【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工气体分离领域，特别涉及psa变压吸附分离工艺中吸附剂再生过程的均压工艺与能量回收方法。
技术介绍
1、由于psa变压吸附分离工艺过程中，既无机械分离的力场需求，也无传质分离的热量/冷量需求，更没有液相介质的高低压、高低温循环；其吸附热引起的工艺温升，又被其解吸耗热全部吸收；变化通常出现在吸附床层的进口段，也就大致在5～50℃的常温范围内，床层出口温度基本不变化；分离工艺无需、或耗用很少能量。该工艺自1960年代研发成功后，就开始被全球各行业的气体分离工艺中广泛选用。
2、但当我们进一步深入研究psa变压吸附工艺后，认为仍有改进的必要：
3、①均压工艺气体由均压降塔进入均压升塔后，均压气各组分在吸附剂床层轴向空间上的浓度梯度向量将被调换方向，即均压降塔内离出口更近的、弱吸附相组分更高的均压气，均压时被率先送入均压升塔，尔后又被同一均压时段后期、离出口更远的、弱吸附相组分更低的均压气，推向离出口更远的吸附剂床层，从而导致了混合气体的轴向浓度梯度方向在均压降塔与均压升塔中的方向调换；其结果是，使结束全部均压升后的吸附塔床层中组分在轴向空间上的浓度梯度呈现很大的波动性变化，最终导致产品分离因子减小，为保持分离因子、收率不变，必然增大吸附剂用量，进而又带来投资成本的增加。
4、为提高分离因子，获得更高产品收率，如cn1117603c专利在国内最先提出两段psa变压吸附工艺，有效提高了产品气收率，在psa变换气制氢工艺中氢气收率达到量92％以上；
5、为进一步提高产品分离因子
6、②煤炭开采中的低热值煤层气回收甲烷、兰炭生产中的荒煤气回收氢气及可燃组分、空分制氧、煤化工中的高浓度co2脱除及精制等原料气每小时气量达十万乃至百万nm3的大型装置，为了获得需要的产品气，采用psa变压吸附工艺时，占原料气30-80％的co2、或n2、或co2+n2等非产品气，均必须从高压、甚至数十个大气压的原料气中，以损失其大量有效能为代价，以常压形式最终分离出系统，为得到工艺产品，被迫损失大量的有效能而不被认知，这显然很值得改变。
7、如某大型煤基能源化工生产线压力3.6mpa的变换气制氢。装置进口气总量66×104nm3/h，其中的co2含量就达到45％，产品气量34×104nm3/h，h2纯度≥99.9％。若采用现行psa变压吸附工艺，通过对其psa变压吸附分离工艺装置进、出口气体的有效能分析与计算可知，其psa分离过程的有效能理论损失量达3.3×104kwh/h，氢气收率也只有93.66％。使每生产1方氢气仅在psa工艺中就直接损失物理有效能近0.1kwh，若能回收50％，全年可获得电力1.32×108kwh电力；若将氢气收率提高到98％，全年将增加氢气产量1.18×108nm3，这显然是值得通过改进psa工艺来得到的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的，就是向社会提供一种，既能将传统psa变压吸附分离工艺中损失的有效能以较大比率转化为电能；同时还能明显降低吸附床层温度，进而有效增加吸附容量；并可消除均压气摩尔分率浓度梯度向量换向的缺陷，即使均压气在均压升塔中，保持其在均压降塔中的浓度梯度方向，进而提高psa分离因子、分离效率的技术方法。
2、1.能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，在psa变压吸附分离工艺的吸附剂再生过程中，压力相对高的吸附塔及容器向压力相对低的吸附塔及容器泄放气体的管路中设置气流能量转化装置，将来自压力相对高的吸附塔及容器的气流的能量转化为机械能，其机械能再通过相连的发电机转化为电能，其特征在于：
3、气流能量转化采用活塞式能量回收装置(hs)中，动力活塞(dlhs)将承压缸体(cygt)内空间分隔为上缸(sg)和下缸(xg)；均压降吸附塔的出气进入上缸(sg)或下缸(xg)的过程，同时也是动力活塞(dlhs)另一侧的均压气进入均压升吸附塔过程；均压降吸附塔的压力与均压升吸附塔的压力，通过其连通的管路内气流分别作用在动力活塞(dlhs)两侧形成压力差，进而推动动力活塞(dlhs)作直线运动，并带动其相连的传动机构将直线运动转变为满足旋转发电机(fdj)需要的旋转运动，将动力活塞(dlhs)的位移功转化为发电机(fd)输出的电功，参见图2；
4、用软质薄膜、或布料做成折叠隔帘(zdgl)布置于上缸(sg)、下缸(xg)各连续空间，将其分隔成具有若干轴向连续的长条形储存气体的小格空间(xgkj)，参见图2：
5、当上缸(sg)进气结束，动力活塞(dlhs)处于承压缸体(cygt)内下端，上缸(sg)折叠隔帘(zdgl)处于伸展状态，使上缸(sg)具有若干轴向连续的长条形储存气体的小格空间(xgkj)；此时，下缸(xg)内原有气体完全流出，下缸(xg)空间大大缩小，下缸(xg)折叠隔帘(zdgl)处于折叠压缩状态；
6、当下缸(xg)进气结束，动力活塞(dlhs)处于承压缸体(cygt)内上端，下缸(xg)折叠隔帘(zdgl)处于伸展状态，使下缸(xg)具有若干轴向连续的长条形储存气体的小格空间(xgkj)；此时，上缸(sg)内原有气体完全流出，上缸(sg)空间大大缩小，上缸(sg)折叠隔帘(zdgl)处于折叠压缩状态；
7、由于折叠隔帘(zdgl)对上缸(sg)、下缸(xg)空间的分隔，使来自均压降吸附塔的气体进、出上缸(sg)或下缸(xg)的过程中，大大缩小了均压气径向/横向的自由流动/湍流/扩散空间，其气体进出上缸(sg)或下缸(xg)时的湍流雷诺数与返混程度也被大大减小；从而使先后离开均压降床层的均压降气流，在在先后依秩进入上缸(sg)、下缸(xg)的过程中、推动动力活塞(dlhs)移动、将能量交换给动力活塞(dlhs)后，仍然保持着在原均压降吸附塔床层内相似的轴向摩尔分率梯度向量；
8、即在一个均压时段内，均压初期，弱吸附相含量高的均压气离其均压降吸附塔出口近，必然先流出均压降吸附塔，先流入承压缸体(cygt)内的小格空间(xgkj)，并存储于离动力活塞(dlhs)近的小格空间(xgkj)内；均压后期期、由于弱吸附相含量低的均压气离其出口相对远，必然后流出均压降吸附塔，后流入承压缸体(cygt)内的小格空间(xgkj)，并存储于离动力活塞(dlhs)远的位置，即离承压缸体(cygt)进出口近的小格空间(xgkj)；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于：在PSA变压吸附分离工艺的吸附剂再生过程中，压力相对高的吸附塔向压力相对低的吸附塔泄放气体的管路中设置气流能量转化装置，将来自压力相对高的吸附塔的气流的能量转化为机械能，其机械能再通过相连的发电机转化为电能；
2.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，活塞式能量回收装置(HS)中，与动力活塞(DLHS)相连的传动机构为：齿条(CT)固定在动力活塞(DLHS)下方，并在动力活塞(DLHS)的带动下同时作直线运动，齿条(CT)再与只能作旋转运动的齿轮(CL)啮合传动，将动力活塞(DLHS)传递给齿条(CT)的直线运动机械能转化为啮合齿轮(CL)的旋转运动机械能；
3.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，活塞式能量回收装置(HS)中，与动力活塞(DLHS)相连的传动机构为齿条-齿轮传动机构为，将一根及以上齿条(CT)根据设计需要，在承压缸体(CYGT)内筒壁垂直均匀固定；与其齿条(CT)啮合的齿轮(CL)和其相连的定向离合器(
4.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，其活塞式能量回收装置(HS)由动力活塞(DLHS)、承压缸体(CYGT)、上缸钢绳(SGGS)、下缸钢绳(XGGS)、导向轮承压壳(DXLCYQ)、导向轮(XL)、承压导管(CYDG)、花键动力轴(HJDLZ)、动密封(DMF)、下缸卷筒(XGJT)、上缸卷筒(SGJT)、卷筒承压壳(JTCUQ)、变速箱(BSX)、发电机(DJ)组成；
5.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，钢绳或非金属高强纤维缆绳(LS)竖直固定在承压承压缸体(CYGT)内；将旋转轮(XZL)、传动变速箱(BSX)、发电机(FDJ)固定在动力活塞(DLHS)上；并将缆绳在旋转轮(CZL)上缠绕一圈及数圈；在动力活塞(DLHS)受力做上下直线运动时，缆绳驱使旋转轮(XZL)旋转，将直线运动转化为旋转运动，从而通过相连的变速箱(BSX)驱使相连的发电机(FD)将机械能转化为电能；发电机(FDJ)输出的电能、需要的励磁电流、检测、控制信息通过柔性电缆(RXDL)或导电构件从动力活塞(DLHS)上的相关设备接口与承压缸体(CYGT)外的相关设备接口连接，实现对发电机电能及控制信息的传递。
6.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，将一根及以上，优选三根，可自由旋转的、加工有高梯度正反向螺纹的往复丝杆(WFSG)，垂直布置在承压缸体(CYGT)内，其下端伸出承压缸体(CYGT)进入下方的变速箱(BSX)内，以便将往复丝杆(WFSG)的低速旋转运动经变速箱(BSX)转变为满足发电机(FD)要求的高速旋转运动；在动力活塞(DLHS)上、下两侧与三根往复丝杆(WFSG)对应位置，各分别配置正、反螺纹螺母，每个螺母制成径向三等分，简称三分螺母(SFLM)，并可在动力活塞(DLHS)上、下侧径向松开；
7.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，在进活塞式能量回收装置(HS)的进口、顺放气总管(SFQZG)中设有换热器(HRQ)，不仅使活塞式能量回收装置(HS)增加发电量，还使经过冲洗气总管(CXQZG)进入吸附塔的冲洗气的温度升高，以增加吸附剂的解吸再生效果。
8.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，分别在原料气管路(YLQ)、逆放气总管(NFQZG)、冲洗气排放总管(CXQPFZG)上设有换热器(hrq)，并用循环泵(xhb)及其管路将三个换热器(hrq)组成冷液循环回路，将来自吸附塔的逆放气和冲洗气的低温冷量交换给原料气，降低原料气的温度，从而降低吸附床层温度，以增加其高浓度强吸附相的吸附容量。
9.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，在逆放结束后设置真空解吸工艺过程，并用导冷液循环工艺，将进入真空泵的低温解吸气冷量予以回收利用，如交换给需要其冷量的氨合成工艺中的氨分离、或甲烷与氢气分离，以降低其制冷能耗。
10.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的PSA均压方法，其特征在于，将PSA变压吸附分离工艺的装置，设计为k套变压吸附工艺(1≤k≤10的正整数)；每套设置n台吸附塔(2≤n≤20的正整数)；每塔均依秩...
【技术特征摘要】
1.能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，其特征在于：在psa变压吸附分离工艺的吸附剂再生过程中，压力相对高的吸附塔向压力相对低的吸附塔泄放气体的管路中设置气流能量转化装置，将来自压力相对高的吸附塔的气流的能量转化为机械能，其机械能再通过相连的发电机转化为电能；
2.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，其特征在于，活塞式能量回收装置(hs)中，与动力活塞(dlhs)相连的传动机构为：齿条(ct)固定在动力活塞(dlhs)下方，并在动力活塞(dlhs)的带动下同时作直线运动，齿条(ct)再与只能作旋转运动的齿轮(cl)啮合传动，将动力活塞(dlhs)传递给齿条(ct)的直线运动机械能转化为啮合齿轮(cl)的旋转运动机械能；
3.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，其特征在于，活塞式能量回收装置(hs)中，与动力活塞(dlhs)相连的传动机构为齿条-齿轮传动机构为，将一根及以上齿条(ct)根据设计需要，在承压缸体(cygt)内筒壁垂直均匀固定；与其齿条(ct)啮合的齿轮(cl)和其相连的定向离合器(dxlhq)、变速箱(bsx)、发电机(fdj)固定在动力活塞(dlhs)上，并随动力活塞(dlhs)一道作直线运动；
4.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，其特征在于，其活塞式能量回收装置(hs)由动力活塞(dlhs)、承压缸体(cygt)、上缸钢绳(sggs)、下缸钢绳(xggs)、导向轮承压壳(dxlcyq)、导向轮(xl)、承压导管(cydg)、花键动力轴(hjdlz)、动密封(dmf)、下缸卷筒(xgjt)、上缸卷筒(sgjt)、卷筒承压壳(jtcuq)、变速箱(bsx)、发电机(dj)组成；
5.根据权利要求1所述的能量回收并保持摩尔分率梯度的psa均压方法，其特征在于，钢绳或非金属高强纤维缆绳(ls)竖直固定在承压承压缸体(cygt)内；将旋转轮(xzl)、传动变速箱(bsx)、发电机(fdj)固定在动力活塞(dlhs)上；并将缆绳在旋转轮(czl)上缠绕一圈及数圈；在动力活塞(dlhs)受力做上下直线运动时，缆绳驱使旋转轮(xzl)旋转，将直线运动转化为旋转运动，从而通过相连的变速箱(bsx)驱使相连的发电机(fd)将机械能转化为电能；发电机(fdj)输出的电能、需要的励磁电流、检测、控制信息通过柔性电缆(rxdl)或导电构件从动力活塞(dlhs)上的相关设备接口与承压缸体(cygt)外的相关设...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，李开建，
申请(专利权)人：成都聚实节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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