一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化方法技术

本发明专利技术公开了一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化方法，涉及气体分离与净化的变压吸附PSA领域，由n个轴向流固定床层并安置在一个以旋转速度ω2的圆环形旋转托盘上的吸附塔、有m个通道并安置在圆环形托盘中央的以旋转速度ω1旋转的旋转阀、旋转阀与系统外物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道以及相应的驱动圆环形托盘及旋转阀旋转及其调控其旋转速度ω1与ω2的驱动机构、缓冲罐、加热/冷却/换热器及/或真空泵/或增压系统所构成，实现各原料气PSA分离与净化提取产品气的轴向流固定床层基础上进行的模拟旋转PSA工艺的高纯度与高收率的双高。高。高。

A full temperature range simulated rotating moving bed pressure swing adsorption ftrsrmpsa gas separation and purification method

【技术实现步骤摘要】
一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化方法


[0001]本专利技术涉及气体分离与净化的变压吸附PSA领域，更具体的是涉及全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化


技术介绍

[0002]目前，气体分离与净化的PSA方法按照装填于吸附塔中的吸附剂在吸附与解吸循环操作过程中的方式的不同，主要分为吸附剂固定在床层中的固定吸附床(Fixed Bed
‑
FB)、吸附剂在吸附塔中不固定而移动的移动床(Moved Bed
‑
MB)两大类，其中，固定床又分轴向流固定床(AFB)与径向流固定床(RFB)，移动床包括循环床(CMB)、流化床(FMB)、模拟移动床(SMB)、旋转移动床(RMB)等，其中的轴向流固定床(AFB)是最为普遍、成熟与应用最多的PSA气体分离与净化的方法。
[0003]PSA轴向流固定吸附床层(FB
‑
PSA)，即，吸附剂固定装载于吸附塔内，物流经过连接管道从吸附塔的底部或顶部进出，物流至上而下或自下而上与固定的吸附剂(固体)进行接触传质。一般FB
‑
PSA工艺至少4个吸附塔串联才能实现有均压的吸附与解吸的循环操作，而进出每个吸附塔的气体，包括原料气、产品气与解吸气等FB
‑
PSA系统外的物料气体，以及包括原料气(F)、顺放(PP)气或/与冲洗(P)气、均压降(ED)气、由逆放(D)气或/与冲洗废气(PW)组成的解吸气(D)、均压升(ER)气以及终充(FR)气等系统内的工艺气体，需要对应的许多控制阀及调节阀进行控制，如物流流量、流经固定床吸附床层的时间、压力等。其主要特征在于：
[0004]①
设备简单，大多是圆形筒柱状，常为垂直安装，也称其为立式塔，占地面积小，安装方便，吸附剂装填也比较方便。若处理量增加，由于受到立式吸附塔直径或高度的限制，一般只能串联或并联更多的吸附塔，占地面积会增加，吸附剂装填量也随之增加，相应的连接每个吸附塔的程序控制阀门及调节阀门数量同样成倍的增加，投资与成本上升。
[0005]②
轴向流FB
‑
PSA工艺采用程序控制阀门控制并联在一起的吸附塔管道连通或阻断，从而实现不同时间段内吸附塔的状态实现，达到各自的功能要求；同时，使用调节阀来控制某一时间段管道开启的程度，实现控制气量的时间分配。整个PSA吸附与解吸的循环操作是在设定的时序控制下每个吸附塔所连接的进出管道上对应的一组阀门有效工作得以实现，相对于每个吸附塔而言是吸附与解吸形成一个闭合循环。若有一个或一组阀门发生泄漏、磨损等问题，就会影响到整个PSA循环操作，工艺的稳定性就会下降。这也是为什么程序控制阀门及调节阀门与吸附剂成为FB
‑
PSA工艺最为核心的关键零部件或技术的重要原因之一。
[0006]③
轴向流FB
‑
PSA工艺能够获得较高纯度的产品气，但其收率因吸附塔内装填的吸附剂较多导致塔内死空间率较高而有所降低，存在着较为明显的“产品纯度越高收率就越低，反之亦然”的“纯度与收率呈反比”关系的矛盾，这是FB
‑
PSA工艺最为明显的缺陷之一，尤其与传统的吸收、萃取或精馏技术相比，在经济效益上有着不利的缺陷，进而限制了其广
泛应用。
[0007]④
轴向流FB
‑
PSA工艺中在保证一定的产品气纯度下可以通过均压次数增加来提高收率，可在一定程度上缓解“纯度与收率呈反比”关系的矛盾，同时也部分地利用了吸附塔内的能量(压能)，降低了综合能耗。但是，提升均压次数必须通过增设吸附塔个数，进而，相应的每个吸附塔的程序控制阀或调节阀也随之上升，不仅增加了投资与成本，而且会导致整个装置的稳定性与可靠性下降。
[0008]⑤
配套于各个固定床层吸附塔的程序控制阀门的开关切换会导致吸附床层中流动气体的瞬间脉冲，对传质所需的均匀层流或平流的气流分布产生较大的扰动，影响传质效率，开关切换频率越高，扰动就越频繁，传质受影响就越大，尤其是吸附压力较高时的均压、逆放、终充、冲洗或抽真空的解吸时，吸附塔中的每一个解吸步骤的压差不易过大，否则会容易造成气流扰动更加激烈，严重时导致吸附剂粉化而装置。一般通过增加吸附塔或增加相应的程序控制阀及调节阀来缓解压力变化过大造成的问题，但稳定性又会受到影响。
[0009]⑥
固定床吸附工艺对那些极性较大的吸附质组分工况，非常容易产生因轴向较长的传质路径而产生的深度吸附，导致解吸非常困难，进而会进一步使得吸附剂使用寿命大幅度下降。
[0010]⑦
固定床吸附工艺可采用装填多种吸附剂形成复合床层来应对含有多种吸附质组分与非吸附组分之间的分离与除杂净化。这是固定床吸附工艺在工业上得以广泛应用的重要原因之一，是固定床吸附工艺的典型性优势。
[0011]针对轴向流固定床一些缺点，国内外相继开发了一系列新工艺来应对：
[0012]第一，采用全温程变压吸附(FTrPSA)工艺，四川天采科技有限责任公司针对传统的轴向流固定床PSA所存在的一些缺点进行了改进，专利技术了全温程变压吸附(FTrPSA)分离与净化方法，如申请号CN201610196432.3的“一种全温程变压吸附气体分离提纯与净化的方法”专利，该法一是利用原料气中各组分在不同温度与压力下的物理化学性质，事先找到一个合适的操作温度与操作压力的范围，使得吸附与解吸循环操作过程中的吸附质的吸附与解吸能够达到一种动态平衡，即，在保证吸附有效的前提下能够使得解吸也容易，避免深度吸附(过饱和)；二是通过与其它分离技术耦合，比如与吸附或解吸步骤耦合，也是可以达到有效吸附下解决深度吸附的问题。
[0013]第二，采用径向流固定床(RFB)吸附，其阻力降小，并且可以简单增加筒体长度就能适应处理能力增大的需要，尤其适用于低压大气量的装置。但由于径向流固定床的占地面积较大，其气体流动比轴向流固定床要复杂的多，这是由于轴向流吸附塔塔壁是圆弧形，其沿着原料气流动方向的横截面积从开始到直径部位逐渐增至最大随后又变小，导致气体流速也随之发生相应的由大变小再变大的变化，进而，其允许的线速度比轴向流固定床吸附塔的要小许多；此外，当吸附过程中物流(气体)从中心部位进入时，径、轴向比值大，物流气体流经床层时偏流也大，一旦床层不平或气流不均就易造成气流短路，使部分吸附剂颗粒呈流态化，加剧吸附剂的粉化。因而，对配套的径向流固定床吸附塔的气流分布器的设计提出严格的要求，并在现场需要调整，以实现气流的均匀分布。由于气体分布的需要使径向流固定床吸附塔的结构上比轴向流固定床存在较大的非吸附空间，导致产品气的收率明显下降，这对变压吸附来说不是很有利。因而，在需要处理规模较大且产品气的纯度或收率要求不高的工况下，才采用径向流固定床PSA工艺。
[0014]第三，为克服包括轴向流或径向流固定床PSA工艺吸附剂装填量多、阻力大、气流分布复杂、控制阀门组件多而装置稳定性降低、产品纯度与收率呈反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、来自FTrSRMPSA系统外的原料气F进入多通道旋转阀原料气进口，并经旋转阀原料气出口、圆环形托盘内置管道及圆环形托盘上对应的处于吸附状态的一个或多个轴向流固定床吸附塔进口连接的工艺管道，从吸附塔底部进入进行吸附，经过旋转阀转速ω1与圆环形托盘转速ω2之间的调控匹配，从吸附塔顶部流出的非吸附相气体经工艺管道进入旋转阀产品气通道，并从旋转阀产品气通道流出形成产品气PG进入产品气缓冲罐后输出；步骤2、处于吸附状态的吸附塔完成吸附步骤后，或/与通过来自FTrSRMPSA系统外的置换气DP进行置换，或/与吸附结束的吸附塔对另一个或几个处于顺放或均压升状态的吸附塔通过系统内的工艺管道进行顺放或均压降，或/与通过来自FTrSRMPSA系统外的经过换热后的再生载气RC进行再生，或/与通过来自FTrSRMPSA系统外的冲洗气P进行冲洗再生、或/与处于顺放或均压降状态的吸附塔通过系统内的工艺管道进行待定或均压升均压降、或/与通过旋转阀解吸气通道流出解吸气D进入解吸气缓冲罐或排放、或/与来自FTrSRMPSA系统外的产品气PG或原料气F或来自FTrSRMPSA系统内的一种气体作为终充气FR对处于终充状态的吸附塔进行终充而达到处于待吸附状态的吸附塔内的吸附压力后，准备下一轮吸附与解吸再生的循环操作，其中，每一个吸附塔或进行一个步骤或多个步骤且进行每一步骤，均通过旋转阀转速ω1与圆环形托盘转速ω2之间的调控匹配，使得旋转中的旋转阀中m个通道与圆环形托盘旋转中的n个吸附塔操作中的时序表首尾连接成圆，并完整地形成PSA吸附与解吸过程的操作循环性，并将一个循环周期的变压吸附PSA状态通过旋转的旋转阀ω1与接通的相应旋转的圆环形托盘ω2上吸附塔分别同时进行吸附与解吸过程中的各个步骤，使得每个吸附塔均可重复吸附与解吸步骤，相当于每个固定床吸附塔在旋转的同时完成各自的吸附与解吸步骤，进而形成了模拟旋转移动床的变压吸附过程，所形成的模拟旋转移动床的变压吸附过程中的吸附与解吸的闭合循环操作步骤的组合还包括1次分浓度吸附、均压次数1～2次、1～2批次冲洗、1次抽真空、1～2次的加热与冷却换热的变温变压吸附、1次顺放与均压降顺序相互错位、设置1～2个等待区、1次置换解吸步骤，最终获得产品气的纯度大于等于90～99.9999％，产品气收率大于等于90～99％；上述旋转阀转速ω1与圆环形托盘转速ω2之间的调控匹配具体包括：ω1≠0/ω2＝0，ω1＝0/ω2≠0，ω1≠0/ω2≠0，ω1≥ω2或ω1≤ω2，旋转阀转动ω1方向，或与吸附塔的托盘转动ω2方向相同，或与吸附塔的托盘转动ω2方向相反；FTrSRMPSA系统包括全温程模拟旋转移动床，全温程模拟旋转移动床包括n个装载有一种或多种吸附剂的轴向流固定床层并安置在一个以旋转速度ω2的圆环形旋转托盘上的吸附塔、有m个通道并安置在圆环形托盘中央的以旋转速度ω1旋转的旋转阀、旋转阀与FTrSRMPSA系统外物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道，2≤n≤60的自然整数，4≤m≤40的自然整数，FTrSRMPSA系统还包括相应的驱动圆环形托盘及旋转阀旋转及调控旋转阀转速ω1与圆环形托盘转速ω2的驱动机构、缓冲罐、加热/冷却/换热器及/或真空泵/或增压系统，吸附塔进出口与旋转阀进出口连接的管道是通过预设在圆环形托盘的内置管道相连形成工艺管道且与旋转阀通道数m相同，进出FTrSRMPSA系统物料气体的位置是在多通道旋转阀中固定的。2.根据权利要求1所述的一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与
净化方法，其特征在于，物料气体包括原料气F、产品气PG、置换气DP、再生载气RC、再生废气RW或/与逆放气或/与冲洗废气PW组成的解吸气，并相应的连接包括加热/冷却/换热器、缓冲罐、增压/抽真空泵、循环泵在内的设备，由旋转阀进出口与吸附塔进出口之间通过圆环形托盘上内置管道连接的工艺管道中工艺气体流动的位置是移动变化的，工艺气体是在FTrSRMPSA系统内流动，包括原料气F、或置换气DP、或/与顺放气、或/与再生载气RC、或/与冲洗气、或/与均压降气、或/与再生废气RW或/与逆放气或/与冲洗废气PW组成的解吸气、或/与均压升气、或/与终充气及产品气PG。3.根据权利要求2所述的一种全温程模拟旋转移动床变压吸附FTrSRMPSA气体分离与净化方法，其特征在于，原料气F为含有H2、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、N2、O2、惰性气体、碳氢化合物、含氧碳氢化合物、易挥发有机蒸汽VOCs、卤化物、含卤素碳氢化合物、水的两种组分及以上形成的混合气体，温度范围为
‑
80～200℃，压力范围为0.03～5.0MPa，适用于FTrSRMPSA工艺的分离与净化原料气具体包括，乙醇/异丙醇/乙二醇/丙酮/二甲醚在内的醇酯酮醚共沸有机物及混合物脱水干燥净化与提纯、天然气/甲醇水蒸气转化气脱除二氧化碳与提纯氢气、沼气/垃圾填埋气脱除CO2提纯甲烷、天然气脱酸气净化、炼厂干气脱碳及提取包括乙烯乙烷丙烯丙烷在内的碳二及碳二以上组分C
2+
和H2、燃烧后烟道气CO2的捕集与提纯回收、空气干燥与脱CO2净化、燃料电池尾气脱碳与回收H2/氚及氢的同位素、从空气中制取富氧、从空气中制取氮气、从空气中制取纯氧、煤层气分离、氯乙烯尾气回收、氯甲烷回收...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雨明，陈运，汪兰海，詹家聪，陈勇，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：