来回变压吸附工艺制造技术

本发明专利技术是气体分离领域一种改进的变压吸附工艺，通过多个吸附塔串联吸附操作，使原料气体流经的吸附剂量不变，而吸附剂总量减少，设备尺寸相应减小，操作能耗也随之降低。吸附步骤分为两个以上的阶段，吸附流出气方向按照一定规律来回变化。并且，还可以使吸附塔降压流出气回流入吸附塔时，其中易吸附组分在吸附塔中的分布位置更为合理。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通常所说的变压吸附(包含冲洗变压吸附、真空变压吸附、变温变压吸附、或多种组合方式再生)工艺，吸附阶段含被吸附气体组分的原料气在吸附塔中的流向都是一个固定的方向。对于非吸附组分作为产品的变压吸附工艺，为使均压降阶段吸附塔流出气体中含有较少或微量的易吸附组分，不得不在吸附剂吸附饱和前就中止吸附阶段，这样，吸附剂每次的工作吸附容量没有达到最大，从而限制了吸附剂的利用效率。对于易吸附组分作为产品的变压吸附工艺，必须使易吸附组分充分穿透吸附塔，以达到减少置换吸附塔所用产品气体的目的。然而，为了保证分离效果，或保证有效气体回收率，又必须使吸附流出气中易吸附组分穿透量少或不穿透，由此，也不得不将吸附剂工作吸附容量减少。一般情况下，采用均压降流出气从另外的吸附塔原料气进口端均压入的方法，这样可以提高吸附剂工作吸附容量，但是，吸附剂利用率仍然不够高。常用的微量易吸附组分采用吸附方法脱除，通常会采用吸附塔串联工作(参见附附图说明图1)，这种工作方式，可以使吸附塔最终流出气中易吸附组分含量较低。但就单系统多塔变压吸附工艺，如何采用吸附塔在吸附阶段串联工作，并有效回收降压流出气，以前，没有其他人提出合理的方法。《化肥工业译丛》92(2)第6-12页介绍，美国空气产品和化学公司(AIRP AIR PRODUCT&CHEM INC)专利技术了一种变压吸附工艺，该工艺将两套不同用途的变压吸附装置串联工作，后面的吸附装置采用前面的吸附流出气作为原料气，由此分阶段获取两种不同组分的产品气体；同时，采用后一套装置的废气对前一套装置进行冲洗和均压，有效回收有用气体。该工艺没有采用同组吸附塔串联吸附，前后装置的吸附塔各自的被吸附气体组分不相同，气体分离的目的也不相同。而且，每个吸附塔吸附时，被吸附气体流向是固定的。中国专利公开CN1071851A公告了一种在同一个变压吸附装置，同时获取两种不同气体组分产品气体的方法。两种气体产品来自周一个吸附塔的不同工作阶段，原料气在吸附塔中的流向是固定的。其没有通过使用同组吸附塔串联吸附、吸附阶段原料气及流出气流动方向来回改变这种方法来达到提高吸附剂使用效率，进而提高分离效果，最终降低投资的目的。气体纯化、分离的变压吸附装置，通常有三个以上的吸附塔一起工作，其中至少总有一个吸附塔处于吸附步骤，另外的吸附塔则处于其他步骤。一般，每个吸附塔依次进行吸附、降压、解吸、置换、升压、最终升压等步骤，所有步骤循环操作；步骤次序安排上也可以调整，步骤也可以增减。本专利技术这样设计吸附步骤的目的，是为了让吸附剂工作吸附容量达到最大。采用本专利技术，处于吸附步骤第一个阶段的吸附塔中吸附剂可以达到或接近吸附饱和，有利于吸附剂的利用率提高。同时，处于吸附步骤最后一个阶段的吸附塔最终流出气中的易吸附气体组分仍然能够浓度达到设计要求。本专利技术的来回变压吸附工艺，具有如下明显的优点和显著的效果。对于典型工艺，从非吸附相获得产品的四塔二均变压吸附制氢工艺，原料气流经吸附塔时，易吸附组分的吸附前沿是逐渐向出口方向推进的。当吸附前沿推进到大约1/2时，也就是吸附剂充分吸附1/2时，吸附结束。在接下来的吸附塔死空间气体降压回收过程中，易吸附组分很少的后半段吸附塔中的吸附剂，仅用作接受降压过程中解吸的易吸附组分，以防止易吸附组分进入均压流出气。如果将这个吸附塔分作两个等体积的小吸附塔，依照本专利技术将两个吸附塔串联吸附，仅使吸附饱和的小吸附塔降压，降压流出气回收量减少一半(仅作半次均压)，气体回收率和产品分离要求就可以与大塔一致。但这样一来，只用5个小吸附塔就可以相当于原来的4个大吸附塔，吸附剂节省3/8，同时相应的节省冲洗气，等等。对于从吸附相取得产品的变压吸附装置，采用本专利技术，处于吸附步骤第一阶段的吸附塔中，吸附前沿可以充分突破，可以减少用于置换、冲洗吸附塔的产品气量。由于置换、冲洗气量的减少，置换、冲洗流出气相应减少，循环气量也就减少，降低了循环压缩能耗。而且，处于吸附步骤第一阶段的吸附塔最终流出气中的易吸附气体组分浓度却很低，这样有利于提高有效气体回收率，由此，可以使用较小的设备尺寸，进而降低装置投资。对于典型工艺，从吸附相获得产品的三塔一均变换气变压吸附脱除并制二氧化碳工艺。原料气流经吸附塔时，易吸附组分二氧化碳的吸附前沿是逐渐向出口方向推进的。当吸附前沿推进到大约1/2时，也就是吸附剂充分吸附1/2时，吸附结束。在接下来的吸附塔死空间气体降压回收过程中，易吸附组分很少的后半段吸附塔中的吸附剂，仅用作接受降压过程中解吸的易吸附组分，以防止易吸附组分进入均压流出气。如果将这个吸附塔分作两个等体积的小吸附塔，依照本专利技术将两个吸附塔串联吸附，仅使吸附饱和的小吸附塔降压，降压流出气回收量减少一半(仅作半次均压)，气体回收率和产品分离要求就可以与大塔一致。但这样一来，只用4个小吸附塔就可以相当于原来的3个大吸附塔，吸附剂节省1/3，同时相应的节省二氧化碳置换气，等等。本专利技术将吸附步骤分作两个或两个以上阶段来进行来回吸附过程。一、吸附步骤分作两个阶段的吸附过程第一阶段，原料气从吸附塔底端1顺向流入吸附塔，吸附流出气I从顶端1流出。同时，吸附流出气I从另外处于第二阶段的吸附塔的顶端1逆向流入。第二阶段，吸附流出气I从吸附塔顶端1流入处于第二阶段的吸附塔，吸附最终流出气从原料气进口端2流出吸附塔。在整个变压吸附系统中，对于每一个吸附塔而言，在整个吸附步骤中，被吸附气体在塔中的流动方向是来回变化的。这样，由于原料气流经两个吸附塔，就可以使处于第一阶段吸附的吸附剂在吸附结束时，吸附饱和或接近饱和，吸附剂利用充分原料气中易吸附组分，而处于第二吸附阶段吸附塔的吸附最终流出气中易吸附组分含量合乎设计要求。这样设计，总吸附剂量与原料气气量的比率比原来的典型工艺小很多，节约了吸附剂和相应的设备。二、吸附步骤分作三个阶段的吸附过程第一阶段，原料气从吸附塔底端1顺向进入吸附塔，吸附流出气I从顶端1流出，同时，吸附流出气I从另外处于第二阶段的吸附塔的顶端1逆向流入；第二阶段时，处于第一阶段的吸附塔吸附流出气I从吸附塔顶端1流入处于第二阶段的吸附塔，而处于第二阶段的吸附流出气II则从吸附塔底端流入处于第三阶段的吸附塔；第三阶段时，处于第二阶段的吸附流出气II从吸附塔底端流入处于第三阶段的吸附塔，由此，吸附最终流出气从吸附塔顶端流出。在整个变压吸附系统中，对于每一个吸附塔而言，在整个吸附步骤中，被吸附气体在塔中的流动方向是来回变化的。这样，由于原料气流经三个吸附塔，处于第一阶段吸附的吸附剂在吸附结束时，吸附饱和或接近饱和，吸附剂利用充分，而处于第三吸附阶段吸附塔的吸附最终流出气中易吸附组分含量达到设计要求。这样设计，总吸附剂量与原料气气量的比率却比原来的典型工艺小很多，节约了吸附剂和相应的设备。按照本专利技术提出的工艺，也可以将吸附步骤分为三个以上阶段，依上述方法类推。由于不同吸附阶段的原料气流动方向来回变化，因此，本专利技术称这种工作方式为来回吸附。这样设计气体流向，还可以使均压步骤时，均压流出气中易吸附组分能够流入预计的位置，并使吸附塔中易吸附组分分布合理。在流程中设计N个用于贮存吸附塔降压过程流出气的空罐，这样可以使降压流出气得以按照设计要求来回收。空罐气体可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压吸附改进工艺改进，其特征是对于每个吸附塔而言，吸附步骤分作两个或两个以上阶段：在第一阶段，原料气从吸附塔进口端１流入，其中大部分易吸附组分气体被吸附剂吸附，未被吸附的难吸附组分与一部分易吸附组分气体，称为吸附流出气Ⅰ，从出口端１ 流出。同时，吸附流出气Ⅰ从其他处于第二吸附阶段的吸附塔的出口端１流入。在第二阶段，吸附流出气Ⅰ从吸附塔出口端１流入，其中大部分易吸附组分气体被吸附剂吸附，。同时，吸附流出气Ⅱ从其他处于第三吸附阶段的吸附塔的进口端２流入。在第三阶段， 吸附流出气Ⅱ从吸附塔进口端２流入，其中大部分易吸附组分气体被吸附剂吸附，未被吸附的难吸附组分与一部分易吸附组分气体，称为吸附流出气Ⅲ，从吸附塔出口端３流出。同时，吸附流出气Ⅲ从其他处于第四吸附阶段的吸附塔的出口端３流入。以后的吸附阶段， 依此类推。可以按照预先设定的吸附阶段数，将吸附流出气Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……作为最终吸附流出气。依照上述的方法，对于每个吸附塔来说，各个吸附阶段的进行顺序是倒置的。例如，对于有两个吸附阶段的工艺，先进行第二阶段吸附，再进行第一阶段吸附。对于有 四个吸附阶段的工艺，依次进行第四阶段吸附、第三阶段吸附、第二阶段吸附、第一阶段吸附。由此达到预期的气体分离效果，这样，可以使吸附剂利用率较高，吸附塔尺寸较小，吸附剂用量较少。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨皓，
申请(专利权)人：杨皓，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]