專利名稱：變壓吸附氣體分離工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體分離工藝，尤其是一種利用置換尾氣經(jīng)過兩次吸附提高產(chǎn)品氣產(chǎn)率的變壓吸附氣體分離工藝。
背景技術(shù)：
目前，在現(xiàn)有的變壓吸附氣體分離技術(shù)中，無論是易吸附相得產(chǎn)品，如變壓吸附制純二氧化碳，還是難吸附相得產(chǎn)品，如變壓吸附制氫技術(shù)，或者是即需要從易吸附相獲得產(chǎn)品又需要從難吸附相獲得產(chǎn)品，如變壓吸附從合成氨變換氣中脫碳用于尿素生產(chǎn)，吸附塔在進行均壓降壓ED時，混合氣都是從吸附塔的底部流入，經(jīng)過吸附塔內(nèi)部的吸附劑吸附后，產(chǎn)品從吸附塔的頂部流出，或者進入到下一個吸附塔進行濃度提純，或者直接儲存到貯存器中。現(xiàn)在氣體分離技術(shù)中，在對吸附塔內(nèi)部的雜質(zhì)進行置換后，置換所得的置換氣直接排放，但是在吸附塔內(nèi)進行置換時，吸附塔內(nèi)的氣體除了雜質(zhì)氣外還存留有部分產(chǎn)品氣， 如果直接將置換氣排放，造成產(chǎn)品氣也同時被排放，損失了部分產(chǎn)品氣降低了產(chǎn)品氣的產(chǎn)率?，F(xiàn)有的氣體分離裝置在分離氣體的時候都是一次吸附塔完成吸附后即將產(chǎn)品氣排出或者貯存，接著對該吸附塔進行后序的工作處理，這種吸附方式造成排出的產(chǎn)品氣由于受到吸附塔內(nèi)的吸附劑的影響，產(chǎn)品氣內(nèi)的雜質(zhì)含量較多，無法得到純度高的產(chǎn)品氣。中國專利局于2002年1月9日公告了一份CN1077447C號專利，名稱為氣體分離的串流變壓吸附方法，該方法在第一、第二、吸附器及產(chǎn)品貯存器串聯(lián)形成的回路中進行。原料為含污染物和產(chǎn)品組分的氣體混合物，包括步驟1、進料氣體進入第一吸附器，作暫時停留，然后加壓，使吸附劑吸附大部分的污染物組分并產(chǎn)出純凈的產(chǎn)品氣體；2、通過第二吸附器和貯存器排出純凈的產(chǎn)品氣體，第一吸附器并流減壓；3、對第一、第二、吸附器作逆流放空；4、用貯存器中的純凈氣體對第一、第二吸附器部分增壓；然后重復(fù)步驟1-4。該方法就使用逆流放空，而且是將兩個吸附器都放空，沒有使用放空氣，降低了產(chǎn)品氣的產(chǎn)率，同時也不對吸附塔內(nèi)部進行置換及解析處理，使得吸附塔內(nèi)部的吸附劑吸附較多的雜質(zhì)，長時間工作后會逐漸降低吸附的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了氣體分離中置換氣被排放，造成部分產(chǎn)品氣損失的缺陷，提供一種置換氣不放空并作為另一吸附塔增壓使用的氣體，同時還能分離得到置換氣中的產(chǎn)品氣， 提高了產(chǎn)品氣的產(chǎn)率的氣體分離置變壓吸附工藝。本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中氣體吸附通過一次吸附塔就排出產(chǎn)品氣造成產(chǎn)品氣純度不高的缺陷，提供一種連續(xù)經(jīng)過兩個吸附塔進行吸附能得到較高純度的產(chǎn)品氣的變壓吸附氣體分離工藝。本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中對經(jīng)過兩次吸附的吸附塔進行逆流放空，會帶走處于第一吸附塔內(nèi)的產(chǎn)品氣同時降低產(chǎn)品氣產(chǎn)率的缺陷，提供一種經(jīng)過兩次吸附，并將吸附塔內(nèi)的殘留氣順向轉(zhuǎn)移到另一吸附塔，提高了吸附效果增加產(chǎn)品純度的變壓吸附氣體分離工藝。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種變壓吸附氣體分離工藝，工藝流程包括7個工序分別為吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓和充壓，包括如下步驟(1) 吸附工序為串聯(lián)吸附，由兩個吸附塔共同完成，兩吸附塔分為一級吸附塔和二級吸附塔，一級吸附塔經(jīng)過吸附產(chǎn)生中間氣順向轉(zhuǎn)移給二級吸附塔，經(jīng)過二級吸附塔吸附得到產(chǎn)品氣， 產(chǎn)品氣進入下一工段；(2)產(chǎn)品氣達(dá)到指標(biāo)開始降壓，二級吸附塔內(nèi)的氣體降壓轉(zhuǎn)移到下一串聯(lián)吸附的兩個吸附塔中的二級吸附塔，原一級吸附塔內(nèi)的氣體降壓轉(zhuǎn)移到原二級吸附塔；原二級吸附塔成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔；(3)對原一級吸附塔進行置換，下一串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔和二級吸附塔組合完成吸附工序，高濃度氣體從原一級吸附塔的底部進入順向進行置換，置換氣轉(zhuǎn)移到需升壓的吸附塔內(nèi)；(4)串聯(lián)吸附的一級吸附塔和二級吸附塔繼續(xù)向另一吸附塔轉(zhuǎn)移，完成降壓，二級吸附塔再次成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔，原一級吸附塔開始放空；(5)串聯(lián)吸附的一級吸附塔和二級吸附塔繼續(xù)向另一吸附塔轉(zhuǎn)移，完成降壓，二級吸附塔再次成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔，原一級吸附塔開始抽真空，原二級吸附塔開始放空；(6)原一級吸附塔轉(zhuǎn)移得到其他吸附塔經(jīng)過壓縮的置換氣，原一級吸附塔完成升壓工序，串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔產(chǎn)生的中間氣轉(zhuǎn)移到該串聯(lián)吸附工序中的二級吸附塔完成串聯(lián)吸附工序的橫向轉(zhuǎn)移，上一串聯(lián)吸附工序中的二級吸附塔成為一級吸附塔；(7)將產(chǎn)品氣轉(zhuǎn)移到原一級吸附塔內(nèi)，使得原一級吸附塔內(nèi)的壓力達(dá)到吸附壓力，將中間氣轉(zhuǎn)移到本串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔內(nèi)，使得一級吸附塔內(nèi)的壓力達(dá)到吸附壓力；(8)如此重復(fù)步驟1-7并不斷橫向轉(zhuǎn)移，至完成所有原料氣分離。作為優(yōu)選，每個吸附塔都依次完成吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓并充壓的循環(huán)工序。每一個吸附塔完成的工序主要由連接該吸附塔的閥門控制，對應(yīng)工序的閥門開啟，可以進行該工序的操作，閥門可以有程序進行控制，比如PLC程序進行控制，編制程序也是根據(jù)生產(chǎn)需要及吸附塔的工作狀況來設(shè)定。作為優(yōu)選，串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔和二級吸附塔同時完成降壓工序。一級吸附塔和二級吸附塔共同組合完成串聯(lián)吸附，吸附后橫向轉(zhuǎn)移，一級吸附塔進入下一工序， 二級吸附塔變成下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔，二級吸附塔內(nèi)的壓力高于一級吸附塔內(nèi)的壓力，一級吸附塔內(nèi)的壓力高于原料氣的壓力，因此二級吸附塔變成一級吸附塔的時候要降壓，一級吸附塔完成吸附后降壓。作為優(yōu)選，第一次氣體分離過程中對應(yīng)升壓工序充入原料氣來完成。第一次吸附循環(huán)的時候，沒有降壓氣及放空氣和置換氣，因此需要輸入原料氣進行升壓，第一次吸附循環(huán)完成后可以使用降壓氣作為升壓氣使用。作為優(yōu)選，每一吸附塔完成氣體分離工序時氣體從吸附塔的底部進入，從吸附塔的頂部排出，始終處于順向流動狀態(tài)。吸附塔內(nèi)氣體的流向都是順向流動，因此產(chǎn)品氣在吸附塔內(nèi)的濃度梯度從底部到頂部總是從低到高，從吸附塔頂部排出的產(chǎn)品氣的濃度較高。本發(fā)明的有益效果是并列的兩吸附塔串聯(lián)相連共同完成吸附工序，串聯(lián)中的處于前的一級吸附塔完成吸附后得到中間氣，中間氣轉(zhuǎn)移給二級吸附塔得到產(chǎn)品氣，始終確保產(chǎn)品氣的純度較高；串聯(lián)吸附工序在吸附塔之間橫向順向轉(zhuǎn)移，保證一級吸附塔內(nèi)的氣體的濃度和二級吸附塔內(nèi)的氣體的濃度不變，有利于中間氣的純度穩(wěn)定和產(chǎn)品氣的純度穩(wěn)定；在放空前進行置換，保證吸附塔內(nèi)的剩余氣體得到有效利用，尤其是抽真空在放空后進行，提高了剩余氣體利用率。


圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)示意圖中1、第一吸附塔，2、第二吸附塔，3、第三吸附塔，4、第四吸附塔，5、第五吸附塔，6、 第六吸附塔。
具體實施例方式下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例一種變壓吸附氣體分離工藝(參見附圖1)，有六個吸附塔并列共同完成氣體分離吸附工序，分別為第一吸附塔1、第二吸附塔2、第三吸附塔3、第四吸附塔4、第五吸附塔5和第六吸附塔6，工藝流程包括7個工序分別為吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓和充壓。第一次氣體分離過程中對應(yīng)升壓工序充入原料氣來完成。以第一吸附塔進行吸附為例，步驟如下(1)吸附工序為串聯(lián)吸附，由兩個吸附塔共同完成包括第一吸附塔和第二吸附塔，兩吸附塔分為一級吸附塔和二級吸附塔，第一吸附塔為一級吸附塔，第二吸附塔為二級吸附塔，原料氣經(jīng)過閥門KSlOlA順向進入到第一吸附塔內(nèi)，一級吸附塔經(jīng)過吸附產(chǎn)生中間氣從一級吸附塔頂部經(jīng)閥門KS102A排出，中間氣通過閥門KS1(X3B順向轉(zhuǎn)移給第二吸附塔，經(jīng)過二級吸附塔吸附得到產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣通過閥門 KS104B排出進入下一工段；
(2)產(chǎn)品氣達(dá)到指標(biāo)開始降壓，同時串聯(lián)吸附橫向轉(zhuǎn)移，二級吸附塔也就是第二吸附塔內(nèi)的氣體通過閥門KS106B降壓轉(zhuǎn)移到第二串聯(lián)吸附的兩個吸附塔中的二級吸附塔也就是第三吸附塔，原一級吸附塔內(nèi)的氣體通過KS107A降壓轉(zhuǎn)移到原二級吸附塔內(nèi)也就是第二吸附塔；第二吸附塔成為第二串聯(lián)吸附的一級吸附塔，第一吸附塔完成降壓，原料氣從閥門KSlOlB順向進入第二吸附塔；
(3)串聯(lián)吸附工序橫向轉(zhuǎn)移，第二吸附塔內(nèi)的氣體通過閥門KS107B轉(zhuǎn)移到第三吸附塔，第三吸附塔內(nèi)的氣體通過閥門KS106C轉(zhuǎn)移到第四吸附塔，第三吸附塔和第四吸附塔組成第三串聯(lián)吸附工序的一級吸附塔和二級吸附塔，對第一吸附塔通過閥門KS112A進行置換，高濃度氣體從第一吸附塔的底部進入順向進行置換，此時第五吸附塔正在升壓，置換氣通過閥門KS108E轉(zhuǎn)移到第五吸附塔內(nèi)，第二吸附開始降壓；
(4)串聯(lián)吸附繼續(xù)橫向轉(zhuǎn)移，第三吸附塔內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移到第四吸附塔，第四吸附塔內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移到第五吸附塔，第四吸附塔和第五吸附塔組成第四串聯(lián)吸附工序的一級吸附塔和二級吸附塔，第一吸附塔通過閥門KSllOA開始放空，第二吸附塔通過閥門KS112B開始置換，第三吸附塔通過閥門KS106C開始降壓，此時第五吸附塔使用產(chǎn)品氣進行最終充壓；
(5)串聯(lián)吸附工序繼續(xù)橫向轉(zhuǎn)移，第一吸附塔通過閥門KSlllA開始用真空泵抽真空， 第二吸附塔通過開始放空，第三吸附塔開始置換，置換氣轉(zhuǎn)移給需升壓的吸附塔，第四吸附塔內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移給第五吸附塔進行降壓，第五吸附塔內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移到第六吸附塔，第五吸附塔和第六吸附塔成為第無串聯(lián)吸附工序的一級吸附塔和二級吸附塔，第一吸附塔完成抽真空后開始升壓，升壓使用置換工序得到的置換氣；
(6)第一吸附塔完成升壓工序，第六吸附塔內(nèi)的氣體轉(zhuǎn)移到第一吸附塔，第五串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔產(chǎn)生的中間氣轉(zhuǎn)移到第六吸附塔，通過閥門KS109F將中間氣增壓轉(zhuǎn)移到第六吸附塔內(nèi)，完成串聯(lián)吸附工序的橫向轉(zhuǎn)移，第一吸附塔同時通過閥門KS105A用產(chǎn)品氣進行最終充壓，達(dá)到吸附壓力，第二吸附塔開始抽真空并準(zhǔn)備升壓，第三吸附塔開始放空，第四吸附塔開始置換，第五吸附塔開始降壓；
(7)如此重復(fù)步驟1-7并不斷橫向轉(zhuǎn)移，至完成所有原料氣分離。吸附塔可以擴展到40臺，吸附塔相互并列，閥門KSlOl作為原料氣進口閥，閥門 KS102作為中間氣出口閥，閥門KS103作為中間氣進口閥，閥門KS104作為產(chǎn)品氣出口閥，閥門KS105作為二級吸附塔最終充壓的產(chǎn)品氣進口閥，閥門KS106作為二級吸附塔降壓成一級吸附塔的進出口閥，閥門KS107作為置換氣出口閥，閥門KS108作為一級吸附塔降壓的進出口閥，閥門KS109作為一級吸附塔最終充壓的產(chǎn)品氣的進口閥，閥門KSllO作為放空氣的出口閥，閥門KS111作為抽真空的出口閥，閥門KS112作為置換氣進口閥。以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
1.一種變壓吸附氣體分離工藝，工藝流程包括7個工序分別為吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓和充壓，其特征在于包括如下步驟(1)吸附工序為串聯(lián)吸附，由兩個吸附塔共同完成，兩吸附塔分為一級吸附塔和二級吸附塔，一級吸附塔經(jīng)過吸附產(chǎn)生中間氣順向轉(zhuǎn)移給二級吸附塔，經(jīng)過二級吸附塔吸附得到產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣進入下一工段；(2)產(chǎn)品氣達(dá)到指標(biāo)開始降壓，二級吸附塔內(nèi)的氣體降壓轉(zhuǎn)移到下一串聯(lián)吸附的兩個吸附塔中的二級吸附塔，原一級吸附塔內(nèi)的氣體降壓轉(zhuǎn)移到原二級吸附塔；原二級吸附塔成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔；(3)對原一級吸附塔進行置換，下一串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔和二級吸附塔組合完成吸附工序，高濃度氣體從原一級吸附塔的底部進入順向進行置換，置換氣轉(zhuǎn)移到需升壓的吸附塔內(nèi)；(4)串聯(lián)吸附的一級吸附塔和二級吸附塔繼續(xù)向另一吸附塔轉(zhuǎn)移，完成降壓，二級吸附塔再次成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔，原一級吸附塔開始放空；(5)串聯(lián)吸附的一級吸附塔和二級吸附塔繼續(xù)向另一吸附塔轉(zhuǎn)移，完成降壓，二級吸附塔再次成為下一串聯(lián)吸附的一級吸附塔，原一級吸附塔開始抽真空，原二級吸附塔開始放空；(6)原一級吸附塔轉(zhuǎn)移得到其他吸附塔經(jīng)過壓縮的置換氣，原一級吸附塔完成升壓工序，串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔產(chǎn)生的中間氣轉(zhuǎn)移到該串聯(lián)吸附工序中的二級吸附塔完成串聯(lián)吸附工序的橫向轉(zhuǎn)移，上一串聯(lián)吸附工序中的二級吸附塔成為一級吸附塔；(7)將產(chǎn)品氣轉(zhuǎn)移到原一級吸附塔內(nèi)，使得原一級吸附塔內(nèi)的壓力達(dá)到吸附壓力，將中間氣轉(zhuǎn)移到本串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔內(nèi)，使得一級吸附塔內(nèi)的壓力達(dá)到吸附壓力；(8)如此重復(fù)步驟1-7并不斷橫向轉(zhuǎn)移，至完成所有原料氣分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離工藝，其特征在于每個吸附塔都依次完成吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓并充壓的循環(huán)工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離工藝，其特征在于串聯(lián)吸附工序中的一級吸附塔和二級吸附塔同時完成降壓工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的變壓吸附氣體分離工藝，其特征在于第一次氣體分離過程中對應(yīng)升壓工序充入原料氣來完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的變壓吸附氣體分離工藝，其特征在于每一吸附塔完成氣體分離工序時氣體從吸附塔的底部進入，從吸附塔的頂部排出，始終處于順向流動狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用置換尾氣經(jīng)過兩次吸附提高產(chǎn)品氣產(chǎn)率的變壓吸附氣體分離工藝。解決了氣體分離中置換氣被排放，造成部分產(chǎn)品氣損失的缺陷，包括7個工序分別為吸附、降壓、置換、放空、抽真空、升壓和充壓，吸附工序為串聯(lián)吸附，由兩個吸附塔共同完成，兩吸附塔分為一級吸附塔和二級吸附塔，一級吸附塔經(jīng)過吸附產(chǎn)生中間氣順向轉(zhuǎn)移給二級吸附塔，經(jīng)過二級吸附塔吸附得到產(chǎn)品氣，產(chǎn)品氣進入下一工段；并列的兩吸附塔串聯(lián)相連共同完成吸附工序，串聯(lián)中的處于前的一級吸附塔完成吸附后得到中間氣，中間氣轉(zhuǎn)移給二級吸附塔得到產(chǎn)品氣，始終確保產(chǎn)品氣的純度較高。
文檔編號B01D53/047GK102335542SQ201110265088
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者胡鴻頻 申請人:杭州東安科技有限公司