一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法，解决现有技术传统中小规模变压吸附系统因吸附塔数量少导致产品气回收率低的技术问题。本发明专利技术系统由多个吸附塔，N个(N≥1)中间罐，多个程控阀门，以及相应的连接管路构成，在循环过程中，将某一个均压降步骤分解为N个均压降步骤，均压降的吸附塔与N个中间罐(从第1个到第N个)依次进行均压降，将对应的均压升步骤分解为N个均压升步骤，均压升的吸附塔依次反向与N个中间罐(从第N个到第1个)进行均压升。本发明专利技术通过将一个均压步骤分解为N个均压步骤，增加了变压吸附系统的均压次数，从而提升了装置的回收率，扩大了应用范围。

A high recovery separation system of PSA gas and its separation method

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法
本专利技术属于变压吸附气体分离
，具体涉及一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法。
技术介绍
变压吸附气体分离技术可以从混合气体中分离氢气、氦气、氮气、氧气、甲烷、一氧化碳以及二氧化碳气体，并广泛应用于炼油、化工、能源、冶金、环保等领域。变压吸附提纯氢气技术是应用最广、规模最大、技术最成熟的应用技术，可以从各种含氢气源(如重整气、低分气、变换气、焦炉煤气、甲醇弛放气、合成氨弛放气等)中制取纯度99％～99.999％的氢气，满足各类用氢场景的需求。变压吸附提纯氢气技术一般采用4～16塔工艺循环，在变压吸附循环工程中，每个吸附塔依次完成吸附步骤、均压降压步骤、顺放步骤、逆放步骤、冲洗步骤、均压升压步骤、最终升压步骤，对于抽空工艺用抽空步骤或抽空冲洗步骤代替冲洗步骤，在循环过程中每个吸附塔处于循环的不同阶段，各个吸附塔相互耦合共同完成气体分离工艺过程。变压吸附装置的主要性能指标有产品气的纯度、产品气的回收率、以及装置的投资等，一般变压吸附提氢的吸附压力在0.6～6.0MPag，均压次数在1～10次，要获得较高的氢气回收率就需要有足够多的均压次数，如2.5MPag的变换气一般采用4步均压。常规的变压吸附方法在工艺循环时，均压降压步骤与均压升压步骤相对应，均压次数有限，如4塔工艺专利ZL00122638.X和US9695545B2均采用2步均压，当一个吸附塔处于均压降时，都有处于均压升的吸附塔与之对应，采用专利200510020305.X的10塔工艺可以有6次均压，即10-1-6工艺。然而吸附塔数量越多，程控阀门越多，系统越复杂，对于中小规模的变压吸附装置来说投资也越高。传统变压吸附技术不能在少量吸附塔工艺系统上实现多次均压，从而限制了其气体分离提纯的回收率。因此，本专利技术设计了一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法，通过增加中间罐，在吸附塔数量不变的情况下，增加多次均压，从而实现用少量的吸附塔达到多个吸附塔才能达到的均压次数，从而提高产品气的回收率以节约投资。并且，在增加均压次数时，分周期时间还保持不变，效率得以提高，多次均压共用一排程控阀门，流程更加简洁。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种变压吸附气体高回收率分离系统及其分离方法，解决现有技术传统中小规模变压吸附系统因吸附塔数量少导致产品气回收率低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种变压吸附气体高回收率分离系统，包括若干个吸附塔，接入所述吸附塔的原料气输送管线和解吸气管线，从所述吸附塔接出的产品气外输管线，以及安装于原料气输送管线、解吸气管线和产品气外输管线上的程控阀；其特征在于，还包括N个中间罐，所述吸附塔接入有均压管线和冲洗管线，所述均压管线通过管道分别与N个中间罐连接，所述冲洗管线通过管道与至少一个中间罐连接。进一步地，所述均压管线与所述产品气外输管线之间连接有终升管线。进一步地，所述解吸气管线，所述产品气外输管线，所述终升管线，以及所述冲洗管线上均设有流量控制阀；优选地，N个中间罐分别与所述均压管线相连接的管道上均设有程控阀。进一步地，N不小于1；优选地，N个中间罐从第1个至第N个顺序编号，并且所述冲洗管线通过管道与第N个中间罐连接。进一步地，所述原料气输送管线所输送的原料气中氢气体积含量不小于40％，并且所述产品气外输管线所外输的产品气为氢气。进一步地，所述原料气输送管线所输送的原料气压力为1.2～6.0MPag。一种变压吸附气体高回收率分离系统的分离方法，吸附塔按如下步骤进行循环分离提纯气体：步骤Ⅰ、吸附步骤；步骤Ⅱ、非常规均压降步骤；步骤Ⅲ、常规均压降步骤；步骤Ⅳ、逆放步骤；步骤Ⅴ、冲洗步骤；步骤Ⅵ、常规均压升步骤；步骤Ⅶ、非常规均压升步骤；步骤Ⅷ、最终升压步骤。进一步地，在所述步骤Ⅱ中，所述非常规均压降步骤为吸附塔处于均压降时分别与N个中间罐分N次进行均压降；优选地，当吸附塔分N次进行均压降时，从第1个中间罐至第N个中间罐依次进行均压降；进一步地，在所述步骤Ⅶ中，所述非常规均压升步骤为吸附塔处于均压升时分别与N个中间罐分N次进行均压升；优选地，当吸附塔分N次进行均压升时，从第N个中间罐至第1个中间罐依次进行均压降。进一步地，在所述步骤Ⅴ中，用第N个中间罐内的气体对处于再生阶段的吸附塔进行冲洗再生。进一步地，第N个中间罐内的气体仅供冲洗用，不用作均压升，此时第N次均压降步骤转变为顺放步骤，此顺放步骤调整到最后一次均压降之后进行。进一步地，所述吸附塔有4个，其采用16循环步序进行气体吸附分离，所述16循环步序具体如下表所示：其中，A：吸附；(1～N)ED：第(1～N)均压降；(N+1)ED：第(N+1)均压降；(N+2)ED：第(N+2)均压降；D：逆向放压；P：冲洗；(N+2)ER：第(N+2)均压升；(N+1)ER：第(N+1)均压升；(1～N)ER：第(1～N)均压升；FR：最终升压；IS：隔离；优选地，所述步骤1为60S，所述步骤2为30S，所述步骤3为20S，所述步骤4为30S，所述步骤5为60S，所述步骤6为30S，所述步骤7为20S，所述步骤8为30S，所述步骤9为60S，所述步骤10为30S，所述步骤11为20S，所述步骤12为30S，所述步骤13为60S，所述步骤14为30S，所述步骤15为20S，所述步骤16为30S。进一步地，所述吸附塔有5个，其采用20循环步序进行气体吸附分离，所述20循环步序具体如下表所示：步骤1塔2塔3塔4塔5塔⑴AISPD(1～N)ED⑵A(N+1)ERPP(N+1)ED⑶A(1～N)ER(N+2)RP(N+2)ED⑷AFRISPD⑸(1～N)EDAISPD⑹(N+1)EDA(N+1)ERPP⑺(N+2)EDA(1～N)ER(N+2)ERP⑻DAFRISP⑼D(1～N)EDAISP⑽P(N+1)EDA(N+1)ERP⑾P(N+2)EDA(1～N)ER(N+2)ER⑿PDAFRIS...

【技术保护点】
1.一种变压吸附气体高回收率分离系统，包括若干个吸附塔，接入所述吸附塔的原料气输送管线和解吸气管线，从所述吸附塔接出的产品气外输管线，以及安装于原料气输送管线、解吸气管线和产品气外输管线上的程控阀；其特征在于，还包括N个中间罐，所述吸附塔接入有均压管线和冲洗管线，所述均压管线通过管道分别与N个中间罐连接，所述冲洗管线通过管道与至少一个中间罐连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附气体高回收率分离系统，包括若干个吸附塔，接入所述吸附塔的原料气输送管线和解吸气管线，从所述吸附塔接出的产品气外输管线，以及安装于原料气输送管线、解吸气管线和产品气外输管线上的程控阀；其特征在于，还包括N个中间罐，所述吸附塔接入有均压管线和冲洗管线，所述均压管线通过管道分别与N个中间罐连接，所述冲洗管线通过管道与至少一个中间罐连接。


2.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体高回收率分离系统，其特征在于，所述均压管线与所述产品气外输管线之间连接有终升管线；
优选地，所述解吸气管线、所述产品气外输管线、所述终升管线、以及所述冲洗管线上均设有流量控制阀；
更优选地，N个中间罐分别与所述均压管线相连接的管道上均设有程控阀。


3.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体高回收率分离系统，其特征在于，N不小于1；
优选地，N个中间罐从第1个至第N个顺序编号，并且所述冲洗管线通过管道与第N个中间罐连接。


4.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体高回收率分离系统，其特征在于，所述原料气输送管线所输送的原料气中氢气体积含量不小于40％，并且所述产品气外输管线所外输的产品气为氢气。


5.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体高回收率分离系统，其特征在于，所述原料气输送管线所输送的原料气压力为1.2～6.0MPag。


6.根据权利要求1-5任意一项所述一种变压吸附气体高回收率分离系统的分离方法，其特征在于，吸附塔按如下步骤进行循环分离提纯气体：
步骤Ⅰ、吸附步骤；
步骤Ⅱ、非常规均压降步骤；
步骤Ⅲ、常规均压降步骤；
步骤Ⅳ、逆放步骤；
步骤Ⅴ、冲洗步骤；
步骤Ⅵ、常规均压升步骤；
步骤Ⅶ、非常规均压升步骤；
步骤Ⅷ、最终升压步骤。


7.根据权利要求6所述的分离方法，其特征在于，在所述步骤Ⅱ中，所述非常规均压降步骤为吸附塔处于均压降时分别与N个中间罐分N次进行均压降；优选地，当吸附塔分N次进行均压降时，从第1个中间罐至第N个中间罐依次进行均压降；
进一步地，在所述步骤Ⅶ中，所述非常规均压升步骤为吸附塔处于均压升时分别与N个中间罐分N次进行均压升；优选地，当吸附塔分N次进行均压升时，从第N个中间罐至第1个中间罐依次进行均压降。
更进一步地，在所述步骤Ⅴ中，用第N个中间罐内的气体对处于再生阶段的吸附塔进行冲洗再生。


8.根据权利要求6所述的分离方法，其特征在于，第N个中间罐内的气体仅供冲洗用，不用作均压升，此时第N次均压降步骤转变为顺放步骤，此顺放步骤调整到最后一次均压降之后进行。


9.根据权利要求6所述的分离方法，其特征在于，所述吸附塔有4个，其采用16循环步序进行气体吸附分离，所述16循环步序具体如下表所示：






其中，A：吸附；(1～N)ED：第(1～N)均压降；(N+1)ED：第(N+1)均压降；(N+2)ED：第(N+2)均压降；D：逆向放压；P：冲洗；(N+2)ER：第(N+2)均压升；(N+1)ER：第(N+1)均压升；(1～N)ER：第(1～N)均压升；FR：最终升压；IS：隔离；
优选地，所述步骤1为60S，所述步骤2为30S，所述步骤3为20S，所述步骤4为30S，所述步骤5为60S，所述步骤6为30S，所述步骤7为20S，所述步骤8为30S，所述步骤9为60S，所述步骤10为30S，所述步骤11为20S，所述步骤12为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，卜令兵，王键，张宏宇，张杰，张崇海，吴巍，赵洪法，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51