变压吸附系统中控制吸附产品再加压的方法和设备技术方案

本发明专利技术提供了一种在变压吸附ＰＳＡ过程中自动控制产品充压操作的方法和设备，根据本发明专利技术，为了在产品充压操作期间将产品气送进床层，所用的伐与吸附操作期间，从床层中放出产品所使用的阀为同一个阀，这就可以省去若干阀门，包括省去与系统相关联的阀，从而提高了系统的可靠性。同一个控制阀还可以用来控制该ＰＳＡ系统中的压力。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压吸附系统的控制，更具体地说，涉及多床层系统中产品充压操作控制方法和设备，以提高系统的可靠性。对于至少含有二种不同吸附特性的气体的多组分气相流的分离而言，变压吸附(PSA)是一种高效而经济的方法。可吸附性较强的气体可以是一种杂质，从可吸附性较弱的气体中分离出来，而后者作为产品气排出;或者可吸附性较强的气体是需要的产品气，它从可吸附性较弱的气体中分离出来。例如，需要从含氢的物料流中除去一氧化碳和轻质烃，以便生成纯氢(99+%)气流，用于加氢裂化或其它催化过程，在这些过程中，上述杂质对催化剂或反应有害。另一方面，需要回收可吸附性较强的气体，如从物料流中分离出乙烯，以生成富乙烯产品。在变压吸附中，通常将多组分气体在加压的条件下送进若干个吸附床中的一个，以便至少有效地吸附一种组分，同时，至少另一种组分通过该吸附床。在某一规定时刻，该吸附器停止进料，借助于一步或多步顺向放压操作，使该吸附床减压，在上述操作中，压力降至能进行分离的限定值。可吸附性较弱的一种或多种组分保留在床层内，以便在可吸附性较强的组分不明显浓集的情况下放出。然后，通过一步逆向放压操作，吸附床减压，在该步中，通过与进料物流逆向流动地排出被吸附气体，吸附床的压力进一步降低。最后，冲洗该吸附床并对其充压。充压的最后一步由产品气引起，因而该步常被称之为产品充压操作。通常，在多床层系统中具有若干附加级，上述这些附加级可以是多步。Kiyonagq的美国专利3176444，Fuderer等人的美国专利3986849及Wagner的美国专利3430418和3703068均描述了采用顺向和逆向放压的多床层。绝热变压吸附系统，这些专利文献所公开的内容请参见它们的全文。多床层系统(PSA设备)中的每一个吸附器都装有由一个循环控制器控制的若干阀门。除进料阀，产品阀和废气阀外，其它阀门一般都用来使吸附器之间的压力平衡。实际上，多床层系统中的变压吸附器仍然是一个间歇过程，只不过通过相同的若干级使一些床层周期地工作，在任一个给定时间上都有一些阀门不参入工作。通常，在一个PSA设备中，如果有些阀门失误的话，会使得整个设备停止工作。在De，Meyer等人的美国专利4234322中，描述了一种PSA设备，该设备至少有八个操作步骤错开的吸附床，即使其中的一个床层由于阀门故障而必须脱离操作系统，也能使设备继续运转。但是，如附图说明图1所示，九个床层的所有床进行产品充压操作时，都使用了一个阀门(即101)如果该阀门失误，整个设备就不得不停止工作。因此需要设计一种对流程重新安排的变压吸附系统，以便节省一个或几个阀门，尤其是省去需要使流出系统的产品流大体上保持恒定的地方的阀门。此外，特别需要提供一种改进的系统，该系统省去了那些与系统有关联的阀门，这种阀门如果出故障，会使多床层系统的所有吸附床停止工作。本专利技术提供了一种用于控制变压吸附系统中产品充压操作的新方法和设备。该方法包括在容器的产品充压操作期间，从该容器的出口端通过一个可控制的阀门供给产品气，该控制阀与吸附操作期间，为了从容器中释放产品气而使用的阀是同一个阀。该设备包括一根管道，此管道将变压吸附容器的出口端跟多床层系统的产品集管相连;一个处于上述管道上的定位调节阀，以及产生打开上述定位调节阀的控制信号装置，使得在产品充压操作期间，产品气从产品集管中流出，而在吸附操作期间，产品从容器流向产品集管。借助于至少省掉了一个跟系统相关联的阀门来提高操作的可靠性，因而本专利技术的方法和设备具有显著的优点。此外，在特殊的多床层结构中，本专利技术还有其它一些优点。例如，可省去通常为第一均压而设置的一组阀门，然后或者(ⅰ)通过现有的、为另一均压而配置的空闲阀门，或者(ⅱ)通过为同时发生另一均压而配置的、现有的阀门来实现第一均压，上述两个均压通常只在一个时间段内顺序实现。以下结合附图对本专利技术作详细描述，从而更好地理解本专利技术，并更清楚地了解它的优越性。图1为单个吸附床的示意图，它表示出了单循环运行的各操作步骤中加压被吸附的气体量;图2为单个吸附床在单循环操作时的压力曲线图;图3为四床层PSA系统示意图;图4是一张图表，它表示四床层PSA系统通过整个操作循环的充压顺序。用于分离多组分物流的变压吸附过程基本上是一个绝热过程，上述多组分物流至少含有一种可优先吸附的组分。图1中进入吸附区12的物料流10包含杂质混合物和产品流体，吸附区12包括床层14，床层14装有能从物料流中可选择地吸附杂质的吸附剂。“杂质”一词表示一种或多种组份，在上述吸附过程中，它们的可吸附性较强。因此，被描述为杂质的物质并不局限于普通的含义，即仅指不希望有的和要除去的东西。“产品”指的是物料流中较少被吸附的物流，它不一定表示该过程中所需要的那种组份。由于充填了吸附剂，吸附床含有非选择性空隙。在第一高压条件下，物料流进入吸附床，并在吸附区的入口端16跟床接触，因而杂质被吸附剂吸附，部分产品流被收集在空隙中。除去了杂质的产品流18从吸附区的另一端20排出。随着物料流向吸附床内推进，在吸附区的入口端形成杂质吸附前沿，该前沿逐渐沿纵向通过吸附区朝排出端运动，达该区内的预定高度22，然后停止进料。在顺向放压期间，吸附区压力由第一高压向下降低，但仍为高压，被收集在空隙中的产品流通过吸附区的排出端20排出。上述顺向放压使杂质吸附前沿向床层的排出端推进，至一个新的高度26。在顺向放压操作的最后，吸附前沿推进到高度26的同时，最好有一个或几个处在顺向放压操作的均压中间级，以便使这些级的吸附前沿推进到高度24。在多床层系统中，顺向放压操作还向正处于再生操作的床层提供冲洗气体。因此，顺向放压操作，可以称之为提供冲洗操作，请参见图4。顺向放压之后，通过进一步降低床层内压力，使吸附区以反向于进料物流的方向解吸，同时在16处排出已解吸的气体。这一步使吸附前沿降至高度28。该床层被另一个床层顺向放压的气体冲洗，或者用净化的产品冲洗，以便使吸附前沿降至高度30。之前所采用的用于另一吸附操作的容器必须充压，以避免损坏床层。通常分两个基本段进行充压。在第一段充压中，利用处于顺向放压操作的容器中的死空间气体充压，有至两个容器压力相等为止。这称之为均压，它由将顺序地充压时不同容器的死空间气体提供给不同级来实现。最后的均压还可以采用产品气。在第二段充压中。仅用产品气使容器充压。按照本专利技术，通过在吸附操作期间放出产品气的阀门，即控制阀48，将产品气送入容器14中。阀48最好是一个连续可调式定位调节阀，该阀由控制器50控制，以便在任一给定时刻获得所需要的流率。最好在大多数PSA设备中，从系统流出的产品气流速恒定，这就需要从集管38流出，而通过阀48(或者跟另一个处在产品充压操作的容器相关联的阀)的产品气流保持恒定的速率。这一点可通过很多途径来实现。例如，如图1所示，控制器50接收由压力传感器P发出的信号，而控制阀48根据此信号动作。根据处在产品充压操作的容器14中的压力指示值可确定指示值与产品充压操作的端压力之间的差值、从而有效地控制产品气流速率。为了使从系统流出的产品气流速大体上恒定，可以轮流测量流出系统的产品气流速，再根据此测量值通过阀门48控制流到容器14中的产品气流速。单床层中典型的操作时间与各操作步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制多床层加压吸附系统的变压吸附容器中产品充压操作的方法，它包括：通过一个位于上述容器出口端的可控制阀门给上述容器提供产品气，以用于产品充压，上述阀门与吸附操作期间为了从容器中放出产品而采用的阀是同一个阀；通过调节该控制阀，控制 供气速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔格斯托克，迈克尔怀索尔，
申请(专利权)人：联合碳化公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]