本發(fā)明涉及一種分子篩變壓吸附氣體分離測試裝置，具體涉及閉式循環(huán)型分子篩性能測試機。
背景技術(shù)：
目前，變壓吸附氣體分離技術(shù)是利用分子篩對氣體的吸附有選擇性，即不同的氣體在分子篩上的吸附量有差異，且一種特定的氣體在分子篩上的吸附量隨壓力變化而變化，實現(xiàn)氣體混合物的吸附分離和再生。
近年來，油田注氮增產(chǎn)工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于油田增產(chǎn)領(lǐng)域，該工藝在提高石油產(chǎn)量的同時，也大大提高了天然氣中的氮氣含量。據(jù)調(diào)研，新疆等地某些區(qū)塊已經(jīng)出現(xiàn)了天然氣中的氮氣含量高達18～20%的問題。含氮量高不僅會導(dǎo)致的天然氣的甲烷含量降低，熱值不足，還會提高集輸過程中的能耗，不能直接用于燃氣發(fā)動機燃料、精細化工和車用壓縮天然氣領(lǐng)域，亟需通過變壓吸附技術(shù)脫除天然氣中的氮氣，以達到相應(yīng)的組分要求。
煤層氣的開采也采用注氮工藝，產(chǎn)生低甲烷濃度煤層氣（甲烷約為20-40%），同時含有氮氣和氧氣。我國低甲烷濃度煤層氣的利用率很低，僅占總量的5-7%，煤層氣直接排放會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，因此，開發(fā)變壓吸附提濃甲烷技術(shù)十分必要。
對于變壓吸附沼氣精制天然氣、變壓吸附制氫和變壓吸附制氧設(shè)備的開發(fā)，都離不開分子篩性能的測定，從而獲取變壓吸附操作工藝參數(shù)，根據(jù)調(diào)研，目前尚無油田伴生氣和煤層氣變壓吸附脫除氮氣的成熟工藝參數(shù)，屬于技術(shù)空白。此外，現(xiàn)有的變壓吸附測試技術(shù)沒有對實驗尾氣有效回收利用，測試過程對實驗用原料氣的消耗量很大，存在安全風險和樣氣浪費。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，能檢測新型分子篩對特定氣體的吸附、均壓和再生性能，也可以用于驗證現(xiàn)有變壓吸附制氮、制氧和制氫分子篩的性能的閉式循環(huán)型分子篩性能測試機。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：包括與氣瓶連接的回流緩沖罐、多個變壓吸附塔，其中所述回流緩沖罐的出口分別通過進氣管道連接多個變壓吸附塔，多個變壓吸附塔并聯(lián)設(shè)置且內(nèi)部分別設(shè)置有分子篩，每個變壓吸附塔的進氣管道和排氣管道上分別設(shè)有進氣閥和排氣閥；
多個變壓吸附塔的進氣管道之間、排氣管道之間分別通過均壓管線連接，每個變壓吸附塔均通過均壓閥與均壓管線連接；
多個變壓吸附塔的進氣管道之間還連接有逆放氣管線，每個變壓吸附塔均通過逆放氣閥與逆放氣管線連接；
多個變壓吸附塔的排氣管道之間還連接有沖洗管線，每個變壓吸附塔附均通過沖洗閥與沖洗管線連接；
所述排氣管道的頂部通過管線連接有產(chǎn)品氣緩沖罐，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的出口端和變壓吸附塔進口端均設(shè)有取氣口并與氣相色譜儀連接，所述產(chǎn)品氣緩沖罐的出口還通過管線和減壓閥與混氣罐連接，所述混氣罐的出口通過壓縮機與回流緩沖罐入口連接；
所述逆放氣管線的出口端設(shè)有兩個分支，其中一個分支與混氣罐連接，另一個通過抽真空泵與混氣罐連接；所述抽真空泵的入口還通過旁通管線與備用抽真空罐連接，所述抽真空泵的出口還連接有旁通外排管線。
所述逆放氣管線的出口與混氣罐之間的管線上也設(shè)有逆放氣閥。
所述逆放氣管線與抽真空泵之間的管線上設(shè)有抽真空閥。
所述備用抽真空罐與抽真空泵之間的管線上設(shè)有備用抽真空閥。
所述變壓吸附塔相互并聯(lián)有四個，且進氣閥、排氣閥、逆放氣閥和沖洗閥均對應(yīng)設(shè)置為四個，所述均壓閥為八個。
所述產(chǎn)品氣緩沖罐與混氣罐之間的管線上還設(shè)有流量計。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，可以用于新型分子篩對特定氣體的吸附、均壓、常壓再生、真空再生、沖洗再生等工藝性能測試；通過對實驗尾氣的收集、混合和壓縮，實現(xiàn)變壓吸附實驗尾氣的重復(fù)高效利用；能獲得新型分子篩變壓吸附的工程設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)；能驗證現(xiàn)有分子篩的吸附性能。
附圖說明
下面是結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1.氣瓶；2.回流緩沖罐；3.進氣管道；4.產(chǎn)品氣緩沖罐；5.排氣管道；6.氣相色譜儀；7.減壓閥；8.均壓管線；9.流量計；10.逆放氣管線；11.抽真空泵；12.混氣罐；13.沖洗管線；14.備用抽真空罐；15.外排管線；16.壓縮機。
具體實施方式
參照圖1，閉式循環(huán)型分子篩性能測試機，包括與氣瓶1連接的回流緩沖罐2，采用氣瓶1對回流緩沖罐2進行充氣，當回流緩沖罐2壓力達到設(shè)定值后，關(guān)閉氣瓶1出口處的氣瓶閥門BV1?；亓骶彌_罐2的出口分別通過進氣管道3連接有多個變壓吸附塔，回流緩沖罐2與變壓吸附塔之間的管道上設(shè)置有總閥門BV2，變壓吸附塔為四個，分別為變壓吸附塔A、B、C、D，四個變壓吸附塔并聯(lián)設(shè)置且內(nèi)部分別設(shè)置有分子篩，測試時，通過更換不同型號的分子篩可以測量不同分子篩的性能。在每個變壓吸附塔的進氣管道3上分別設(shè)有四個進氣閥A1、B1、C1、D1，在排氣管道5上設(shè)置四個排氣閥A6、B6、C6、D6，分別與變壓吸附塔A、B、C、D對應(yīng)，通過進氣閥和排氣閥控制吸附動作時間，可以使回流緩沖罐2內(nèi)的氣體進入四個變壓吸附塔內(nèi)，從而使變壓吸附塔內(nèi)的分子篩對氣體進行吸附再生。
在四個變壓吸附塔A、B、C、D的進氣管道3之間、排氣管道5之間分別通過均壓管線8連接，位于每個變壓吸附塔附近的均壓管線8上分別設(shè)有均壓閥，其中均壓閥為八個，均為氣動角座閥，設(shè)置在進氣管道3之間的均壓管線8上分別為四個均壓閥A3、B3、C3、D3，設(shè)置在排氣管道5之間的均壓管線8上為四個均壓閥A4、B4、C4、D4，這樣回流緩沖罐2中的原料氣通過設(shè)置各個閥門的動作時序，開啟或關(guān)閉不同的均壓閥，完成變壓變壓吸附塔的吸附、均壓和再生動作。
在四個變壓吸附塔A、B、C、D的進氣管道3之間還連接有逆放氣管線10，位于每個變壓吸附塔附近的逆放氣管線10上分別設(shè)有四個逆放氣閥A2、B2、C2、D2，逆放氣管線10的出口與混氣罐12連接，打開逆放氣閥A2、B2、C2、D2，可以將變壓吸附塔管道內(nèi)的逆放氣排放至混氣罐12內(nèi)。
四個變壓吸附塔A、B、C、D的排氣管道5之間還連接有沖洗管線13，位于每個變壓吸附塔附近的沖洗管線13上分別設(shè)有四個沖洗閥A5、B5、C5、D5，通過沖洗閥可以控制沖洗動作的時間，通過沖洗管線13可以完成對變壓吸附塔的沖洗再生。
在排氣管道5的頂部通過管線連接有產(chǎn)品氣緩沖罐4，產(chǎn)品氣緩沖罐4的出口和變壓吸附塔的進口端（各個分支進氣管道3前端的匯管）分別連接氣相色譜儀6，通過氣相色譜儀6可以對未進入變壓吸附塔之前氣體及吸附后的氣體組分進行在線分析測定，用以判斷某吸附工藝參數(shù)是否能滿足產(chǎn)品氣的濃度要求。
產(chǎn)品氣緩沖罐4的出口還通過管線和減壓閥7與混氣罐12連接，混氣罐12出口通過壓縮機16與回流緩沖罐2入口連接，吸附完后的原料氣進入混氣罐12待用。產(chǎn)品氣緩沖罐4與還通過閥BV5與混氣罐12連接。產(chǎn)品氣緩沖罐4與混氣罐12之間的管線上還設(shè)有流量計9。產(chǎn)品氣的回收率通過設(shè)置在變壓吸附塔之前和產(chǎn)品氣緩沖罐4之后的流量計9測定和計算。
逆放氣管線10與混氣罐12之間的管線上還設(shè)有抽真空泵11，在抽真空泵11與混氣罐12之間還設(shè)有混氣閥門BV4，通過混氣閥門BV4可以使氣體進入混氣罐12。抽真空泵11的入口與備用抽真空罐14連接，備用抽真空罐14與抽真空泵11之間的管線上設(shè)有備用抽真空閥T3。抽真空泵11的出口還連接有外排管線15，外排管線15上設(shè)有外排閥門BV3，可將氣體外排。逆放氣管線10與抽真空泵11之間的管線上設(shè)有抽真空閥T2，通過抽真空閥T2控制抽真空泵11對變壓吸附塔的抽真空動作時間，抽真空氣體被抽真空泵11抽至混氣罐12待用，當抽真空泵11對變壓吸附塔無抽真空動作時，可以打開備用抽真空閥T3，對備用抽真空罐14進行抽真空，避免抽真空泵11的多次啟停，延長其使用壽命。
在逆放氣管線10的出口與混氣罐12之間的管線上也設(shè)有逆放氣閥T1，打開逆放氣閥T1，可以使本裝置管道內(nèi)的氣體通過逆放氣管線10進入混氣罐12內(nèi)待用。
測試前：
關(guān)閉氣瓶1出口處的氣瓶閥門BV1和混氣閥門BV4，打開閥BV2、BV3和BV5，以及所有的進氣閥、排氣閥、均壓閥、逆放氣閥、抽真空閥和沖洗閥等，開啟抽真空泵11，對系統(tǒng)內(nèi)殘存氣體進行抽真空操作，抽真空至絕壓10kPa后，關(guān)閉所有氣動角座閥即進氣閥、排氣閥、均壓閥、逆放氣閥、抽真空閥和沖洗閥等，關(guān)閉閥BV3和BV5，打開BV4。
測試中：
打開閥BV1和BV2，采用氣瓶1對回流緩沖罐2進行充氣，當回流緩沖罐2壓力達到設(shè)定值后，關(guān)閉氣瓶閥門BV1，利用回流緩沖罐2中的原料氣,設(shè)置氣動角座閥即進氣閥A1、B1、C1、D1；排氣閥A6、B6、C6、D6；以及均壓閥A3、B3、C3、D3、A4、B4、C4、D4的動作時序，開啟變壓變壓吸附塔A,B,C,D的吸附、均壓和再生動作，未吸附的氣體在頂部匯集，先進入產(chǎn)品氣緩沖罐4，經(jīng)減壓閥7的減壓作用，產(chǎn)品氣進入混氣罐備用；
氣動角座閥A1，B1，C1，D1和氣動角座閥A6，B6，C6，D6為進排氣控制閥，控制吸附動作時間；氣動角座閥A3，B3，C3，D3和氣動角座閥A4，B4，C4，D4為均壓控制閥，控制均壓動作時間；氣動角座閥A5，B5，C5，D5為沖洗用控制閥，可以控制沖洗動作時間；氣動角座閥A2，B2，C2，D2，T1為逆放氣閥，氣動角座閥T2，T3為抽真空閥和備用抽真空閥，可以用于控制逆放和抽真空動作；T1將逆放氣排放至混氣罐12待用，T2控制抽真空泵11對變壓吸附塔的抽真空動作時間，抽真空氣體被抽真空泵11抽至混氣罐12待用，當抽真空泵11對變壓吸附塔無抽真空動作時，可以打開T3，對備用抽真空罐14進行抽真空，避免抽真空泵11的多次啟停；
產(chǎn)品氣、逆放氣和抽真空氣在混氣罐12完成重新混合，由壓縮機16升壓至目標壓力排放至回流緩沖罐2等待下一個循環(huán)重復(fù)利用；
通過改變該裝置的吸附-均壓-逆放-抽真空-沖洗時序動作步驟，可以自由搭配，根據(jù)具體工藝需求完成實驗測試。
本發(fā)明已實現(xiàn)某型號碳分子篩脫氮的性能測試，獲得了最佳的變壓吸附工藝數(shù)據(jù)。
參數(shù)如下：
原料天然氣組分（體積分數(shù)）：甲烷78%、乙烷4%、丙烷2%、氮氣16%；
流量：8～12Nm3/h；
溫度：20～40℃；
工作壓力：6-10bar；
易吸附組分：氮氣；
四塔抽真空再生的動作時序表如下。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可以用于新型分子篩對特定氣體的吸附、均壓、常壓再生、真空再生、沖洗再生等工藝性能測試；通過對實驗尾氣的收集、混合和壓縮，實現(xiàn)變壓吸附實驗尾氣的重復(fù)高效利用；能獲得新型分子篩變壓吸附的工程設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)；能驗證現(xiàn)有分子篩的吸附性能。
本發(fā)明并不限于上述的實施方式，在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，變化后的內(nèi)容仍屬于本發(fā)明的保護范圍。