專利名稱：多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氣體混合物中，分離和純化氣體的方法，特別是有多塔同時(shí)吸附的變壓吸附方法氣體分離變壓吸附方法，根據(jù)吸附劑對(duì)不同的氣體組份具有吸附選擇性的特征，和在高壓下對(duì)氣體組份的吸附容量大，而在低壓下吸附容量小的特點(diǎn)，由吸附和解吸組成的交替切換的循環(huán)工藝方法。
已有的分離和純化氣體的變壓吸附工藝，通常采用有多個(gè)充填吸附劑的吸附塔的變壓吸附系統(tǒng)。氣體混合物送入升壓后的吸附塔，在吸附壓力下，塔內(nèi)吸附劑選擇性地吸附氣體，未被吸附的氣體被送出系統(tǒng)，隨后吸附塔減壓，使被吸附氣體解吸而實(shí)現(xiàn)分離或純化，同時(shí)吸附劑獲得再生，然后吸附塔升壓，進(jìn)料進(jìn)入下一循環(huán)。在變壓吸附系統(tǒng)中各吸附塔所經(jīng)歷的過(guò)程，按需要在吸附、均壓(均壓升、均壓降)、放壓、沖洗、置換、抽空(即抽真空)、升壓、終沖(即最終升壓)等中選擇組合，構(gòu)成吸附塔的循環(huán)工藝步驟。
已有的變壓吸附氣體分離工藝，采用3～10個(gè)吸附塔為一組。實(shí)際操作中，3個(gè)吸附塔中只有一個(gè)處于吸附過(guò)程，或4個(gè)吸附塔中只有一個(gè)處于吸附過(guò)程，或5個(gè)吸附塔中只有一個(gè)處于吸附過(guò)程，甚至6個(gè)吸附塔中也只有一個(gè)處于吸附過(guò)程，如中國(guó)專利91107278.0的說(shuō)明書中所述。也有聲稱5個(gè)吸附塔中總有2個(gè)處于吸附過(guò)程的，如中國(guó)專利93111987.1的說(shuō)明書中所述，但由于工業(yè)裝置操作時(shí)各個(gè)步驟時(shí)間設(shè)置不能完全按照氣體分離要求進(jìn)行調(diào)整，因而實(shí)際操作困難。上述工藝方法強(qiáng)調(diào)吸附塔與吸附塔之間的相互均壓與直接協(xié)調(diào)，為此，必須采用較大的吸附設(shè)備，裝填較多的吸附劑，造成吸附劑的巨大浪費(fèi)，和吸附設(shè)備的基本投資額龐大。同時(shí)，也由于上述工藝方法強(qiáng)調(diào)吸附塔與吸附塔之間的相互均壓與直接協(xié)調(diào)，造成均壓次數(shù)不能足夠多，進(jìn)而吸附相組份或非吸附相組份不能在低壓下用吸附塔本身來(lái)回收，大大增加了操作費(fèi)用。
鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能降低系統(tǒng)設(shè)備投資、提高分離效果、降低吸附相組份或非吸附相組份損失及操作費(fèi)用的多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法。
本發(fā)明在已有的變壓吸附氣體分離方法的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明人發(fā)明的六塔真空變壓吸附氣體分離工藝，即中國(guó)專利申請(qǐng)96117496.X進(jìn)行改進(jìn)，采用3N或2n個(gè)充填吸附劑的吸附塔，其中有N或n個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程；并進(jìn)一步設(shè)置P個(gè)空心塔，與吸附塔進(jìn)行P次間接均壓；再進(jìn)一步將M個(gè)吸附塔設(shè)置為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行直接抽空降壓解吸，或?qū)個(gè)吸附塔設(shè)置為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行沖洗解吸或置換，來(lái)實(shí)現(xiàn)其目的。
本發(fā)明的多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，在有充填吸附劑的吸附塔的變壓吸附系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)升壓、均壓、降壓過(guò)程，吸附劑進(jìn)行選擇性地吸附氣體、和解吸再生，實(shí)現(xiàn)混合氣的氣體分離，其特征在于吸附塔有3N或2n個(gè)，其中有N或n個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程，上述N=2～12,n=2～15。
在上述系統(tǒng)中設(shè)置有P個(gè)空心塔，與吸附塔進(jìn)行P次間接均壓，上進(jìn)P=1～18。
在上述變壓吸附工藝過(guò)程中，被吸附組份濃度較高的均壓流出氣體從吸附塔進(jìn)口端均壓升進(jìn)入。
上述解吸可以是以M個(gè)吸附塔為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行直接抽空降壓解吸，上述M=2～6。
上述解吸也可以是以m個(gè)吸附塔為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行沖洗解吸或置換，上述m=2～6。
本發(fā)明的多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，具有如下的明顯優(yōu)點(diǎn)和顯著效果。
一、本發(fā)明在變壓吸附的工藝流程中，采用多個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程的方法，使同時(shí)參與吸附過(guò)程的吸附劑量增多，使被吸附氣體組份在相同時(shí)間內(nèi)的被吸附氣體量增加。而已有技術(shù)由于過(guò)多兼顧吸附塔與吸附塔之間的相互均壓與直接協(xié)調(diào)，不可能也沒(méi)有想到采用多個(gè)吸附塔同時(shí)吸附來(lái)提高相同時(shí)間內(nèi)的吸附氣體量。本發(fā)明采用上述多個(gè)吸附塔處于同時(shí)吸附過(guò)程的辦法來(lái)提高系統(tǒng)相同時(shí)間內(nèi)的吸附氣體量，并通過(guò)其它的方法，如采用空心吸附塔或?qū)⑺揽臻g氣體另行吸收等方法，來(lái)協(xié)調(diào)吸附塔與吸附塔之間的配合。因此，本發(fā)明可使每二個(gè)吸附塔中總有一個(gè)處于吸附過(guò)程，或每三個(gè)吸附塔中總有一個(gè)處于吸附過(guò)程，選用哪一種方法，主要依據(jù)氣體的主要組份在吸附劑上的吸附性能和解吸性能來(lái)決定。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的“三個(gè)吸附塔中有一個(gè)處于吸附過(guò)程”與原有“三個(gè)吸附塔中有一個(gè)處于吸附過(guò)程”的技術(shù)有明顯差別。差別在于原有技術(shù)的均壓次數(shù)受限，最多為一次，而且，對(duì)于真空變壓吸附工藝，吸附塔真空解吸過(guò)程不連續(xù)；而本發(fā)明則可以采用1～18次均壓，均壓次數(shù)依據(jù)吸附相組份或非吸附相組份的回收要求，由操作人員自行調(diào)整，真空解吸過(guò)程，申洗解吸或置換過(guò)程都可以連續(xù)進(jìn)行。
二、本發(fā)明在變壓吸附的工藝流程中，在采用多個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程的基礎(chǔ)上，采用P個(gè)空心塔與吸附塔進(jìn)行P次間接均壓的方法，增加了流程中的均壓次數(shù)，有利于提高氣體組份分離度、吸附相組份或非吸附相組份回收率。在以往公布的技術(shù)中，為了提高均壓次數(shù)，不得不組合很多的吸附塔一起工作，以便更多的均壓次數(shù)得以實(shí)現(xiàn)。如中國(guó)專利局公布的93111987.1中，就較詳細(xì)描述了取得較多均壓次數(shù)的方法，但均壓次數(shù)同樣受到一起工作塔數(shù)的限制。
三、本發(fā)明在變壓吸附的工藝流程中，采用將均壓流出的含較多被吸附組份的氣體從吸附塔進(jìn)口端均壓升的方法，有利于克服多次均壓造成的吸附前沿突破所帶來(lái)的后階段均壓氣體含有較高被吸附組份的弊端，從而使均壓次數(shù)多而不致于分離效果差。而含被吸附組份較少或微量的均壓流出氣仍然從吸附塔出口端均壓入，這有利于吸附前沿在均壓升過(guò)程中的同推。
四、本發(fā)明在變壓吸附的工藝流程中，依據(jù)被吸附組份的解吸特性，采用將吸附塔組成連續(xù)地進(jìn)行解吸或置換的吸附塔組，其中解吸過(guò)程可以是抽空過(guò)程或沖洗過(guò)程。對(duì)于不同的氣體分離工況，各步驟的時(shí)間可以調(diào)整，使吸附塔與吸附塔之間工作時(shí)不會(huì)相互干擾。
五、采用本發(fā)明的多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，能降低系統(tǒng)設(shè)備投資、提高分離效果、降低有效氣體損失及操作費(fèi)用。
使用本發(fā)明方法改進(jìn)原有四塔二均0.8MPa變換氣脫碳工藝，在不增加吸附設(shè)備、不增加吸附劑的情況下，由于本工藝改原單塔吸附為雙塔吸附，吸附劑同時(shí)處于吸附過(guò)程的數(shù)量增加100％，被吸附組份在吸附劑停留時(shí)間增加一倍，吸附效果更好。同等氣量下，吸附時(shí)間增長(zhǎng)100％，單位時(shí)間放空量減少，氫氮?dú)鈸p失總量減少50％以上。
使用本發(fā)明方法改進(jìn)原有0.8MPa四塔二均變換氣脫碳工藝，在不增加吸附設(shè)備、不增加吸附劑、增加相應(yīng)真空系統(tǒng)(抽空解吸所用真空系統(tǒng)能力與處理氣體量成正比)的情況下，由于本工藝改原單塔吸附為雙塔吸附，吸附劑同時(shí)處于吸附過(guò)程的數(shù)量增加100％，處理氣量可增加100％；又因均壓次數(shù)由二均均壓改為七均均壓，氣體放空壓力由2.2MPa降至1.2MPa，減少了放空階段的氫氮?dú)鈸p失量33％以上。
新建裝置，使用本發(fā)明方法的四塔七均工藝，較原四塔二均工藝，吸附劑用量減少50％，由于吸附塔重量的減少和空心塔重量的增加相當(dāng)、真空罐的取消，鋼設(shè)備噸位略有減少。
大型氣體分離裝置，使用本發(fā)明方法，無(wú)論是提純氫或分離二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧氣、氮?dú)獾龋捎谖絼├寐侍岣?00％，大大減少吸附劑用量，更由于設(shè)備的減少，占地面積也相應(yīng)縮小，其效益非常明顯，將極大的改善原有技術(shù)的缺點(diǎn)，意義尤其深遠(yuǎn)。
本發(fā)明與已有技術(shù)比較例的投資、消耗，如表1所示。
下面，再用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。但不應(yīng)理解為本發(fā)明僅限為下述實(shí)施例的范圍。
表2至表12中，各符號(hào)的含義A吸附L放空V抽空 PP沖洗或置換FR終沖1L-PL一均降依次至P均降(P=1～18)1R-PRP均升依次至1均升(P=1～18)實(shí)施例1本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表2所示。由于A塔和D塔、A塔和C塔、C塔和B塔、B塔和D塔各自分別處于吸附過(guò)程A，其n=2，即總有兩個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程A。其吸附過(guò)程也是吸附塔的進(jìn)料過(guò)程，即是二進(jìn)。本例的吸附塔數(shù)為2n=2×2=4。由于各吸附塔各自分別進(jìn)行抽空解吸V，其M=1。均壓的均降PL、均升PR的次數(shù)可按需確定，其次數(shù)P=1～18。
實(shí)施例2本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表3所示。n=2。m=1。
實(shí)施例3本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表4所示。此例為本發(fā)明入的中國(guó)專利申請(qǐng)，CN96117496.X。N=2。M=2,A、B、C塔為一個(gè)連續(xù)抽空系統(tǒng)，D、E、F塔為一個(gè)連續(xù)抽空系統(tǒng)。
實(shí)施例4本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表5所示。n=3。M=2，與實(shí)施例3相同。
實(shí)施例5本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表6所示。n=3。M=1。
實(shí)施例6本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表7所示。n=4。M=2,A、C、E、G塔為一組，B、D、F、H塔為一組。
實(shí)施例7本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表8所示。n=4。m=2,A、C、E、G塔為一組，B、D、F、H塔為一組。
實(shí)施例8本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表9所示。N=3。M=3,A、D、G為一組，B、E、H為一組，C、F、I為一組。
實(shí)施例9本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表10所示。N=3。m=3。A、D、(G為一組，B、E、H為一組，C、F、I為一組。
實(shí)施例10本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表11所示。n=6。M=3,A、D、G、J為一組，B、E、H、K為一組，C、F、I、L為一組。
實(shí)施例11本發(fā)明的一種多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，其流程如表12所示。n=6。m=3,A、D、G、J為一組，B、E、H、K為一組，C、F、I、L為一組。
表1處理氣量7000NM3/H壓力0.8MPa變換氣脫碳裝置投資、消耗對(duì)照
表2四塔二進(jìn)P次均壓連續(xù)抽空流程(n=2、m=1)
表3四塔二進(jìn)P次均壓連續(xù)沖洗流程(n=2、m=1)
說(shuō)明沖洗氣源采用非吸附相流出氣或均壓流出氣。表4 六塔三進(jìn)P次均壓連續(xù)雙系統(tǒng)抽空連續(xù)終沖流程(專利申請(qǐng)?zhí)?6117496.X)(N=2、M=2)
表5六塔三進(jìn)P次均壓連續(xù)雙系統(tǒng)抽空流程(n=3、M=2)
表6六塔三進(jìn)P次均壓連續(xù)單系統(tǒng)抽空、連續(xù)終沖流程(n=3、M=1)
表7八塔四進(jìn)P次均壓雙系統(tǒng)連續(xù)抽空、連續(xù)終沖流程(n=4、M=2)
表8八塔四進(jìn)P次均壓雙系統(tǒng)連續(xù)沖洗、連續(xù)終沖流程(n=4、m=2)
表9九塔三進(jìn)P次均壓三系統(tǒng)連續(xù)抽空、連續(xù)終沖流程(N=3、M=3)
表10九塔三進(jìn)P次均壓三系統(tǒng)連續(xù)沖洗、連續(xù)終沖流程(N=3、m=3)
表11十二塔六進(jìn)P次均壓三系統(tǒng)連續(xù)抽空、連續(xù)終沖流程(n=6、M=3)
表12十二塔六進(jìn)P次均壓三系統(tǒng)連續(xù)沖洗、連續(xù)終沖流程(n=6、m=3)
權(quán)利要求
1.多塔同時(shí)吸附的變壓吸附氣體分離方法，在有充填吸附劑的吸附塔的變壓吸附系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)升壓、均壓、降壓過(guò)程，吸附劑進(jìn)行選擇性地吸附氣體、和解吸再生，實(shí)現(xiàn)混合氣的氣體分離，其特征在于吸附塔有3N或2n個(gè)，其中有N或n個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程，上述N=2～12,n=2～15。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離方法，其特征在于有P個(gè)空心塔，與吸附塔進(jìn)行P次間接均壓，上述P=1～18。
3.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離方法，其特征在于被吸附組份濃度較高的均壓流出氣體從吸附塔進(jìn)口端均壓升進(jìn)入。
5.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離方法，其特征在于所說(shuō)的解吸是以M個(gè)吸附塔為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行直接抽空降壓解吸，上述M=2～6。
6.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附氣體分離方法，其特征在于所說(shuō)的解吸是以m個(gè)吸附塔為一組，對(duì)各吸附塔連續(xù)地進(jìn)行沖洗解吸或置換，上述m=2～6。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氣體混合物中,分離和純化氣體的方法,特別是有多塔同時(shí)吸附的變壓吸附方法。旨在解決已有技術(shù)存在的變壓吸附系統(tǒng)設(shè)備投資高、分離收率較低、成本高的問(wèn)題。在有充填吸附劑的吸附塔的變壓吸附系統(tǒng)中,經(jīng)過(guò)升壓、均壓、降壓過(guò)程,吸附劑進(jìn)行選擇性地吸附氣體、和解吸再生,實(shí)現(xiàn)混合氣的氣體分離,其特征在于吸附塔有3N或2n個(gè),其中有N或n個(gè)吸附塔同時(shí)處于吸附過(guò)程,上述N=2～12,n=2～15。用于從氣體混合物中,分離和純化氣體。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1232716SQ9710773
公開日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者楊皓 申請(qǐng)人:楊皓