业气体以一定压力通过吸附塔；每个吸附塔都依次经历吸附步骤、高压氮气置换步骤、逆放步骤、低压氮气冲洗步骤、终充步骤、预吸附步骤六个基本步骤。

【技术特征摘要】
1.一种采用变压吸附装置脱除工业气体中的二氧化碳的方法，其特征在于，所述变压吸附装置包括至少四个吸附塔；含二氧化碳的工业气体以一定压力通过吸附塔；每个吸附塔都依次经历吸附步骤、高压氮气置换步骤、逆放步骤、低压氮气冲洗步骤、终充步骤、预吸附步骤六个基本步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变压吸附装置还包括多个用于控制气流的控制阀门；通过控制阀门的开关设置多塔工艺的时序步骤，通过多塔交替使用实现对含二氧化碳工业气体的连续脱碳。3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，氢气的回收率达99.5％以上。4.根据权利要求1或3任一项所述的方法，其特征在于，所述高压氮气置换步骤包括：在吸附步骤结束后，从吸附塔的进气端引入与工业气体压力相同的高压氮气，将死空间中的气体和因高压氮气的进入从吸附剂上解吸下来的气体顺着进气方向推出塔外；和/或,所述低压氮气冲洗步骤包括：逆放之后，为了使吸附剂得到更深层的解吸，从产品气端引入低压氮气，对吸附床层进行冲洗，冲洗气体逆着进气方向排放到塔外；优选，冲洗氮气的用量为进气量的2％～15％摩尔比，更优选为进气量的4％～8％摩尔比；优选，压力为0.05～0.5MPa表压，更优选为0.05～0.2MPa表压。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述高压氮气置换步骤进一步包括：置换尾气直接进入另一个已终充结束的吸附塔中进行预吸附，或者进入置换尾气缓冲罐中，以回收吸附塔内的有效气体组分；优选，置换尾气如果是进入另一个已终充结束的吸附塔中进行预吸附，置换氮气的用量选择为进气量的20％～50％摩尔比；优选，置换尾气如果是进入置换尾气缓冲罐中，则置换氮气的用量选择为进气量的5％～25％摩尔比；优选，置换尾气缓冲罐的压力为吸附压力的20％～60％；置换尾气缓冲罐的体积为吸附塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舟，李世刚，
申请(专利权)人：北京北大先锋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11