專利名稱：深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深冷空氣分離技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及ー種深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一、現(xiàn)有深冷空氣分離技術(shù)現(xiàn)狀純氧、純氮是石油化工、煤化工、冶金等生產(chǎn)企業(yè)大量消耗的物料之一，空分裝置是這些企業(yè)的重要配套裝置，雖然近年開發(fā)的變壓吸附和膜回收技術(shù)可以實現(xiàn)空氣中氮氧分離的目的，但是這兩種方法制得氮和氧的純度、實現(xiàn)裝置的大型化要求等方面均不能與深冷低溫精餾法相比。深冷空氣分離技術(shù)是目前應用最廣泛、最成熟、制得氧和氮的純度、高、裝置大型化最成功的空氣分離方法。深冷空氣分離技術(shù)的エ藝過程通常為空氣經(jīng)氣動自潔式空氣過濾器過濾后，進入空氣壓縮機，壓縮至約O. 575MPa(A)左右，然后經(jīng)空氣冷卻系統(tǒng)冷卻至13°C左右進入分子篩純化器脫除空氣中的水、ニ氧化碳、微量的烴類、氧化亞氮等雜質(zhì)。浄化后的空氣通過空氣增壓后膨脹或冷卻、低溫精餾等過程將空氣經(jīng)低溫液化后，再利用氧、氮、氬等沸點不同的特點，實現(xiàn)空氣分離制氧、制氮、制氬氣等惰性氣體。空氣分離過程的冷量來源于空氣增壓透平膨脹機。深冷低溫精餾エ藝一直伴隨著空分裝置的發(fā)展，屬于最為傳統(tǒng)、最為成熟的空氣分尚技術(shù)?？諝庵斜厝缓兴?、ニ氧化碳等雜質(zhì)，目前各深冷空分技術(shù)都設(shè)置了用于脫除水、ニ氧化碳等雜質(zhì)的純化器。但是空氣吸入ロ處ニ氧化碳或水含量上升、純化器吸附末期、由于純化器切換等原因引起沖床、設(shè)備大型化設(shè)計引起的流體力學問題等原因，純化器出ロ空氣中的ニ氧化碳時常超標，空氣中的ニ氧化碳等雜質(zhì)進入冷換系統(tǒng)、精餾塔，影響氧的產(chǎn)量和質(zhì)量、ニ氧化碳凍結(jié)成固態(tài)堵塞氣體流動的通道而導致裝置無法運行的情況時常出現(xiàn)，建國以來由于烴類等各種雜質(zhì)進入冷凍精餾系統(tǒng)導致我國制氧廠頗具規(guī)模的爆炸就有上百起之多，馬來西亞等國外的空分裝置也發(fā)生過爆炸事故。目前各種深冷空分技術(shù)通常設(shè)置了2臺純化器，純化器采用雙床層或單一床層結(jié)構(gòu)。雙床層下部為機械強度較大、對水具有很高吸附能力的活性氧化鋁，上部為對ニ氧化碳和烴類雜質(zhì)等有良好吸附性能的分子篩吸附劑。在吸附過程中，首先被吸附的是水分，然后是ニ氧化碳和其他碳氫化合物。運行時2臺純化器交替工作，其中I臺工作時，另I臺再生，再生的氣源為空氣深冷分離系統(tǒng)輸出的污氮，加熱再生污氮的熱源采用蒸汽或電。事實上吸附和解吸過程是同時進行的，只不過未達到飽和前的瞬時吸附量大于解吸量。當具有一定吸附質(zhì)濃度的空氣開始以恒定流速進入純化器時，在吸附質(zhì)與吸附劑充分接觸后，被吸附的量不斷提高。為保證深冷空分裝置冷凍精餾系統(tǒng)的安全運行，純化器再生前大部分吸附劑的吸附量沒有達到飽和，純化器出口ニ氧化碳等雜質(zhì)的含量在O. 2PPm左右。在設(shè)計的吸附時間結(jié)束前純化器出口處ニ氧化碳含量曲線明顯上揚并超過IPPm的情況下，應切除進入冷凍系統(tǒng)的空氣，防止ニ氧化碳進入空分裝置的冷凍系統(tǒng)在換熱器內(nèi)因低溫固化而堵塞換熱系統(tǒng)的管路，而導致空分裝置無法正常運行。為使吸附質(zhì)從吸附劑表面脫離下來恢復吸附劑的吸附能力，必須對吸附劑進行“再生”。只采用ー級分子篩純化器浄化空氣時，為了滿足深冷空分裝置對ニ氧化碳含量的要求，純化器再生前存在上層吸附劑的吸附量距離飽和吸附量有很大的差距，因而造成了再生過程加熱能耗的無效消耗和再生氮氣的損耗。雖然利用分子篩吸附和再生的過程實現(xiàn)脫除空氣中二氧化碳和水等雜質(zhì)的技術(shù)簡單而且應用普遍，但是近十年化工和冶金行業(yè)產(chǎn)能擴建迅速，裝置大型化和園區(qū)化成為趨勢，空分設(shè)備等級不斷提高。隨著空分裝置大型化、空分裝置所處的運行環(huán)境空氣組成復雜化的變化趨勢，分子篩對雜質(zhì)的物理吸附速率不能適應空分裝置空氣入口處雜質(zhì)含量瞬時大幅度超標的狀況，給空分設(shè)備的設(shè)計和平穩(wěn)運行帶來了很大難度。ニ、大型化和園區(qū)化形勢下，大型空分裝置設(shè)計和平穩(wěn)運行的難點化工和冶金行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢是大型化、園區(qū)化。空分裝置在設(shè)備大型化的 應用過程中，受流體力學、吸附動力學的影響純化器出口ニ氧化碳含量超標成為常見的現(xiàn)象，園區(qū)化的建設(shè)模式也會因園區(qū)內(nèi)污染源排放點多、污染源在風カ及氣壓變化的情況下無規(guī)律地擴散，造成空分裝置空氣吸入ロ處ニ氧化碳、烴類等雜質(zhì)含量超標的狀況，純化器不能應對雜質(zhì)大幅度地超標導致進入深冷空分裝置冷凍系統(tǒng)空氣中二氧化碳或其它雜質(zhì)的含量超標，會影響氧的產(chǎn)量和質(zhì)量、出現(xiàn)換熱系統(tǒng)的管路堵塞而導致裝置停車的故障。大型化和園區(qū)化的運行環(huán)境中深冷空分裝置采用單級純化器完全脫除空氣中二氧化碳和水等雜質(zhì)的難點、純化器出口空氣中二氧化碳或其它雜質(zhì)超標的原因主要如下在大型化的設(shè)計過程中面臨著設(shè)備放大的流體力學設(shè)計和設(shè)備運輸受限等風險。 臥式垂直氣流純化器是目前國內(nèi)大中型空分設(shè)備所采用的主流形式，隨著其結(jié)構(gòu)尺寸的不斷増大，難以保持分子篩床層平整，純化器內(nèi)氣體分布不均勻、死空間區(qū)域増大、邊流效應、偏流現(xiàn)象和分子篩粉化等問題在裝置運行過程中時常出現(xiàn)，使得分子篩吸附層提前“穿透”，導致吸附或再生效果不佳，甚至出現(xiàn)在純化器內(nèi)未脫除的ニ氧化碳進入冷凍系統(tǒng)結(jié)冰而堵塞換熱器。分子篩純化系統(tǒng)的效能還受空氣溫度、流速、壓カ以及吸附劑再生的完善程度和吸附床高度等因素影響，而且與純化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有夫。分子篩裝填結(jié)束時，沒有將床層上平面耙平，使分子篩厚薄不均，水平度不夠，局部形成短路；或者是某次開車造成氣流沖擊，在分子篩局部床層形成凹坑，使部分氣流短路，均會引起純化器出口空氣中的ニ氧化碳含量超標。大型空分裝置在設(shè)備啟動時，壓カ波動幅度過大分子篩床層易受到比較大的沖擊，導致床層不平整，也可能導致分子篩粉碎過多，影響吸附效果，導致純化器出ロ空氣中ニ氧化碳含量超標。在吸附過程中，首先被吸附的是水分，然后是ニ氧化碳和其他碳氫化合物。夏季高溫多濕的環(huán)境下，吸附的水分多了，吸附ニ氧化碳的能力自然大大降低，有可能導致ニ氧化碳含量超標。分子篩純化器在滿負荷運行時，在分子篩吸附程序的后期，易出現(xiàn)ニ氧化碳穿透吸附劑床層而導致超標的故障。立式軸向氣流純化器、立式徑向氣流純化器也不能在設(shè)備大型化的過程中完全避免導致純化器出口ニ氧化碳含量超標的情況。園區(qū)化的發(fā)展趨勢導致園區(qū)內(nèi)裝置多，ー些裝置排放的含烴類氣體擴散至空分裝置的空氣吸入ロ，提高了純化器的負荷，導致吸附劑對ニ氧化碳的吸附能力下降；化工園區(qū)內(nèi)裝置多、ニ氧化碳等污染物排放源多，在風向和風カ變換的作用下，鍋爐、熱電等裝置排放的煙氣等污染源擴散到空分裝置空氣吸入ロ附近，進入純化器的空氣中二氧化碳、烴類、氧化亞氮等雜質(zhì)含量顯著上升的現(xiàn)象在化工園區(qū)時常出現(xiàn)，ニ氧化碳等雜質(zhì)進入空分裝置的冷凍換熱系統(tǒng)后結(jié)冰致使換熱器或相應管道堵塞、裝置操作參數(shù)難于調(diào)節(jié)而導致停車的局面時有發(fā)生?；@區(qū)多套裝置密集排布，在風向和風カ變換的情況下，各類氣體污染源擴散范圍的變化不可調(diào)控和避免，若空氣過濾器進ロ大氣中雜質(zhì)含量高，尤其是園區(qū)內(nèi)煙囪排放的氧化亞氮、こ炔、碳氫化合物進入空分裝置的冷凍系統(tǒng)后將會引發(fā)深冷空分裝置換熱器堵塞甚至爆炸的事故。目前有的エ廠或空分技術(shù)的專利商按照空氣中二氧化碳的含量為400-500PPm設(shè)計純化器的處理能力，設(shè)計值雖然遠高于空氣中正常エ況下的ニ氧化碳等雜質(zhì)的含量，但是在污染源擴散至空分裝置空氣吸入ロ附近區(qū)域時仍存在純化器出口雜質(zhì)含量超標的情況。同時由于分子篩的裝填量大增加了再生過程的能耗和污氮消 耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供一種深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中分子篩吸附效率低、空分裝置空氣吸入ロ處ニ氧化碳等雜質(zhì)嚴重超標或者純化器因邊流效應或偏流現(xiàn)象等原因?qū)е挛较到y(tǒng)出ロ處ニ氧化碳等雜質(zhì)超標的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，采用兩級分子篩純化器組件，用于脫除深冷空分裝置入口空氣中的雜質(zhì)，深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)包括第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件，第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件構(gòu)成兩級串聯(lián)吸附結(jié)構(gòu)，其中，第一級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第一分子篩純化器，第二級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第二分子篩純化器。第一分子篩純化器和第二分子篩純化器內(nèi)均裝填具有吸附空氣中的水和ニ氧化碳等雜質(zhì)的吸附劑。目前深冷空分裝置單級純化器再生前的吸附率約為I. 5%左右，本發(fā)明在生產(chǎn)運行過程中第一分子篩純化器內(nèi)分子篩再生前的平均吸附率提高至3%左右，由于空氣質(zhì)量或純化器內(nèi)流體因素導致第一級分子篩純化器組件出口處ニ氧化碳和水含量在Ippm以上的空氣進入第二級分子篩純化器組件進一歩深度脫除空氣中的雜質(zhì)。進ー步地，第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件之間設(shè)置有用于在第一級分子篩純化器組件再生過程的中后期將不含水和ニ氧化碳的冷吹氮氣送至第二級分子篩純化器組件的再生氮氣入口處以對第二級分子篩純化器組件進行再生的進氣管路。進ー步地，第一級分子篩純化器組件的冷吹氮氣出口處設(shè)置用于控制第一級分子篩純化器再生過程氮氣放空或送至第二級分子篩純化器氮氣再生系統(tǒng)的開關(guān)閥，回收第一級純化器冷吹氮氣進氣管路的第一端連接在開關(guān)閥的上游，進氣管路的第二端連接在第二級分子篩純化器組件的再生氮氣入口端。本發(fā)明的吸附裝置通過將第一分子篩純化器的吸附工作時間由現(xiàn)有技術(shù)中的4小時提高至6小時以上，從而縮小了再生前分子篩吸附量與飽和吸附量的差距，進而提高吸附劑的吸附效率和再生效率，使第一分子篩純化器內(nèi)分子篩的吸附效率提高。由于延長了第一分子篩純化器的吸附率，第一分子篩純化器出口端空氣中的ニ氧化碳含量有所提高，空氣壓縮機出ロ的空氣經(jīng)降溫后進入第一級分子篩純化器組件，使空氣中的ニ氧化碳和水的含量降至IPPm IOPPm左右；此時，第一分子篩純化器出口端的空氣進入第二級分子篩純化器進ー步脫除ニ氧化碳等雜質(zhì)，確?？諝庵械碾s質(zhì)含量降至O. 2PPm左右后進入冷凍系統(tǒng)。由于第二級分子篩純化器入口端空氣中的ニ氧化碳等雜質(zhì)含量在I IOPPm左右，遠低于大氣中二氧化碳正常含量在200 400PPm的范圍，第二級分子篩純化器因空氣中的吸附質(zhì)濃度低而對ニ氧化碳等雜質(zhì)具有高的脫除效率；同時在空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量正常的情況下，第二分子篩純化器的吸附時間甚至可以延長至400小時以上，第二級分子篩的再生頻率很低。由于設(shè)置兩級結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明的吸附裝置能夠在空氣中的ニ氧化碳含量超標一倍以上仍能夠平穩(wěn)運行。當空分裝置空氣吸入ロ處ニ氧化碳等雜質(zhì)含量嚴重超標、高于正常值的20%以上時，可以通過縮短第一級或第二級分子篩純化器吸附時間的方式，避免ニ氧化碳等雜質(zhì)穿透吸附劑床層后進入空分裝置的冷卻系統(tǒng)，從而保證空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量超標的情況下，深冷空分裝置能夠滿負荷地平穩(wěn)運行。通過延長吸附劑吸附-再生的周期，使切換損失減小，分子篩及閥門的使用壽命延長，同時減少因切換引起的壓カ波動次數(shù)，保持深冷精餾系統(tǒng)エ況穩(wěn)定，采用長周期設(shè)計可以減少再生污氮的消耗量和再生加熱過程的能量消耗，這樣更有利于空冷系統(tǒng)的工作，使二者之間形成良好的匹配，彼此良性循環(huán)，使ニ個系統(tǒng)保持長期可靠穩(wěn)定運行。在空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量正常的情況下，第一分子篩純化器的吸附時間得到延長，對雜質(zhì)的吸收率可提高一倍至3%以上，吸收率的提高使得分子篩裝填量得以下降，因而第一級分子篩純化器組件吸附劑再生時消耗的污氮流量下降，在同樣再生溫度下消耗的加熱能耗下降。在空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量不變的情況下，本發(fā)明的吸附裝置吸附劑再生過程的能量消耗比單級純化器低25%以上。本發(fā)明的吸附裝置中第一和第二分子篩純化器的體積小于現(xiàn)有技術(shù)分子篩純化器的體積，兩個第一分子篩純化器和兩個第二分子篩純化器中的分子篩吸附劑的總裝填量較現(xiàn)有技術(shù)中兩個分子篩純化器的分子篩吸附劑的總裝填量増加不大。通過減小純化器 的規(guī)格，降低了因純化器的結(jié)構(gòu)尺寸増大，帶來的氣流分配不均勻、難以保持分子篩床層平整、死空間區(qū)域増大、邊流效應、偏流現(xiàn)象和分子篩粉化等現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率，降低分子篩吸附層提前“穿透”，導致吸附或再生效果不佳、能耗增加的問題。


構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進ー步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)的實施例的連接示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。結(jié)合參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)的實施例采用兩級分子篩純化器組件，用于脫除深冷空分裝置入口空氣中的雜質(zhì)，深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)包括第ー級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件，第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件構(gòu)成兩級串聯(lián)吸附結(jié)構(gòu)，其中，第一級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的第一分子篩純化器Sll和S12、吸附劑加熱再生過程的用于氮氣加熱的加熱器E1，控制第一級分子篩純化器組件吸附-再生過程切換的開關(guān)閥V1-V4、V6-V12等；調(diào)控第一分子篩純化器再生過程氮氣排放去處的開關(guān)閥V5 ;裝置開停エ過程的手動閥門、再生氮氣排放管線上的導淋閥V13等。第二級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的第二分子篩純化器S21和S22，吸附劑再生過程的氮氣加熱器E2，控制第二級分子篩純化器組件吸附-再生過程的開關(guān)閥V20-V22.V26 等。空氣壓縮機出口的空氣經(jīng)降溫后進入第一級分子篩純化器組件，使空氣中二氧化碳和水的含量降至IPPm IOPPm左右。本實施例的吸附裝置通過將第一分子篩純化器的吸附工作時間由現(xiàn)有技術(shù)中4小時有基礎(chǔ)上延長，從而縮小了分子篩再生前的吸附量與飽和吸附量的差距，進而提高吸附劑的吸附效率和再生效率，純化器使第一分子篩純化器內(nèi)分子篩的吸附性能得到更高效率的利用。由于延長了第一分子篩純化器的吸附工作時間，第一分子篩純化器出口端的空氣中的ニ氧化碳含量有所提高，此時，利用第二級分子篩純化器進ー步脫除ニ氧化碳等雜質(zhì)，使空氣中的雜質(zhì)含量降至O. 2PPm左右后進入冷凍系統(tǒng)。 由于第二級分子篩純化器入口端空氣中的ニ氧化碳等雜質(zhì)含量在I IOPPm左右，遠低于大氣中二氧化碳含量在200 400PPm或更高的數(shù)值，因而第二級分子篩純化器因為空氣中的雜質(zhì)濃度低而對ニ氧化碳等雜質(zhì)具有更高的脫除效率，并且可以大大延長第二分子篩純化器的吸附時間，從而降低分子篩的再生頻率。由于設(shè)置兩級結(jié)構(gòu)，使得本實施例的吸附裝置能夠在空氣中的ニ氧化碳含量超標一倍以上仍能夠滿負荷地平穩(wěn)運行。通過延長吸附-再生的周期，使分子篩及閥門使用壽命延長，床層切換的損失減小，同時減少因切換引起的壓カ波動次數(shù)，保持主塔エ況穩(wěn)定，采用長周期設(shè)計可以減少再生污氮量，這樣更有利于空冷系統(tǒng)的工作，使二者之間形成良好的匹配，彼此良性循環(huán)，使ニ個系統(tǒng)保持長期可靠穩(wěn)定運行。同時也因為再生頻率降低而節(jié)約吸附劑再生過程的能耗。在空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量正常的情況下，第一分子篩純化器的吸附時間得到延長，對雜質(zhì)的平均吸附率可提高一倍至3%以上，平均吸附率的提高使得分子篩裝填量得以下降，因而第一級分子篩純化器組件吸附劑再生時消耗的污氮流量下降，在同樣再生溫度下消耗的加熱能耗下降。在空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量不變的情況下，本實施例的吸附裝置吸附劑再生過程的能量消耗比單級純化器低25%以上。本實施例的吸附裝置中第一和第二分子篩純化器的體積小于現(xiàn)有技術(shù)同等產(chǎn)氧規(guī)模空分裝置中所設(shè)計純化器的體積，兩個第一分子篩純化器和兩個第二分子篩純化器中的分子篩吸附劑的總裝填量較現(xiàn)有技術(shù)中兩個純化器的內(nèi)吸附劑的總裝填量増加不大。通過減小純化器的規(guī)格，降低了因純化器結(jié)構(gòu)尺寸增大帶來的氣流分配不均勻、難以保持分子篩床層平整、死空間區(qū)域増大、邊流效應、偏流現(xiàn)象和分子篩粉化等現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率，降低純化器吸附層提前“穿透”而導致吸附或再生效果不佳、能耗增加等問題。在一種優(yōu)選的實施方式中，第一級和第二級分子篩純化器組件之間設(shè)置有用于在第一級分子篩純化器組件再生過程中后期將不含水和ニ氧化碳的冷吹氮氣送至第二級分子篩純化器的再生氮氣入口處以對第二級分子篩純化器組件進行再生的進氣管路。優(yōu)選地，第一級分子篩純化器組件的冷吹氮氣排放管線上設(shè)置有開關(guān)閥V5，回收第一級純化器冷吹氮氣進氣管路的第一端連接在開關(guān)閥V5的上游，進氣管路的第二端連接在第二級分子篩純化器組件的再生氮氣入口端。如圖I所示，為了方便控制，可以在冷吹回收進氣管路上設(shè)置開關(guān)閥V31。上述結(jié)構(gòu)充分利用第一分子篩純化器Sll或S12再生過程中后期冷吹時排放的高溫氮氣作為第二分子篩純化器S21或S22再生的氣源，有效地回收了熱量和排放的氮氣，同時節(jié)省了第二分子篩純化器S21或S22再生的氮氣消耗，解決了部分企業(yè)富余氮氣不足或由于空氣中雜質(zhì)含量嚴重超標時分子篩再生頻率提高引發(fā)氮氣的來源不足問題。如圖I所示，第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件之間設(shè)有第一二氧化碳含量在線分析儀Al，第二級分子篩純化器組件的出口端下游設(shè)置有第二ニ氧化碳含量在線分析儀A2。第一分子篩純化器出口處設(shè)有ニ氧化碳含量在線分析儀Al，用于監(jiān)測第一分子篩純化器空氣出口處的ニ氧化碳含量，并做為調(diào)節(jié)和啟動分子篩純化器再生操作的依據(jù)，同時也做為因空氣中二氧化碳嚴重超標的エ況下，是否降低空 分裝置負荷的依據(jù)。ニ氧化碳含量在線分析儀Al通過ニ氧化碳等雜質(zhì)含量調(diào)整第一級分子篩純化器的吸附-再生周期，避免再生過程的能量和物料浪費。長期處于備用狀態(tài)的第二分子篩純化器能夠應對空氣中二氧化碳等雜質(zhì)含量瞬時超標、夏季空氣濕度過大導致第一級分子篩純化器的吸附能力不足、第一分子篩純化器吸附末期、沖床等各種引發(fā)第一分子篩純化器出口空氣中雜質(zhì)超標等情況，使空分裝置的操作具有較強的靈活性。進而實現(xiàn)吸附裝置吸入ロ空氣中二氧化碳超過SOOPPm也能夠滿負荷地平穩(wěn)運行，入口空氣中二氧化碳超過1300PPm以上裝置減負荷運行的目標。消除引發(fā)空分裝置因換熱系統(tǒng)堵塞、系統(tǒng)內(nèi)ニ氧化碳、氧化亞氮、其它烴類超標弓I發(fā)的生產(chǎn)故障和事故。優(yōu)選地，第一分子篩純化器Sll和S12以及第二分子篩純化器S21和S22均為立式軸向結(jié)構(gòu)，第二分子篩純化器以立式軸向或臥式結(jié)構(gòu)為佳。如圖I所示，本實施例吸附裝置的工作流程如下經(jīng)空壓機增壓后的壓縮空氣經(jīng)冷卻后由閥Vl進入第一分子篩純化器Sll(第一分子篩純化器Sll再生時由閥VlO進入第一分子篩純化器S12、由閥Vl I流出)脫除水和大部分ニ氧化碳后，通過閥V2及第一級ニ氧化碳在線分析儀Al，由閥V21進入第二分子篩純化器S21 (第二分子篩純化器S21再生時由閥V20進入第二分子篩純化器S22)進ー步脫除微量的ニ氧化碳和烴類等雜質(zhì)，以確保進入深冷空分裝置冷凍系統(tǒng)空氣中的雜質(zhì)含量被深度脫除，最后通過閥V22進入下游系統(tǒng)。第一分子篩純化器Sll和第二分子篩純化器S12并聯(lián)，通過吸附和再生過程的切換交替完成脫除空氣中雜質(zhì)的過程。第二分子篩純化器S21和S22也按吸附和再生的切換過程交替地完成空氣中雜質(zhì)的深度脫除過程，在此不再贅述。當?shù)谝环肿雍Y純化器Sll達到設(shè)定的吸附時間或第一級ニ氧化碳含量在線分析儀Al指示的ニ氧化碳雜質(zhì)超過生產(chǎn)控制的操作參數(shù)后，閥VlO打開用于第一分子篩純化器S12充壓，充壓結(jié)束后閥Vll打開使第一分子篩純化器S12進入吸附狀態(tài)，閥Vl和閥V2關(guān)閉使第一分子篩純化器Sll結(jié)束吸附程序。閥V6打開，來自系統(tǒng)內(nèi)的污氮經(jīng)閥V7進入加熱器El加熱后，經(jīng)閥V9和閥V3進入第一分子篩純化器Sll對第一分子篩純化器Sll內(nèi)的分子篩加熱再生，加熱再生時間一般為I. 5小時，加熱再生過程的污氮經(jīng)閥V4和閥V5放空。加熱再生過程結(jié)束后，閥V7關(guān)閉，閥V8打開，來自系統(tǒng)內(nèi)的污氮經(jīng)過再生氮氣管路及閥V8和V3對第一分子篩純化器Sll內(nèi)的分子篩冷吹。加熱再生結(jié)束后如果第二級分子篩純化器需要再生，冷吹開始后將排污管路上的排污閥V13打開排放再生過程在管線內(nèi)累積的水份，冷吹20分鐘左右后關(guān)閉閥V5，并打開閥V31，冷吹過程中后期的氮氣經(jīng)過冷吹回收進氣管路送至閥V26所在管路，用于第二分子篩純化器S21或S22內(nèi)吸附劑的再生。第二分子篩純化器的再生過程與第一分子篩純化器的再生過程類似，在此不再贅述。采用如圖I所示的吸附裝置的實施例，空壓機壓縮至約O. 567MPa⑷然后冷卻至12°C左右進入切換使用的第一分子篩純化器。第一分子篩純化器出口的空氣進入第二分子篩純化器進ー步脫除ニ氧化碳等雜質(zhì)，當一臺在運行的時候，另一臺被來自冷箱的污氮再生或再生后的準備吸附階段。在吸附劑加熱再生階段，污氮氣在再生加熱器中用蒸汽加熱至約160 170°C后送到分子篩純化器。按照第一分子篩純化器出ロニ氧化碳含量在I IOPPm或分子篩的切換周期約為10-12小吋，自動切換。下面的實施例與對比例均按產(chǎn)氧量60000Nm3/h，空氣處理量295000Nm3/h的深冷空分裝置為基準，比較吸附-再生過程的周期、再生過程的能量與物料消耗、對空氣中雜質(zhì)的脫除精度、吸附劑的裝填量、純化器的規(guī)格等指標，數(shù)據(jù)見表I至表4。
對比例中純化器組件為2個并聯(lián)的臥式純化器；實施例I中第一分子篩純化器為立式雙層軸向流純化器，第二分子篩純化器為立式單層軸向流純化器；實施例2中第一分子篩純化器為臥式雙層徑向流純化器，第二分子篩純化器為立式單層軸向流純化器。表I至表4中列出了現(xiàn)有技術(shù)中的單級純化器和本發(fā)明的兩級純化器在空氣中ニ氧化碳雜質(zhì)含量相同的情況下，通過調(diào)節(jié)兩級純化器的吸附工作時間而降低加熱蒸汽的消耗和再生氮氣消耗的情況。從數(shù)據(jù)可以看出在空氣中二氧化碳含量低于500PPm的情況下，由于延長了純化器的吸附時間，使吸附-再生過程的周期延長、平均的加熱蒸汽耗量節(jié)約12 15%,再生氮氣的消耗降低8 30%。當空氣中二氧化碳等雜質(zhì)的含量達到IOOOPPm時，本發(fā)明的兩級吸附系統(tǒng)對空氣的凈化效果能夠滿足深冷空分裝置的運行，而單級純化系統(tǒng)當空氣中二氧化碳等雜質(zhì)的含量達到500PPm時必須減負荷運行或者停エ。表I對比例與實施例分子篩純化器的設(shè)置及吸附劑的裝填量
權(quán)利要求
1.一種深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，其特征在于，采用兩級分子篩純化器組件，用于脫除深冷空分裝置入口空氣中的雜質(zhì)，所述深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)包括 第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件，所述第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件構(gòu)成兩級串聯(lián)吸附結(jié)構(gòu)，其中，所述第一級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第一分子篩純化器(sil、S12)，所述第二級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第二分子篩純化器(S21、S22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件之間設(shè)置有用于在所述第一級分子篩純化器組件再生過程的中后期將不含水和二氧化碳的冷吹氮氣送至所述第二級分子篩純化器組件的再生氮氣入口處以對所述第二級分子篩純化器組件進行再生的進氣管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，其特征在于，第一級分子篩純化器組件的冷吹氮氣出口處設(shè)置用于控制第一級分子篩純化器再生過程氮氣放空或送至第二級分子篩純化器氮氣再生系統(tǒng)的開關(guān)閥(V5)，純化器所述進氣管路的第一端連接在開關(guān)閥(V5)的上游，所述進氣管路的第二端連接在第二級分子篩純化器組件的再生氮氣入口端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)，采用兩級分子篩純化器組件，用于脫除深冷空分裝置入口空氣中的雜質(zhì)，深冷空分裝置的吸附系統(tǒng)包括第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件，第一級分子篩純化器組件和第二級分子篩純化器組件構(gòu)成兩級串聯(lián)吸附結(jié)構(gòu)，其中，第一級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第一分子篩純化器(S11、S12)，第二級分子篩純化器組件包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第二分子篩純化器(S21、S22)。本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中分子篩吸附效率低、空分裝置空氣吸入口處二氧化碳等雜質(zhì)嚴重超標或者純化器因邊流效應或偏流現(xiàn)象等原因?qū)е挛较到y(tǒng)出口處二氧化碳超標的問題。
文檔編號F25J3/04GK102657995SQ20121015758
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者張艷紅, 戈軍 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神華集團有限責任公司