变压吸附气体分离方法技术

本发明专利技术涉及从气体混合物中分离或纯化一种或多种气体的变压吸附分离方法，旨在解决已有技术存在的吸附剂利用效率低、系统设备投资高、有效气体回收率不够高和运行成本高的问题。通过设置Ｍ个空罐，避免或减少吸附塔间直接均压，使各吸附塔的操作相互制约减少，从而能合理安排流程，既可使有足够多的均压次数，又能使同时处于吸附状态的吸附塔数足够多，还能使再生时间足够长，因而提高了吸附剂的利用率，从而使设备、管道、阀门的尺寸变小，达到节省投资和降低系统运行费用的目的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，即一种改进的变压吸附气体分离或纯化方法。混合气体的组分分离和纯化的变压吸附法，是根据吸附剂对气体混合物中各气体组分具有不同的吸附选择性和在较高压力下吸附容量大、在较低压力下吸附容量小的特性，由吸附塔吸附与解吸交替运行，从而是一种使气体分离和纯化循环进行的方法。吸附在较高压力下进行；解吸在较低压力或使用不易吸附组分冲洗或真空下进行，或者在二者甚至三者均需要的条件下进行解吸，有时还需要伴以加热。本说明书仅采用通常所说的冲洗变压吸附或真空变压吸附的方法来说明本专利技术。现有技术对于小型变压吸附(PSA)制氮气或氧气的装置，通常采用两个吸附塔为一组交替吸附来取得产品。在这类装置中，当其中一个吸附塔处于吸附状态时，另一个吸附塔则处于再吸附准备过程。再吸附准备过程包括降压、冲洗、升压步骤。降压过程中，吸附剂中吸附的气体解吸，吸附剂恢复吸附能力。冲洗过程、抽空过程或抽空冲洗过程(以下称再生过程)，是为了使吸附剂更进一步得到解吸，并使吸附剂中易吸附的气体组分降低到某一浓度，以利于下一个吸附循环时，易吸附气体组分不会很快逸出吸附塔，由此使气体组分分离度提高。由于原料空气易得，上述两个吸附塔的再生过程中，一般不会对吸附塔吸附的有用气体以及死空间的有用气体作回收。两塔工作状态与时间的关系见表1。 表1二塔一进工艺此表及后面的表中符号意义如下A 吸附adsorptionL 降压、均压(或P)结束后逆向或顺向降压(pressure dischargefollow or against raw flow)1-NL第一次均压降至第n次均压降1-N(equalization de-pressure)NR～1R第n次均压升至第一次均压升N-1(equalization re-pressure)P冲洗解吸时表示冲洗气流出，抽空解吸时表示RR(product flow towashing step or keeping step)PP抽空解吸或冲洗解吸或冲洗置换(washing or vacuum)PP1-PPn冲洗解吸或冲洗置换或第一系统至第n系统抽空解吸(washing or1-system-n-system vacuum)FR用非吸附相气或原料气或可与吸附相气混合之气最终升压(finally re-pressure)RR隔离时间段(吸附塔保持前一状态)由于不回收降压过程流出的有用气体，对于原料气不易获得，或附加值高的原料气，上述流程不宜使用。为了回收降压过程流出的有用气体，通常采用两个以上的吸附塔一起工作，在吸附塔降压解吸过程中，设有吸附塔与吸附塔之间的一次或多次均压步骤，使降压解吸过程流出的有用气体流入正处于升压阶段的吸附塔以节约原料和能量。以非吸附相作为产品时，还用降压过程流出的非吸附相气体直接冲洗需要再生的吸附塔，可以提高吸附剂吸附能力。常见的多塔变压吸附流程，举例如表2-表9所示 表2三塔一进一均工艺< 表3四塔一进二均工艺 表4五塔一进三均工艺 表5六塔二进三均工艺 表6七塔二进三均工艺 表7八塔二进三均工艺 表8九塔三进四均工艺 表9十塔四进四均工艺综观上述流程不难发现，吸附系统的吸附塔数越多，可以实现的均压次数越多，就能越多地回收吸附塔均压降阶段流出的有用气体和能量。但表2-9所列变压吸附流程由于均压是在吸附塔之间直接进行，各塔的动作时间互相制约。对于任一流程而言，要保证吸附剂再生时间，又增加均压次数，则不能增加同时进气的吸附塔数；或既增加均压次数，又增加同时进气吸附塔塔数，就难以保证吸附塔再生过程的时间，结果限制了吸附剂的利用率。Doshi在美国专利US 4,340,398中公开了一种采用三个或多个吸附塔的变压吸附法，其中降压流出气不是从吸附塔出口端直接输送到另外的吸附塔，而是先输送到空罐，然后再将空罐中的气体输送到另外的吸附塔用于升压。但在流程中未安排多塔同时吸附，吸附剂利用率仍不高。中国专利申请公开CN 1156637A公开了一种采用一个或一个以上的带折流板的外部气体贮槽，用于贮存在吸附塔降压过程中流出的气体，使不会出现返混现象，再用该气体经吸附塔出口端对吸附塔进行吹扫、均压和升压。这样流进塔的产品气纯度逐步增高，有利于提高产品的纯度和收率。但也没有安排使更多吸附塔同时处于吸附状态，由此吸附剂利用效率提高的幅度有限。中国专利申请公开CN 1175474A公告了一种N塔(N为5以上含5)的真空变压吸附工艺，其特点是采用N-2个吸附塔同时进行吸附，如此增加了吸附剂的吸附时间比。但是，由于其限制了解吸时间比，吸附剂的再生效果不好，因而吸附剂的实际利用效率并没有得到有效的提高。此外，该工艺仅有一次均压，对高压力吸附工艺的吸附塔流出气不能进行有效的直接回收，因此气体回收率受到限制。另外，由于真空泵不能直接对塔连续抽空，因而抽空效率不高。中国专利申请公开CN 1160598A公开了《六塔真空变压吸附气体分离工艺》的方法，吸附塔数量只限于6，并且只能是真空变压吸附，同时处于吸附状态的塔数为2(即塔数的1/3)，吸附剂利用率不够高。本专利技术的目的本专利技术旨在解决已有技术存在的吸附剂利用效率低、系统设备投资高、有效气体回收率不够高和运行成本高的问题。本专利技术提出了更好的分离方法，依照此种方法，可以完全依据吸附剂特性，确定吸附塔数量为2～24的任意数目，同时处于吸附状态的吸附塔数量可以为塔数的1/3～2/3，能更好地满足各种吸附工艺的要求。本专利技术的是(1).设有N个吸附塔，N大于等于2，其中有些吸附塔能同时处于吸附状态，使吸附塔同时处于吸附状态尽可能的多，以提高吸附剂的利用率；(2).设有M个空罐，M大于等于2，用于在吸附塔降压过程中与吸附塔均压，这种间接均压最多能进行M次，避面或减少吸附塔间的直接均压，同时，回收吸附塔流出的气体，并由这些空罐供气给吸附塔最终充压前升压或冲洗，使吸附塔在工作时间上的相互制约减少，从而能合理安排流程，并能使均压次数增多，使同时处于吸附状态的吸附塔数目增加，最高可达总塔数的2/3，脱附时间增长，并能按排吸附、冲洗、置换、抽真空、脱附或升压步骤连续进行；(3).优选的N为2-24；(4).最好的同时处于吸附状态的塔数为N/3-2N/3；(5).优选的M为2-18；(6).在冲洗、置换操作时，设置成1-12小系统，使气体组份不同的冲洗、置换气体能分阶段对吸附塔工作；(7).在系统抽空解吸操作时，分1-12个相对独立的小系统，使其中各个抽空系统能连续对吸附塔抽空；(8).抽空操作分1-12个小步骤，处于各小步骤时，吸附塔与不同的抽空系统相连，这样能使各抽空系统连续、直接对吸附塔抽空，并在不同的抽空系统出口获得不同组份的气体；(9).吸附塔升压过程中，部分或全部空罐中的气体可从吸附塔的出口或其入口流入吸附塔；(10).整个工艺流程中的全部装置能连续恒流量地最终升压，省去因最终升压不连续而设计的原料气或吸附流出气缓冲罐。本专利技术所述的变压吸附包括冲洗变压吸附、真空变压吸附、变温变压吸附、真空变温变压吸附。本专利技术使用空罐贮存吸附塔降压流出气。空罐数量、体积尺寸，主要取决于吸附压力、放空初压、吸附塔体积、被吸附组份解吸性能以及产品气体浓度要求。吸附塔数量的确定，按照吸附剂的性能以及气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压吸附气体分离方法，其特征在于，所述的变压吸附包括：冲洗变压吸附、真空变压吸附、变温变压吸附、真空变温变压吸附；所述的分离方法是：设有Ｎ个吸附塔，Ｎ大于等于２，同时设有Ｍ个空罐，Ｍ大于等于２，空罐用于在吸附塔降压过程中与吸附塔最多进行Ｍ次间接均压，回收吸附塔流出的气体，并由这些空罐供气给吸附塔最终充压前升压或冲洗，避免或减少吸附塔间直接均压，使各吸附塔操作时间上相互制约减少，使均压次数增加，而且使同时处于吸附状态的吸附塔数目增加，最高可达总塔数的２／３，脱附时间增长，并能安排吸附、冲洗、置换、抽真空、脱附或升压步骤连续进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨皓，张佳平，
申请(专利权)人：杨皓，张佳平，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]