一种变压吸附法回收低分压气体的方法技术

本发明专利技术涉及低分压气体变压吸附法（ＰＳＡ）气体分离技术，在该系统流程中，设置两个或两个以上以同样方式装填同样品种和数量吸附剂的吸附塔，每个吸附塔在一个工艺循环周期中均依次经历时间上相互错开的：吸附（Ａ），均压降压（ＥＤ），抽真空（Ｖｃ），均压升压（ＥＲ），最终升压（ＦＲ）工艺步骤；其中，所述方法中吸附操作压力≤０．２ＭＰａ。本发明专利技术方法将吸附过程分为强化吸附（Ａ１）和吸附（Ａ）两个阶段，并灵活调整进吸附塔混合气中ＨＳ浓度，取消传统的置换步骤和逆放步骤，并将末级均压降压力降低至６０－９５ＫＰａ，有效提高产品浓度和收率，大幅降低能耗。同时，采用连续快速闪降工艺，进一步提高产品浓度和吸附剂利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压吸附法(PSA)气体分离技术，特别涉及回收低分压气体的方法。
技术介绍
我国有众多的锅炉、窑炉、焙烧炉、燃烧炉等，每年要排放大量CO2气体，同时其它化工领域排放的废气中也含有少量有害气体，直接排放不但污染环境，而且浪费资源。如能将废气中的CO2等气体回收利用，对保护环境以及资源的循环利用都具有重大意义。目前回收提浓这类气体的方法一般有溶剂法、膜分离法、变压吸附法、蒸馏法等方法。比如采用溶剂法回收CO2，其浓度可达99％以上，但该方法溶剂损耗大、降解大，对设备腐蚀严重，蒸汽消耗量大，运行成本高；膜分离法和蒸馏法不适合低压、低浓度的原料气。目前报道或工业化的由吸附相回收或除去CO2气体的变压吸附技术，其原料气压力都在0.3MPa以上，比如中国专利ZL 96117496记载的原料气压力为0.8MPa，中国专利ZL 97107517.4实施例记载的原料气为0.7MPa。国内合成氨厂广泛采用的变压吸附脱碳装置操作压力在0.6MPa-2.5MPa之间，国内工业化的PSA制氮装置，其操作压力在0.6-1.0MPa之间。现有的PSA气体分离技术难于由吸附相分离低分压气体组分，主要原因在于一、已有的变压吸附工艺将易吸附相作为产品时，通常引入置换步骤，用易吸附相产品在常压(多数在100-110KPa)下进行床层置换。此法确有提高易吸附产品气浓度的作用，但在低压系统，则限制了均压工艺过程的次数和效果，从而发挥不出应有的作用。另一方面，由于置换气中易吸附相浓度较高，又需加压回收，回收气体中难吸附相(无效气体)消耗大量压缩功，从而使装置能耗上升。二、已有变压吸附工艺将易吸附相作为产品时，没有对原料气中易吸附相浓度进行调整，由于低浓度易吸附相组分分压低，因而吸附相易吸组分平衡浓度及吸附量均难于提高，从而限制了获得的易吸附相组分的浓度及收率。三、已有变压吸附工艺将易吸附相作为产品时，主要考虑和利用基于吸附平衡理论的热力学理论和实践经验，而未将吸附速度等动力学理论充分利用起来，从而对低压气体中低分压易吸组分回收的浓度及收率造成困难。四、传统变压吸附工艺，在整个工艺过程中处于吸附工况的吸附塔数是固定不变的(如1塔、2塔、3塔......作为单塔进气，双塔进气，三塔进气......流程)，在这种流程中，为了控制易吸组分的穿透浓度，势必缩短吸附时间，从而减低了易吸组分的得率，并降低了吸附剂的利用率。五、传统变压吸附工艺将易吸附相作为产品使用的吸附剂，一方面对易吸附组分有较高选择性，但其分离系数多在2-4之间；另一方面，这些吸附剂对吸附工况下，易吸附组分的分压要求≥0.03MPa，对于低压体系而言，采用传统变压吸附则很难或无法达到要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以低压气体为原料气，采用变压吸附法回收或分离低分压易吸附组分(以下称HS组分)的方法，比如低压气体变压吸附法回收低分压CO2气体的方法。本专利技术是这样实现的本专利技术PSA系统由两塔或两塔以上的吸附塔组成，各工艺步骤通过程序控制阀的开关来实现，每一个吸附塔在一个周期中依次经历吸附(A)，均降压(ED)，抽真空(Vc)，均升压(ER)，最终升压(FR)。具体的说包括以下步骤1、吸附(A)经预处理的原料气与本专利技术部分产品气混合后，其压力≤0.2MPa，HS含量(v％)在5-80％之间，温度≤50℃。该最终低压混合气进入变压吸附床，其中HS组分被吸附剂选择性吸附，其余未被吸附组分回收或根据实际情况排放。从而实现了HS组分与其它组分的分离。为了提高分离效果，本专利技术调整原料气中待分离组分浓度，将解析的部分产品气与原料气混合后进入吸附床进行吸附。为了提高分离效果，本专利技术在某吸附床吸附处于后期，切换工艺步骤前一段时间，将一个或以上刚完成再生，经最终升压(FR)的吸附床一起参与吸附步骤，即进行强化吸附(A1)，在进入吸附末段的吸附床切换至下一步骤后，本循环的吸附床继续吸附(A)。对单塔吸附流程，此时有两个吸附床处于吸附工况，对双塔吸附流程有三个吸附床处于吸附工况，对三塔吸附流程有四个吸附床处于吸附工况......对N塔吸附流程，有N+1个吸附床处于吸附工况。2、均压降压(ED)均降压是顺吸附方向逐步降低塔内压力，将其回收到其它相应需提升压力的吸附塔，既回收了降压能量(压力)，又回收了有用气体(HS，如CO2)，同时将吸附床内HS进一步提纯。在本专利技术中，需将末级均压降压力快速降低至60-95KPa。本专利技术所述压力均为绝压。3、抽真空(Vc)是采用真空泵将低压(15-95KPa)产品气HS气体从塔中抽出，连续获得产品气流的过程。4、均压升压(ER)均升压是逆吸附方向，利用另一床层的均压降的气流实施升压的过程。5、最终升压(FR)是利用未吸附气体的压力对吸附塔实施进入吸附工艺之前的最后一次升压过程，此过程将塔内压力升至接近工作压力。完成上述主要步骤后，吸附塔完成一个单塔单循环，其余各吸附塔也分别完成上述单循环，将各塔按顺序错开连续循环，即可连续获得产品HS气流产品。本专利技术的变压吸附方法优选的工艺条件是吸附步骤压力在0.11-0.19MPa，通常在0.12-0.15MPa，均压降压末的塔内绝压为60-95KPa，一般在60-80KPa，吸附温度为20-50℃。本专利技术是以低压(≤0.2MPa)，混合气体为原料气，用于纯化或分离HS的变压吸附方法。将部分产品(纯化后HS如二氧化碳)气体回流到吸附塔进口端，与原料气混合，使原料气中HS浓度保持在7-86％之间，以适当提高HS气体分压，使纯化后产品HS气体纯度更高。本专利技术方法至少同时使用两台吸附床，每台吸附床中采用相同的方法装填同样的品种和数量的吸附剂，其中，所述吸附剂，HS对其它组分的分离系数为3-15。装填时可以全部装填上述吸附剂，也可以装填部分上述吸附剂和活性氧化铝、硅胶、活性炭、碳分子筛、树脂中的一种或多种。比如纯化二氧化碳的变压吸附装置，装填CO2气体吸附剂，或装填CO2气体吸附剂与活性氧化铝、硅胶、活性炭、碳分子筛、树脂中的一种或多种。本专利技术的变压吸附方法，不采用传统PSA工艺中的置换和逆放步骤，以提高HS组分的收率，降低能耗。本专利技术的变压吸附方法，采用快速均压的“闪降”工艺，从而充分利用吸附剂的解析动力学特性，快速解析难吸附组分。均压时间在5-15秒，优选小于10秒。明显小于通常的15-30秒。本专利技术的变压吸附方法，在吸附步骤后采用足够多的均压次数(1-4次)，将吸附塔内压力降至60-95KPa，使吸附相HS浓度达到要求，从而不使用传统的置换工艺步骤。前述1-4次均压过程可完全在吸附塔之间进行，也可在吸附塔与均压罐(空)之间进行。本专利技术的变压吸附方法可采用单塔进气或多塔进气方式，但与传统变压吸附工艺有本质区别。传统工艺中，单塔流程在每一时刻均为单塔处于吸附工况，双塔流程在每一时刻均为两塔处于吸附工况，......。而本专利技术中，单塔工艺在吸附工况塔吸附末期的一段时间(时间可根据需要调整)有两塔处于吸附工况(增加刚再生好的吸附塔)，双塔工艺中，对应时段有三个吸附床处于吸附工况......在N塔工艺中，对应时段有N+1个吸附床处于吸附工况。其目的是充分有效的控制HS的吸附前沿，提高HS回收率。本专利技术的变压吸附方法，当HS组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压吸附法分离低压混合气中低分压气体组分的方法，在该系统流程中，设置两个或两个以上同样方式装填同样品种和数量吸附剂的吸附塔，每个吸附塔在一个工艺循环周期中均依次经历时间上相互错开的：吸附（Ａ），均压降压（ＥＤ），抽真空（Ｖｃ），均压升压（ＥＲ），最终升压（ＦＲ）工艺步骤；其中，所述方法中吸附操作压力≤０．２ＭＰａ，本方法取消通常的逆放和置换步骤，并将末级均压后床层压力控制在６０－９５ｋｐａ之间，且易吸组分作为产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李克鑫，兰治淮，朱代希，郑勇，李洪刚，孙元，杨吉华，刘士杰，李文成，安长永，张立，
申请(专利权)人：四川省达科特化工科技有限公司，兰治淮，朱代希，郑勇，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]