一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法技术

本发明专利技术提供了一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，所述方法包括：(1)原料气进入第一吸附塔，进行吸附操作至吸附剂达到饱和；(2)将吸附后的第一吸附塔进行均压操作；(3)将产品气通入对未吸附气体进行置换，将置换出的气体吹扫进其他吸附塔；(4)将置换后的第一吸附塔再次进行均压操作；(5)将第一吸附塔进行真空解吸，得到产品气；(6)将解吸后的第一吸附塔进行充压。本发明专利技术采用上述工序使多个吸附塔配合，实现了易吸附气体的增浓，尤其是以产品气作为置换气，并使置换出的气体进入其他吸附塔，置换后进行均压操作，不仅提高置换效果，还可提高易吸附组分的浓度和回收率。

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法
本专利技术属于气体吸附
，涉及一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，尤其涉及一种含产品气置换的变压吸附法增浓易吸附气体的方法。
技术介绍
变压吸附是化学工业中常用的一种气体分离方式，由于其灵活性强、运行成本低、分离效果佳等优势得到广泛的工业应用。根据需要吸附分离后可以回收易吸附的气体，也可以回收难吸附的剩余气体，或者两者同时回收。其中，吸附剂是影响分离效果的因素之一，吸附流程的设计优化对分离效果的提升同样至关重要。目前，气体吸附分离的流程一般包括吸附、均压、解吸、终充的步骤，而置换也是吸附流程中常用的操作之一，可用于在一定程度上提高产品浓度，但是进行置换操作时，吸附塔内的气体除了杂质气还有部分产品气，置换后的气体直接排放会造成目标产品气的损失，降低产品回收率的同时还可能造成污染，而若将置换后的气体输送回原料罐，则会降低吸附剂的气体处理量。此外，在高压条件下进行气体分离时，一般采用低压置换，低压置换操作不仅对产品气的増浓效果有限，而且会由于目标气体分压的降低而导致气体解吸，反而降低了目标气体的处理量以及增浓效果。CN107694284A公开了一种多塔置换真空变压吸附浓缩煤气层甲烷的方法，主要包括加压、CH4吸附、CO2置换、降压、吸附剂真空解吸、真空吹扫等步骤，该方法置换前未采用均压操作，置换气的压力较高，既会置换塔内的未吸附气体，也会置换甲烷，造成气体分离效果不佳，而且采用CO2进行置换还会引入其他杂质气体，不利于煤层气中甲烷的增浓。CN102350171A公开了一种采用置换方式的气体分离方法，共有至少6个吸附塔共同组合实现循环吸附，每个吸附塔都依次完成吸附、降压、放空、置换、抽真空、升压并充压的循环工序，同一时间内，每个吸附塔完成一个工序，但该方法是将原料气中的杂质气吸附，并以此为基础完成后续工序，重点在于气体分离，对于吸附并增浓产品气的情况，其操作工序以及各吸附塔的配合情况会有较大差别。综上所述，对于混合气体中组分的分离以及易吸附气体的增浓，还需要寻求更优化的工序步骤，以充分提高产品气的浓度和回收率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，本专利技术采用变压吸附的方法，利用吸附剂对目标组分的选择性吸附，使气体吸附分离过程中置换出的气体进入其他吸附塔，并在置换后采用均压操作，在增强置换效果的同时，大幅提高产品气的浓度及回收率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，所述方法包括以下步骤：(1)原料气进入第一吸附塔，其中的易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分流出，吸附操作进行至吸附剂达到饱和；(2)将步骤(1)吸附后的第一吸附塔与第三吸附塔进行均压操作；(3)将产品气通入步骤(2)均压后的第一吸附塔，对未吸附气体进行置换，将置换出的气体吹扫进入步骤(2)的第三吸附塔中；(4)将步骤(3)置换后的第一吸附塔与第四吸附塔进行均压操作；(5)将步骤(4)均压后的第一吸附塔进行抽真空，经步骤(1)吸附的易吸附组分解吸，得到产品气；(6)将步骤(5)解吸后的第一吸附塔采用第四吸附塔置换出的气体和外源气进行充压，再次进行步骤(1)操作。本专利技术中，利用吸附剂对目标组分的选择性吸附，在吸附塔内完成一套吸附工序，将原料气中的易吸附组分吸附后，通过均压操作降压，然后置换吸附塔中的未吸附气体，置换出的气体则进入并联设置的其他吸附塔中，再通过置换后的均压、真空解吸的步骤，在提高产品气纯度的同时，还可提高产品气的回收率；解吸后再引入其他吸附塔置换出的气体增压以及最终充压，进一步提高易吸附气体的回收率，完成整个操作工序，然后循环进行。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述方法需要至少5个吸附塔完成循环吸附。优选地，每个吸附塔内均完成所述吸附、均压、置换、均压、解吸、充压的步骤。本专利技术中，根据每个吸附塔中的操作工序，以及吸附塔之间气体的进出关系，至少并联设置5个吸附塔，可以使一个吸附塔完成一个操作流程的过程中，其他吸附塔能够从不同节点出发，以相同的顺序同样可以完成一个循环，实现了多个吸附塔的相互配合，提高原料气的处理速率。本专利技术中，吸附塔前的“第一”、“第三”“第四”等，只是对并联设置的吸附塔进行区分，而且该区分方式并不是固定的，如以其中一个吸附塔为第一吸附塔时，步骤(2)中不一定只能与第三吸附塔均压，其只是工序上的对应，第一吸附塔需要降压，而另一个进行到解吸后升压工序的吸附塔则正好符合要求，而不局限于第三吸附塔，即同一时刻，不同的吸附塔处于吸附循环中的不同阶段，且各自不相同，吸附塔的数量与吸附循环中操作工序的阶段划分数量相关；本专利技术中重点在于多个吸附塔之间工序相配合，使其均能够同时完成一个循环吸附。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述原料气包括易吸附组分和难吸附组分，其中易吸附组分包括甲烷。优选地，所述原料气中易吸附组分的体积分数为2～60％，例如2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％或60％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述难吸附组分包括氮气、氧气、一氧化碳或惰性气体中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氮气和氧气的组合，氧气和一氧化碳的组合，氮气、一氧化碳和惰性气体的组合等。本专利技术中可处理的原料气需要满足特定的吸附剂对不同组分的吸附性有明显差别，以利用对易吸附组分的强吸附性分离与提纯。本专利技术处理的原料气中甲烷为易吸附组分，包括中低浓度煤层气、工业甲烷尾气等。本专利技术步骤(1)中，原料气从吸附塔底部进入，易吸附组分在吸附塔内富集，吸附塔内甲烷浓度底部先升高，然后上部再升高，相当于甲烷浓度分布曲线前端不断上移，实时测量吸附塔出口处的甲烷浓度，开始明显增加时表明吸附床开始穿透，停止通入原料气。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述吸附剂包括活性炭、分子筛或离子液沸石中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：活性炭和分子筛的组合，分子筛和离子液沸石的组合，活性炭、分子筛和离子液沸石的组合等，优选为离子液沸石。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述吸附压力为0.1～1.0MPa，例如0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPa或1.0MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，吸附压力的选择主要由原料气中易吸附组分浓度而定，而当其中含有易燃组分时，如甲烷，氧含量会决定其爆炸极限，基于安全性考量，吸附压力也受氧含量的影响。本专利技术中，原料气中甲烷浓度较低时，一般以常压操作为佳，保证安全性，甲烷浓度较高时，可以采用加压操作，提高气提处理能力。优选地，步骤(1)所述吸附温度为-10～60℃，例如-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～30℃。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)和步骤(4)所述均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)原料气进入第一吸附塔，其中的易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分流出，吸附操作进行至吸附剂达到饱和；(2)将步骤(1)吸附后的第一吸附塔与第三吸附塔进行均压操作；(3)将产品气通入步骤(2)均压后的第一吸附塔，对未吸附气体进行置换，将置换出的气体吹扫进入步骤(2)的第三吸附塔中；(4)将步骤(3)置换后的第一吸附塔与第四吸附塔进行均压操作；(5)将步骤(4)均压后的第一吸附塔进行抽真空，经步骤(1)吸附的易吸附组分解吸，得到产品气；(6)将步骤(5)解吸后的第一吸附塔采用第四吸附塔置换出的气体和外源气进行充压，再次进行步骤(1)操作。

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附法增浓易吸附气体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)原料气进入第一吸附塔，其中的易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分流出，吸附操作进行至吸附剂达到饱和；(2)将步骤(1)吸附后的第一吸附塔与第三吸附塔进行均压操作；(3)将产品气通入步骤(2)均压后的第一吸附塔，对未吸附气体进行置换，将置换出的气体吹扫进入步骤(2)的第三吸附塔中；(4)将步骤(3)置换后的第一吸附塔与第四吸附塔进行均压操作；(5)将步骤(4)均压后的第一吸附塔进行抽真空，经步骤(1)吸附的易吸附组分解吸，得到产品气；(6)将步骤(5)解吸后的第一吸附塔采用第四吸附塔置换出的气体和外源气进行充压，再次进行步骤(1)操作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法需要至少5个吸附塔完成循环吸附；优选地，每个吸附塔内均完成所述吸附、均压、置换、均压、解吸、充压的步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述原料气包括易吸附组分和难吸附组分，其中易吸附组分包括甲烷；优选地，所述原料气中易吸附组分的体积分数为2～60％；优选地，所述难吸附组分包括氮气、氧气、一氧化碳或惰性气体中任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述吸附剂包括活性炭、分子筛或离子液沸石中任意一种或至少两种的组合，优选为离子液沸石。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述吸附压力为0.1～1.0MPa；优选地，步骤(1)所述吸附温度为-10～60℃，优选为20～30℃。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(4)所述均压操作独立地至少为一级；优选地，步骤(3)所述置换压力为80～1000kPa；优选地，步骤(2)和步骤(4)均压后的压力较置换压力低5～100kPa。7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国平，李刚，肖月竹，保罗·安东尼·韦伯利，米切·曼宁，
申请(专利权)人：盖氏科技，墨尔本大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU