專利名稱：變壓吸附氣體分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體分離裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種變壓吸附氣體分離裝置。
技術(shù)背景變壓吸附法(簡稱PSA)作為一種氣體分離技術(shù)問世后，就受到各國工業(yè)界的關(guān)注，競相開發(fā)和研究，發(fā)展迅速。其工作原理是利用吸附劑對不同氣體分子“吸附”性能的差異而將氣體混合物分開，吸附平衡后根據(jù)吸附劑在不同壓力下對吸附氣體吸附量不同的特性，降低壓力使吸附劑解除對吸附氣體的吸附，這一過程稱為再生。目前，投入工業(yè)運行的變壓吸附裝置通常使用兩塔或多塔并聯(lián)，這樣可以交替進行加壓吸附和解壓再生，從而獲得連續(xù)的產(chǎn)品氣。市場上現(xiàn)有的變壓吸附裝置(圖I)中均壓方式大多都是塔頂向塔頂(俗稱上均壓)和塔底向塔底(俗稱下均壓)的直接均壓，其中上均壓氣體為塔頂?shù)漠a(chǎn)品氣，均壓后直接作為產(chǎn)品氣被收集，下均壓的氣體為基本未經(jīng)分離的原料氣，均壓后塔內(nèi)吸附劑將對這部分氣體進行吸附分離，從而影響吸附劑在吸附過程中的有效吸附分離能力。這類分離裝置的吸附劑的有效利用率低、吸附劑的產(chǎn)氣率低，適用于純度低于99. 9%的應(yīng)用領(lǐng)域。為解決上述變壓吸附工藝中的缺點，本領(lǐng)域的技術(shù)人員提出了解決方案一種變壓吸附氣體分離裝置(圖2)，在并列的吸附塔之間設(shè)中間儲氣罐，通過閥門打開先后時間的控制，使中間儲氣罐的氣體首先能夠到達下一步要切換工作的吸附塔內(nèi)，降低了兩塔之間的壓力差，縮短了均壓時間，不會使吸附塔內(nèi)已經(jīng)吸附的雜質(zhì)氣體脫離吸附劑而跑出來，從而提高了氣體分離的純度。該技術(shù)方案雖然在一定程度上提高了氣體的分離純度，但其上均壓也是塔頂對塔頂?shù)闹苯泳鶋?，均壓后的氣體未經(jīng)任何進一步的“提濃”而直接作為產(chǎn)品氣收集，而吸附塔中部通過中間儲氣罐進行均壓的氣體仍是含有大量吸附質(zhì)(大于5%)的混合氣體，且在吸附塔向儲氣罐均壓的過程中仍有一定量的吸附質(zhì)脫附后均壓到中間儲氣罐中，這兩者在很大程度上仍會加大吸附劑的瞬間吸附量，直接影響到吸附劑的有效分離能力。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能夠提高吸附劑有效分離能力、制備高純度氣體的變壓吸附氣體分離裝置。具體的技術(shù)方案如下一種變壓吸附氣體分離裝置，包括兩個或兩個以上吸附塔，每兩個相鄰的吸附塔的塔頂和塔底分別通過管線和閥門連接，相鄰的兩個吸附塔之間設(shè)有吸附副塔，所述吸附副塔通過管線和閥門與所述的兩個相鄰的吸附塔連接，所述吸附副塔中裝填有吸附劑，每個吸附塔的塔頂都與相鄰的吸附塔的塔中部通過管線和閥門連接。在其中一個實施例中，所述吸附副塔通過管線和閥門與所述的兩個相鄰的吸附塔的塔中部與塔底之間的位置連接。均壓過程中較高壓力吸附塔內(nèi)向較低壓力吸附塔內(nèi)的輸送的氣體都會先經(jīng)過吸附副塔純化后才能到達下一步要切換工作的吸附塔內(nèi)，從而提高了氣體分離的純度。塔頂向塔中部的均壓方式，使得塔頂相對較高濃度的產(chǎn)品氣，均壓后作為原料氣到達相鄰吸附塔中部，并向吸附床層上端移動，再次被塔內(nèi)吸附劑吸附，起到二次純化的目的，提聞了廣品氣的純度。在其中一個實施例中，所述吸附副塔的體積為吸附塔體積的3-20%。吸附副塔的體積可以根據(jù)均壓氣體的量進行調(diào)節(jié)。在其中一個實施例中，所述吸附劑為碳分子篩、活性炭或沸石分子篩。吸附副塔中裝填有能快速吸附分離的吸附劑可以使進入吸附塔的均壓氣體進一步濃縮，得到純度更高的產(chǎn)品氣。在其中一個實施例中，所述吸附副塔的解吸方式為真空解吸或常壓解吸。吸附副塔中裝填的是快速吸附分離的吸附劑，通過常壓解吸即可達到很好的解吸效果，真空解吸效果更佳。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果I、本實用新型中每個吸附塔的塔頂都與相鄰的吸附塔的塔中部通過管線和閥門連接，實現(xiàn)了由塔頂向塔中部的均壓方式；2、本實用新型中在并聯(lián)的吸附塔之間設(shè)有一個吸附副塔，吸附副塔中裝填快速吸附分離的吸附劑，通過調(diào)節(jié)吸附副塔與吸附塔連接的位置，可以實現(xiàn)塔中部到塔底間任意位置向另一塔的塔中部到塔底間任意位置的均壓，均壓過程為經(jīng)過吸附副塔吸附分離后的均壓。本實用新型通過改變均壓部件和增設(shè)吸附副塔對現(xiàn)有工藝中均壓方式進行改進，使吸附塔開始工作時塔內(nèi)的均壓氣體均為高濃度產(chǎn)品氣，很大程度上改善了均壓氣體對吸附劑有效分離能力的影響，提高了塔內(nèi)吸附劑的有效分離能力，延長了吸附塔的穿透時間，提高了塔內(nèi)吸附劑的產(chǎn)氣率；另一方面則是均壓氣體經(jīng)吸附劑的吸附分離后濃度將進一步得到提高，從而得到高濃度的產(chǎn)品氣。此外吸附副塔中裝填快速吸附分離的吸附劑可以使進入吸附塔的均壓氣體進一步濃縮，得到純度更高的產(chǎn)品氣。

圖I為現(xiàn)有的變壓吸附氣體分離裝置；圖2為現(xiàn)有的變壓吸附氣體分離裝置；圖3為本實用新型實施例I變壓吸附氣體分離裝置工藝流程圖；圖4為本實用新型實施例2變壓吸附氣體分離裝置工藝流程圖。附圖標記說明10A、10B、吸附塔；10C、吸附副塔;10D、空氣儲罐;10E、氮氣儲罐;201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、閥門。
具體實施方式
本實用新型的工作原理為本實用新型在并聯(lián)的吸附塔之間設(shè)有均壓部件(每個吸附塔的塔頂都與相鄰的吸附塔的塔中部通過管線和閥門連接)實現(xiàn)塔頂向塔中部的均壓，使進入即將工作的吸附塔的均壓氣體為塔頂產(chǎn)品氣，且均壓氣體進入吸附塔后經(jīng)塔內(nèi)吸附劑吸附分離，其濃度得到進一步提高；本實用新型在并聯(lián)的吸附塔之間還設(shè)有吸附副塔，通過調(diào)節(jié)與吸附塔聯(lián)通的位置可以實現(xiàn)塔中部到塔底間任意位置向塔中部到塔底間任意位置的均壓，使進入即將工作的吸附塔的均壓氣體為經(jīng)過均壓吸附副塔吸附分離的產(chǎn)品氣，大大改善了現(xiàn)有工藝的下均壓氣體由于吸附氣體濃度較高而影響吸附劑的有效分離能力的不足，提高吸附劑的有效分離能力，延長了塔內(nèi)吸附劑的穿透時間，提高了產(chǎn)氣率，同時這部分均壓氣體也通過吸附劑的吸附分離，濃度得到進一步提高。本實用新型氣體分離工藝流程的每一個循環(huán)包括吸附、均壓和解吸過程。其具體描述(結(jié)合圖3，以雙塔為例)如下I、吸附塔IOA吸附閥門201、208、209、213開啟，其余閥門都為關(guān)閉狀態(tài)；壓縮氣體從塔底進入IOA塔，經(jīng)塔內(nèi)吸附劑吸附分離，產(chǎn)品氣在塔內(nèi)自下而上得到富集，由塔頂獲得產(chǎn)品氣，吸附時間30 90s ;在此過程中IOB塔內(nèi)的吸附劑通過閥門208放空降壓再生； 吸附副塔IOC內(nèi)的快速吸附劑通過213放空或與其連接的真空泵抽真空再生；2、吸附塔IOA向吸附塔IOB均壓當IOA塔內(nèi)的吸附劑接近飽和時，203、206、211開啟，其余閥門均為關(guān)閉狀態(tài)；10A塔塔頂通過均壓閥211向IOB塔中部均壓，同時IOA塔通過閥門203、吸附副塔10C、閥門206向IOB塔進行均壓，至10A、10B兩塔壓力相等時結(jié)束，均壓時間2 3s ;表I本實用新型工藝流程中各閥門的狀態(tài)
序 X藝流 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213
~ S
IOA塔
1參···
吸附
2均壓···
IOB塔
3·參參》
吸附
4均壓· ··注籲閥門開啟3、吸附塔IOB吸附均壓結(jié)束后，閥門202、207、210、213開啟，其余閥門均為關(guān)閉狀態(tài)；壓縮氣體從塔底進入IOA塔，經(jīng)塔內(nèi)吸附劑吸附分離，產(chǎn)品氣在塔內(nèi)自下而上得到富集，由塔頂獲得產(chǎn)品氣，吸附時間30 90s ;在此過程中IOA塔內(nèi)的吸附劑通過閥門207放空降壓再生；吸附副塔IOC內(nèi)的快速吸附劑通過閥門213放空或與其連接的真空泵抽真空再生；4、吸附塔IOB向吸附塔IOA均壓當IOB塔內(nèi)的吸附劑接近飽和時，閥門204、205、212開啟，其余閥門均為關(guān)閉狀態(tài)；IOB塔塔頂通過閥門212向IOA塔中部均壓，同時IOB塔通過閥門204、吸附副塔10C、閥門205向IOA塔進行均壓，至10A、10B兩塔壓力相等時結(jié)束，均壓時間2 3s ;5、均壓結(jié)束后，繼續(xù)步驟1，如此循環(huán)進行，連續(xù)地得到高濃度的產(chǎn)品氣。所述的均壓吸附副塔IOC中填裝的是能進行快速吸附分離的吸附劑，能在2_3s的均壓時間內(nèi)對均壓氣體進行吸附分離。另一方面，由于均壓吸附副塔的引入，整個氣體分離工藝解吸氣的量有所增加，增加量為原解吸氣量的3-20%。以下通過實施例對本實用新型做進一步闡述實施例I參見圖3，一種變壓吸附氣體分離裝置，包括兩個吸附塔IOA和10B，以及壓縮空氣儲罐IOD和氮氣產(chǎn)品氣儲罐10E，兩個吸附塔之間設(shè)有吸附副塔IOC(吸附副塔的體積為吸附塔體積的5% )，所述吸附副塔IOC通過管線和閥門203、204、205、206與吸附塔IOA和·IOB連接，吸附副塔IOC中裝填有分子篩吸附劑，兩個吸附塔的塔頂與塔頂、塔底與塔底分別通過管線和閥門連接(即吸附塔IOA和IOB的塔頂通過管線和閥門201、202連接，吸附塔IOA和IOB的塔底通過管線和閥門207、208連接)，吸附塔IOA的塔頂與吸附塔IOB的塔中部通過管線和閥門211連接，同樣地吸附塔IOB的塔頂與吸附塔A的塔中部也通過管線和閥門212連接。壓縮空氣經(jīng)塔底的閥門209進入IOA塔，經(jīng)塔內(nèi)分子篩吸附分離，在塔頂經(jīng)閥門201得到高濃度氮氣產(chǎn)品氣，吸附過程持續(xù)60s，與此同時，閥門208和213開啟，IOB塔和吸附副塔IOC分別通過放空和抽真空進行解吸，使塔內(nèi)的分子篩再生；然后進入均壓環(huán)節(jié)，閥門211、203、206開啟，實現(xiàn)吸附塔IOA塔頂向IOB塔中部和吸附塔IOA塔中部通過均壓吸附副塔IOC向吸附塔IOB塔底的均壓，至10AU0B兩塔壓力相等時均壓結(jié)束，均壓過程持續(xù)2s，在此過程過程中，進入IOB塔的均壓氣體(均為高濃度氮氣產(chǎn)品氣)經(jīng)過塔內(nèi)分子篩的吸附分離，氮氣濃度將進一步得到提高，均壓結(jié)束后進入下一環(huán)節(jié)，210,202開啟，壓縮空氣從塔底進入IOB塔，經(jīng)塔內(nèi)分子篩吸附分離，在塔頂?shù)玫礁邼舛鹊獨?，吸附過程持續(xù)60s，同時閥門207和213開啟，IOA塔和均壓吸附副塔IOC分別通過放空和抽真空進行解析，使塔內(nèi)分子篩再生；吸附過程結(jié)束后進入IOB塔向IOA塔的均壓過程，閥門212、204、205開啟，完成IOB塔塔頂向IOA塔中部和IOB塔塔中部通過均壓吸附副塔IOC向IOA塔塔底的均壓，均壓過程持續(xù)2s，在此過程過程中，進入IOB塔的均壓氣體(高濃度氮氣產(chǎn)品氣)經(jīng)過塔內(nèi)分子篩的吸附分離，氮氣濃度將進一步得到提高；然后進入下一次循環(huán)過程，從而不斷地制得高純度的氮氣產(chǎn)品氣。實施例2參見圖4，一種變壓吸附氣體分離裝置，包括兩個吸附塔IOA和10B，以及壓縮空氣儲罐IOD和氮氣產(chǎn)品氣儲罐10E，兩個吸附塔之間設(shè)有吸附副塔IOC(吸附副塔的體積為吸附塔體積的20% )，所述吸附副塔IOC通過管線和閥門203、204、205、206與吸附塔IOA和IOB連接，吸附副塔IOC中裝填有分子篩吸附劑，兩個吸附塔的塔頂和塔底分別通過管線和閥門連接(即吸附塔IOA和IOB的塔頂通過管線和閥門201、202連接，吸附塔IOA和IOB的塔底通過管線和閥門207、208連接)，吸附塔IOA的塔頂與吸附塔IOB的塔中部通過管線和閥門211連接，同樣地吸附塔IOB的塔頂與吸附塔A的塔中部也通過管線和閥門212連接。[0040]壓縮空氣經(jīng)塔底的閥門209進入IOA塔，經(jīng)塔內(nèi)分子篩吸附分離，在塔頂經(jīng)閥門201得到高濃度氮氣產(chǎn)品氣，吸附過程持續(xù)60s，與此同時，閥門208和213開啟，IOB塔和吸附副塔IOC分別通過放空和抽真空進行解吸，使塔內(nèi)的分子篩再生；然后進入均壓環(huán)節(jié)，閥門211、205、204開啟，實現(xiàn)IOA塔塔頂向IOB塔中部和IOA塔塔底通過均壓吸附副塔IOC向IOB塔塔底的均壓，至10AU0B兩塔壓力相等時均壓結(jié)束，均壓過程持續(xù)2s，在此過程過程中，進入IOB塔的均壓氣體(均為高濃度氮氣產(chǎn)品氣)經(jīng)過塔內(nèi)分子篩的吸附分離，氮氣濃度將進一步得到提高，均壓結(jié)束后進入下一環(huán)節(jié)，210,202開啟，壓縮空氣從塔底進入IOB塔，經(jīng)塔內(nèi)分子篩吸附分離，在塔頂?shù)玫礁邼舛鹊獨猓竭^程持續(xù)60s，同時閥門207和213開啟，IOA塔和均壓吸附副塔I OC分別通過放空和抽真空進行解析，使塔內(nèi)分子篩再生；吸附過程結(jié)束后進入IOB塔向IOA塔的均壓過 程，閥門212、206、203開啟，完成IOB塔塔頂向IOA塔中部和IOB塔塔底通過均壓吸附副塔IOC向IOA塔塔底的均壓，均壓過程持續(xù)2s，在此過程過程中，進入IOB塔的均壓氣體(高濃度氮氣產(chǎn)品氣)經(jīng)過塔內(nèi)分子篩的吸附分離，氮氣濃度將進一步得到提高；然后進入下一次循環(huán)過程，從而不斷地制得高純度的氮氣產(chǎn)品氣。經(jīng)過實驗本實用新型變壓吸附氣體分離裝置制備高純氮氣結(jié)果如下表所示
權(quán)利要求1.一種變壓吸附氣體分離裝置，包括兩個或兩個以上吸附塔，每兩個相鄰的吸附塔的塔頂與塔頂、塔底與塔底分別通過管線和閥門連接，相鄰的兩個吸附塔之間設(shè)有吸附副塔，所述吸附副塔通過管線和閥門與所述的兩個相鄰的吸附塔連接，其特征在于，所述吸附副塔中裝填有吸附劑，每個吸附塔的塔頂都與相鄰的吸附塔的塔中部通過管線和閥門連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓吸附氣體分離裝置，其特征在于，所述吸附副塔通過管線和閥門與所述的兩個相鄰的吸附塔的塔中部與塔底之間的位置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變壓吸附氣體分離裝置，其特征在于，所述吸附副塔的體積為吸附塔體積的3-20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變壓吸附氣體分離裝置，其特征在于，所述吸附劑為碳分子篩、活性炭或沸石分子篩。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變壓吸附氣體分離裝置，其特征在于，所述吸附副塔的解吸方式為真空解吸或常壓解吸。
專利摘要本實用新型公開了一種變壓吸附氣體分離裝置，包括兩個或兩個以上吸附塔，每兩個相鄰的吸附塔的塔頂與塔頂、塔底與塔底分別通過管線和閥門連接，相鄰的兩個吸附塔之間設(shè)有吸附副塔，所述吸附副塔通過管線和閥門與所述的兩個相鄰的吸附塔連接，所述吸附副塔中裝填有吸附劑，每個吸附塔的塔頂都與相鄰的吸附塔的塔中部通過管線和閥門連接。通過改變均壓部件和增設(shè)吸附副塔對現(xiàn)有工藝中均壓方式進行改進，很大程度上使得純化氣體在吸附床層內(nèi)的吸附合理化，極大提高了吸附劑的利用效率，延長了吸附塔的穿透時間，提高了塔內(nèi)吸附劑的產(chǎn)氣率，該裝置經(jīng)實施驗證非常適合制備高純氣體。
文檔編號B01D53/047GK202569904SQ20122016062
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者胡耀明, 張斌斐 申請人:長興山立化工材料科技有限公司