專利名稱：直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于變壓吸附氣體分離技術領域，具體涉及一種直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，即在設置的由至少三個吸附塔組組成的再生循環(huán)系統(tǒng)中實現(xiàn)變壓吸附過程的工藝，其中每個吸附塔組又由兩個吸附塔直接串聯(lián)組成。
背景技術：
為了分離在化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的具有不同分離系數(shù)的混合氣體，并加以回收利用，在變壓吸附氣體分離技術領域中出現(xiàn)各種不同的變壓吸附方法，如專利公開號CN1140418A、CN1235862A、CN1334135A、CN1334136A、CN1342509A、CN1347747A、CN1248482A公開的就是各種串聯(lián)型變壓吸附方法。這些變壓吸附方法均是將在第一套系統(tǒng)吸附后的氣體全部作為第二套系統(tǒng)吸附的原料氣再次進行吸附，并從第二套系統(tǒng)輸出難吸附組份，也就是采用串聯(lián)的兩套系統(tǒng)分兩步來完成變壓吸附產(chǎn)出產(chǎn)品的過程。它們較之一步法并聯(lián)吸附可在一定程度上提高吸附劑的利用率和難吸附組份的純度，但還存在以下缺點1.若是大型變壓吸附系統(tǒng)需多塔同時進氣時，將無法保證易吸附組份在兩級(套)吸附塔中按同一濃度梯度分布，導致第二級(套)吸附塔中吸附劑利用率低。2.兩級(套)系統(tǒng)的各吸附塔之間的缺乏有機的聯(lián)系，不能充分利用它們之間的配合來提高直接均壓次數(shù)，導致放空壓高，放空量大，從而使易吸附組份與難吸附組份的收率均較低。3.兩套系統(tǒng)占地面積大，系統(tǒng)復雜，程控閥門多，維修工作量大，無故障運行時間短，建設投資大等為了克服串聯(lián)型兩步變壓吸附方法存在的缺陷，中國專利CN1394665公開了一種單系統(tǒng)一步法串聯(lián)型變壓吸附工藝。但由于該工藝吸附初期，易吸附組份在串聯(lián)的兩個塔內(nèi)形成了各自的濃度梯度，前級塔輸出的含低濃度易吸附組份的氣體進入后級塔底部含高濃度易吸附組份吸附床層后，必然會將高濃度的易吸附組份置換出來并趕向后一級吸附塔的頂部，從而污染了后一級吸附塔頂部的吸附劑，致使分離不徹底，不能將難吸附組份的純度做的很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術存在的缺陷，提供一種既能獲得高純度的易吸附組份與難吸附組份，又能提高它們的收率，同時還能降低裝置的建設成本與運行費用、節(jié)約能耗的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝。
本發(fā)明提供的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該工藝的吸附再生循環(huán)系統(tǒng)包括至少三個吸附塔組，每個吸附塔組由兩個吸附塔通過一個程控閥門直接串聯(lián)而成，形成兩級吸附，混合氣體作為原料氣進入某塔組中連通的第一、二級吸附塔吸附，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1由該塔組中第二級塔頂排出，當產(chǎn)品1中易吸附組份的含量為0.01％～5％，將產(chǎn)品1輸出切斷，接著將該塔組與系統(tǒng)中的其他吸附塔組和/或其他吸附塔組中的某一吸附塔以及該塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行均壓降，最終均壓降完成后，逆著進氣方向通過放空閥將第二級塔壓強放壓回收至接近大氣壓和/或開啟第二級塔抽空閥，逆著進氣方向對第二級塔抽空解吸回收或放空，與此同時，順著進氣方向通過放空閥將第一級塔壓強放壓回收或放空至接近大氣壓和/或順著進氣方向通過放空閥對第一級塔頂部不合格氣體抽空后放空，再將該塔組中第一級塔逆著進氣方向抽空的輸出氣體作為產(chǎn)品2，隨后依次進行均壓升，終充等過程，如此周而復始。
為了進一步提高產(chǎn)品氣的收率，并降低系統(tǒng)工程造價，本發(fā)明系統(tǒng)中還設置有0～10臺均壓塔，使系統(tǒng)中的吸附塔組還可與均壓塔進行均壓降。對于最終均壓降為順向或逆向，根據(jù)工藝要求確定。另外，從分離氣體的需要考慮，本發(fā)明系統(tǒng)由3～16個吸附塔組構成，各吸附塔組中的第一級吸附塔與第二級吸附塔的體積比為1∶1/3～3，且某塔組與系統(tǒng)中的其他吸附塔組、均壓塔和其他吸附塔組中的某一吸附塔以及某塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行的均壓降為2～16次。在具體進行均壓降時，首先是將某塔組串聯(lián)的第一、二級吸附塔順著進氣方向對另一塔組串聯(lián)的兩個塔或/和均壓塔進行n-2次均壓降，n＝2～16；隨后繼續(xù)將某塔組串聯(lián)的第一、二級吸附塔對剛抽空結束的另一塔組的第二級吸附塔進行第n-1次均壓降；最后將某塔組第二級吸附塔對剛抽空結束的另一塔組的第一級吸附塔進行第n次均壓降。
而對于系統(tǒng)的吸附壓強和產(chǎn)品輸出壓強控制為0.05～5Mpa，具體需由原料氣狀態(tài)和產(chǎn)品氣工藝指標決定。
綜上所述，本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明采用直接串聯(lián)法，當其間的程控閥開通時，每一個塔組中串聯(lián)的兩塔在吸附階段原理與單級系統(tǒng)完全相同，而實際上原料氣又相當于通過了兩級吸附，因而由第二級塔頂輸出的難吸附組份純度自然很高；同時易吸附組份在串聯(lián)的兩個塔內(nèi)按一定的濃度梯度分布，且經(jīng)多次串聯(lián)均壓降與分級均壓降后，第一級吸附塔內(nèi)易吸附組份的濃度很高，若原料氣本身的易吸附組份含量又較高(如以煤為原料生產(chǎn)的水煤氣、半水煤氣)，則逆著進氣方向抽空解吸第一級吸附塔的輸出就為產(chǎn)品2。若原料氣本身的易吸附組份含量較低(如以天然氣為原料生產(chǎn)的水煤氣、半水煤氣)，則先順著進氣方向抽空解吸第一級吸附塔并將輸出作為原料氣或燃料氣回收，隨后則逆著進氣方向抽空解吸第一級吸附塔，其輸出作為產(chǎn)品2。正是由于產(chǎn)品1的難吸附組份的純度是通過兩級吸附來保證，而產(chǎn)品2的易吸附組份又來自串聯(lián)吸附中的含高濃度易吸附組份第一級吸附塔，所以本發(fā)明能同時獲得兩種高純度的產(chǎn)品。
2、由于本發(fā)明的工藝在吸附結束后，殘留于兩級吸附塔中的難吸附組份濃度順著進氣方向由低到高分布，即難吸附組份主要殘留在第二級吸附塔中，通過精心安排的均壓降過程使第二級吸附塔中的死空間氣體得到了最大限度的回收，從而提高了產(chǎn)品1的收率。
3、由于本發(fā)明首先取消了已有技術通過加壓置換的方式獲得產(chǎn)品2的過程，節(jié)約了加壓置換所必須的壓縮耗能；其次，因采用的直接串聯(lián)法使難吸附組份主要殘留在第二級吸附塔中，而在降低第一級吸附塔內(nèi)死空間氣體的回收深度也不會對產(chǎn)品1的收率有太大影響下，本發(fā)明第一級吸附塔內(nèi)的部分死空間氣體采取不通過抽真空系統(tǒng)而直接放壓至接近大氣壓強，由此減少了抽真空負荷，節(jié)約了能耗。
4、由于本發(fā)明首先取消了已有技術通過加壓置換的方式獲得產(chǎn)品2的過程，節(jié)約了加壓置換所必須的系統(tǒng)建設投資；其次由于本發(fā)明采用直接串聯(lián)法，所用的程控閥門臺數(shù)較兩步法減少1/3，相應的管道管件減少1/3；加之系統(tǒng)又較兩步法簡單，維修量將減少，無故障運行時間將增加，因而不僅降低了裝置的建設成本，比兩步法節(jié)約10％左右，而且也減少了運行費用。
四

圖1為本發(fā)明實施例1的直接串聯(lián)式變壓吸附各塔組的連接示意圖；圖2為本發(fā)明實施例2的直接串聯(lián)式變壓吸附各塔組的連接示意圖。
五具體實施例方式
下面結合附圖給出實施例并對本發(fā)明作進一步說明。有必要在此指出的是以下實施例不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，如果該領域的技術熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進仍屬于本發(fā)明保護范圍。
實施例1本實施例是半水煤氣提氫的直接串聯(lián)式變壓吸附工藝。原料氣壓強為表壓0.7MPa。本實施例采用4-082224流程，即系統(tǒng)為四組共八塔流程，雙塔直接串聯(lián)進氣，兩級獨立抽空，兩次直接均壓，四次間接均壓。表一為本實施例的四分之一工藝時序表，其余部分可參照該表順序類推。
表一 4-082224流程

為了便于說明本實施例采用的流程，現(xiàn)將由程控閥串聯(lián)的兩個吸附塔構成的4個塔組分別命名為A1+B1、A2+B2、A3+B3、A4+B4，各塔組的連接如圖1所示，其中各A塔與B塔的體積比為1∶1。
下面以A1+B1塔為例說明如下半水煤氣經(jīng)管道輸送至系統(tǒng)界區(qū)內(nèi)，并通過流量控制輸入到本系統(tǒng)。
第一步，原料氣通過進料閥進入串聯(lián)的A1與B1塔進行一級吸附與二級吸附，并由B1塔頂部輸出閥輸出高純度氫氣作為產(chǎn)品1。
第二步，當氫氣中雜質(zhì)N2+CH4的含量達到工藝指標限如0.1％時，關閉A1塔進料閥與B1塔的產(chǎn)品閥，開啟B1塔的均壓閥，串聯(lián)的A1+B1塔組順著進氣方向對A3+B3塔組進行一均降，對應的A3+B3塔組進行一均升。隨后A1+B1塔組順著進氣方向對四個均壓塔再進行第二至第五次均壓降，對應的四個均壓塔進行均壓升。接著將串聯(lián)的A1+B1塔組順著進氣方向對B2塔進行第六次均壓降，對應的B2塔進行第六次均壓升，然后B1塔順著進氣方向對A2塔繼續(xù)進行第六次均壓降，對應的A2塔進行第六次均壓升。此時A1塔的壓強約為0.1MPa，B1塔的壓強略低于大氣壓。
第三步，開啟B1塔抽空閥，逆著進氣方向對B1塔抽空解吸并將真空泵出口主要成份為氮氣的解吸氣放空。與此同時A1塔首先順著進氣方向通過放空閥將塔壓放空至接近大氣壓，接著順著進氣方向通過放空閥對A1塔頂部不合格的二氧化碳抽空后放空，直到真空泵出口二氧化碳濃度達到工藝要求如95％后，逆著進氣方向通過A1塔的抽空閥對A1塔抽空解吸并將真空泵出口濃度為98.5％的二氧化碳氣體作為產(chǎn)品2輸出。
第四步，關閉A1，B1塔的抽空閥，開啟A1，B1塔的均壓閥，逆著進氣方向分六次逐步升高A1，B1塔壓強，時序與均壓降相對應。
第五步，關閉A1，B1塔的均壓閥，開啟終充閥并逆著進氣方向用產(chǎn)品氫氣將A1，B1塔充至產(chǎn)品氫壓強。如此周而復始。
本實施例的產(chǎn)品氫氣純度為99.9％，收率為95％。產(chǎn)品二氧化碳純度為98.5％，收率為85％實施例2本實施例是尿素生產(chǎn)中變換氣分離二氧化碳的直接串聯(lián)式變壓吸附工藝。原料氣壓強為表壓1.6MPa。本實施例采用8-164440流程，即系統(tǒng)為八組十六塔流程，四塔共兩組串聯(lián)進氣，四塔同時抽空，四次直接均壓，無間接均壓過程。表二為本實施例的八分之一工藝時序表，其余部分可參照該表順序類推。
表二8-164440流程

為了便于說明本實施例采用的流程，現(xiàn)將由程控閥串聯(lián)的兩個吸附塔構成的8個塔組分別命名為A1+B1、A2+B2、A3+B3、A4+B4…依次類推，各塔組的連接如圖2所示，其中各A塔與B塔的體積比為1∶2。
下面以A1+B1塔為例說明如下尿素變換氣經(jīng)管道輸送至系統(tǒng)界區(qū)內(nèi)，并通過流量控制輸入到本系統(tǒng)。
第步，原料氣通過進料閥進入串聯(lián)的A1與B1塔進行一級吸附與二級吸附，并由B1塔頂部輸出閥輸出高純度氫氮氣作為產(chǎn)品1。
第二步，當氫氮氣中雜質(zhì)CO2的含量達到工藝指標限如0.2％時，關閉A1塔進料閥與B1塔的產(chǎn)品閥，開啟B1塔的均壓閥，串聯(lián)的A1+B1塔組順著進氣方向對B6+A6，B5+A5，B4+A4進行三次均壓降，對應的串聯(lián)塔組進行三次均壓升。接著串聯(lián)的A1+B1塔組順著進氣方向對B3塔進行第四次均壓降，對應的B3塔進行第四次均壓升，然后B1塔順著進氣方向對A3塔繼續(xù)進行第四次均壓降，對應的A3塔進行第四次均壓升。此時A1塔的壓強約為0.3MPa，B1塔的壓強約為0.1MPa。
第三步，首先逆著進氣方向通過放空閥將B1塔壓強作為原料氣或燃料氣放壓回收至接近大氣壓，然后開啟B1塔抽空閥，逆著進氣方向對B1塔抽空解吸并將真空泵出口主要成份為氫氮氣的解吸氣作為原料氣或燃料氣回收。與此同時，首先順著進氣方向通過放空閥將A1塔壓強作為原料氣或燃料氣放壓回收至接近大氣壓，接著逆著進氣方向通過A1塔的抽空閥對A1塔抽空解吸并將真空泵出口濃度為98.5％的二氧化碳氣體作為產(chǎn)品2輸出。
第四步，關閉A1，B1塔的抽空閥，開啟A1，B1塔的均壓閥，逆著進氣方向分四次逐步升高A1，B1塔壓強，時序與均壓降相對應。
第五步、關閉A1，B1塔的均壓閥開啟終充閥逆著進氣方向用產(chǎn)品氫氮氣將A1，B1塔充至產(chǎn)品氫氮氣壓強。如此周而復始。
本實施例的產(chǎn)品氫氮氣中二氧化碳含量為0.2％；產(chǎn)品氫氣收率為99％；氮氣收率為96％，產(chǎn)品二氧化碳純度為98.5％；收率為80％。
權利要求
1.一種直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該工藝的吸附再生循環(huán)系統(tǒng)包括至少三個吸附塔組，每個吸附塔組由兩個吸附塔通過一個程控閥門直接串聯(lián)而成，形成兩級吸附，混合氣體作為原料氣進入某塔組中連通的第一、二級吸附塔吸附，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1由該塔組中第二級塔頂排出，當產(chǎn)品1中易吸附組份的含量為0.01％～5％，將產(chǎn)品1輸出切斷，接著將該塔組與系統(tǒng)中的其他吸附塔組和/或與其他吸附塔組中的某一吸附塔以及該塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行均壓降，最終均壓降完成后，逆著進氣方向通過放空閥將第二級塔壓強放壓回收至接近大氣壓和/或開啟第二級塔抽空閥，逆著進氣方向對第二級塔抽空解吸回收或放空，與此同時，順著進氣方向通過放空閥將第一級塔壓強放壓回收或放空至接近大氣壓和/或順著進氣方向通過放空閥對第一級塔頂部不合格氣體抽空后放空，再將該塔組中第一級塔逆著進氣方向抽空的輸出氣體作為產(chǎn)品2，隨后依次進行均壓升，終充等過程，如此周而復始。
2.根據(jù)權利要求1所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該系統(tǒng)由3～16個吸附塔組構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該系統(tǒng)各吸附塔組中的第一級吸附塔與第二級吸附塔的體積比為1∶1/3～3。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該系統(tǒng)還設置有0～10臺均壓塔，系統(tǒng)中的吸附塔組還可與均壓塔進行均壓降。
5.根據(jù)權利要求3所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于該系統(tǒng)還設置有0～10臺均壓塔，系統(tǒng)中的吸附塔組還可與均壓塔進行均壓降。
6.根據(jù)權利要求4所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于某塔組與系統(tǒng)中的其他吸附塔組、均壓塔和其他吸附塔組中的某一吸附塔以及某塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行的均壓降為2～16次。
7.根據(jù)權利要求5所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于某塔組與系統(tǒng)中的其他吸附塔組、均壓塔和其他吸附塔組中的某一吸附塔以及某塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行的均壓降為2～16次。
8.根據(jù)權利要求3或6或7所述的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，其特征在于在進行均壓降時，首先將某塔組串聯(lián)的第一、二級吸附塔順著進氣方向對另一塔組串聯(lián)的兩個塔或/和均壓塔進行n-2次均壓降，n＝2～16；隨后繼續(xù)將某塔組串聯(lián)的第一、二級吸附塔對剛抽空結束的另一塔組的第二級吸附塔進行第n-1次均壓降；最后將某塔組第二級吸附塔對剛抽空結束的另一塔組的第一級吸附塔進行第n次均壓降。
全文摘要
本發(fā)明公開的直接串聯(lián)式一步法變壓吸附工藝，該工藝的系統(tǒng)有至少三個吸附塔組，每個吸附塔組由兩個吸附塔直接串聯(lián)而成，原料氣進入某塔組中連通的第一、二級吸附塔吸附，難吸附組份作為產(chǎn)品氣1由第二級塔頂排出，當產(chǎn)品1中易吸附組份即將超標時，將輸出切斷，接著將該塔組與其他吸附塔組或/和均壓塔、其他吸附塔組中的某一吸附塔以及該塔組中的某塔與其他吸附塔組中的某一吸附塔進行均壓降，最終均壓降后，將該塔組中第一級塔逆著進氣方向抽空的氣體作為產(chǎn)品2，將該塔組中第二級塔逆著進氣方向抽空的氣體回收，隨后進行均壓升，終充，如此周而復始。本發(fā)明既能獲得高純度、高收率的易吸附組份與難吸附組份，又能降低建設成本與運行費用和能耗。
文檔編號B01D53/047GK1460535SQ03117988
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權日2003年6月2日
發(fā)明者王玉 申請人:王玉