專利名稱：從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氣體混合物中，分離和純化氣體的變壓吸附工藝，特別是從含一氧化碳的混合氣中分離提純一氧化碳的變壓吸附工藝。
變壓吸附法是一種從氣體混合物中分離和凈化提純氣體的技術(shù)。是一種在常溫下進行的氣、固相物理吸附過程。變壓吸附技術(shù)依據(jù)吸附劑對不同的氣體組份有吸附選擇性的特征，和在高壓(吸附壓力)下對氣體組份的吸附容量大，而在低壓(解吸壓力)下吸附容量小的特點，由吸附和解吸組成的交替切換循環(huán)工藝，用以實現(xiàn)氣體組份的分離。
典型的含一氧化碳混合氣，如冶金廠的轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣、化工廠的水煤氣、黃磷電爐氣等的組成如下表(體積百分?jǐn)?shù))
已有的變壓吸附工藝，在變壓吸附系統(tǒng)的吸附床中，充填吸附劑，并在各吸附床中采用循環(huán)運行的吸附、減壓、置換、抽真空、升壓等步驟，在吸附步驟選擇性地吸附分離混合氣中的CO氣體，被吸附劑吸附留在吸附床中；未被吸附的N2、O2、H2等其它組份，穿過吸附床層排出系統(tǒng)，被吸附而留在吸附床中的CO氣體，經(jīng)減壓、置換、抽真空、升壓步驟，而獲得CO產(chǎn)品。已有的變壓吸附提取CO工藝，對CO的提純度不高，CO的收率低。
鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種能從各種富含和含低濃度的一氧化碳的混合氣中提純制取高純度、高收率的一氧化碳的變壓吸附工藝。
本發(fā)明在已有變壓吸附提純CO工藝中增加串聯(lián)置換步驟。用部分產(chǎn)品CO作為置換氣把殘留在吸附床內(nèi)的氮、氧、氫等組份置換出去，以提高床層中CO濃度，再用置換過程中尚含有相當(dāng)量的CO排出氣體作為另一吸附床的置換氣，形成由幾個吸附床構(gòu)成的串聯(lián)置換，多次利用置換氣，提高CO的利用率，減少產(chǎn)品的置換用量，得到高純度的產(chǎn)品CO和較高的CO回收率，而實現(xiàn)其目的。
本發(fā)明再進一步利用含銅吸附劑，在一定溫度、壓力下對一氧化碳進行選擇性化學(xué)吸附，獲得較大的吸附容量及較高的分離效率，而實現(xiàn)其目的。
本發(fā)明的從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法(參見附圖)，在變壓吸附系統(tǒng)中，用充填在吸附床中的吸附劑選擇性地吸附分離混合氣中的氣體，得到一氧化碳其特征在于有至少二個循環(huán)運行的吸附床(A、B、C、D)，各吸附床循環(huán)運行的步驟依次為吸附(A)、均壓降(ED)、置換(RP)、抽真空(V)、升壓(ER)步驟，有由至少二個吸附床的置換步驟相串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)置換。
上述的吸附劑是Cu(Ⅰ)Y沸石吸附劑、Cu(Ⅰ)鋁吸附劑、Cu(Ⅰ)碳吸附劑中的至少一種。
上述吸附步驟的壓力為0.05～1.0MPa、溫度為常溫～90℃。
本發(fā)明的變壓吸附系統(tǒng)，由多個可以是至少二個，充填有吸附劑，特別是含銅吸附劑如Cu(Ⅰ)Y沸石吸附劑、Cu(Ⅰ)鋁吸附劑、Cu(Ⅰ)碳吸附劑的吸附床和相應(yīng)的管道、程序調(diào)節(jié)閥構(gòu)成。吸附床的數(shù)量，根據(jù)混合氣的組成和壓力、處理氣量的多少確定。吸附床中充填的吸附劑，對混合氣中的CO進行選擇性化學(xué)吸附，CO留在吸附床內(nèi)，其它的CO2、H2、N2、O2等被排出作其他用途。吸附結(jié)束后，吸附床中除CO外，殘留有一定量H2、N2、O2、CH4組份，再用部分CO產(chǎn)品氣返回吸附床進行置換、和串聯(lián)置換，將H2、N2、O2、CH4趕出吸附床，最終用真空抽吸回收吸附床內(nèi)的CO產(chǎn)品氣，得到純化的CO產(chǎn)品。
本發(fā)明的變壓吸附法，在每一個吸附床的一次循環(huán)中要經(jīng)歷吸附、均壓降、置換、抽真空、升壓等工藝步驟，無論采用幾個吸附床組合，都交替執(zhí)行這些工藝步驟，以使CO產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定輸出。現(xiàn)將每一步驟分別說明如下。
吸附(A)混合氣從吸附床進口進入，吸附床壓力控制在0.05～1.0MPa、溫度為常溫～90℃，混合氣中的CO被選擇吸附于吸附劑，特別是含銅吸附劑上，其它組分作為吸附廢氣從吸附床出口排出作其他用途。該步驟實現(xiàn)了CO和其它不易吸附組分的分離。
均壓降(ED)均壓降步驟是完成吸附步驟的本吸附床向需要均壓升的吸附床放壓、回收吸附床中的有用組份和壓力，提高吸附床中的濃度的過程。
置換(RP)向吸附床返回一部分CO產(chǎn)品，對吸附床自下而上進行置換操作，在同一吸附床中，置換步驟可分多次完成，分別稱為二次置換(RP2)、一次置換(RP1)……。從吸附床出口排出的置換排出氣，再送至下一個吸附床，進行自下而上的置換，該床置換排出氣又對再下一個吸附床進行置換…，將幾個吸附床串聯(lián)連通，對不同的吸附床進行逐一置換，這樣在多床工藝中形成串聯(lián)置換。串聯(lián)置換的目的在于降低床層內(nèi)雜質(zhì)含量，回收置換廢氣中的CO，得到高純度的CO產(chǎn)品。最后置換排出的置換廢氣部分或全部返回原料氣進口以提高CO的收率，或排出作其它用。
抽真空(V)借助泵的動力抽出提純的CO產(chǎn)品，輸送去產(chǎn)品氣系統(tǒng)。一部分用于置換步驟。此步驟完成后，吸附床內(nèi)吸附劑也再生完畢，準(zhǔn)備進行下一次循環(huán)操作。抽真空步驟可以分多次完成，分別稱為一次抽真空(V1)、二次抽真空(V2)……。
升壓(R)完成抽真空步驟后，利用吸附廢氣、置換廢氣或原料氣對該床升壓。
本發(fā)明的變壓吸附法具有如下明顯的優(yōu)點和顯著的效果。
一、增加串聯(lián)置換步驟，特別是使用含銅吸附劑后，能提高CO的提純度，其CO純度可達(dá)98～99％。
二、增加串聯(lián)置換步驟和使用含銅吸附劑，能提高CO的提純度和提純效率，能從含低濃度CO的混合氣中提純CO，而且可以從吸附性接近CO的雜質(zhì)氣如CH4的含CO混合氣中提純CO。因此，可從多種工業(yè)廢氣中提純CO，其適用范圍廣。
三、本發(fā)明所排出的吸附廢氣可以作為另外的混合氣干燥工藝的沖洗氣。再加之采用串聯(lián)置換，多次利用置換廢氣，和部分或全部置換廢氣從原料氣進口返回預(yù)處理工序，回收再利用，能使CO產(chǎn)品的回收率可高達(dá)80～86％，CO產(chǎn)品的純度可高達(dá)99％以上。
下面，再用實施例及其附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
附圖的簡要說明。


圖1是本發(fā)明的一種從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法的流程圖。
圖2是圖1的吸附床A一個循環(huán)周期的壓力變化趨勢圖。
實施例1本發(fā)明的一種從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法，如附圖所示。
原料氣為半水煤氣組 成COCO2N2H2CH4+Ar O2體積％26.5 9.01 19.0 44.0 1.0 0.5本變壓吸附法根據(jù)上述原料的組成采用如圖1所示的變壓吸附系統(tǒng)。
本發(fā)明的變壓吸附系統(tǒng)，有四個塔式結(jié)構(gòu)的吸附床A、B、C、D，與原料氣進管1聯(lián)通的壓縮機2和原料氣總管4，吸附廢氣總管7，與原料氣進管1連通的置換廢氣總管10，置換氣總管17及其中的壓縮機15,CO產(chǎn)品氣總管19及其中的真空泵21，壓縮機15與用戶總管33連通，上述各總管與各吸附床間的接管5，各相應(yīng)接管中與吸附床A相配合的程控閥27A、28A、29A、30A、31A、32A，與吸附床B相配合的程控閥27B、28B、29B、30B、31B、32B，與吸附床C相配合的程控閥27C、28C、29C、30C、31C、32C，與吸附床D相配合的程控閥27D、28D、29D、30D、31D、32D。該工序吸附塔中充填的吸附劑是含銅吸附劑。
本系統(tǒng)運行時，由計算機按編程控制各程序閥，作為混合氣的富含CO原料氣從原料氣總管1，由壓縮機2加壓后，經(jīng)原料氣總管4，按后述的本實施例PSA工藝時序表中所列的時序，再經(jīng)接管5及其中的程控閥27A、27B、27C、27D，分別從吸附床底部的進口進入吸附床A、B、C、D，各吸附床內(nèi)裝有Cu(Ⅰ)Y沸石吸附劑，在此對混合氣中的CO進行選擇性化學(xué)吸附，其他CO2、CH4、H2、N2、O2等氣體從吸附床頂部的出口排出，分別經(jīng)程控閥32A、32B、32C、32D，再經(jīng)其排出管排出本系統(tǒng)作其它用途。當(dāng)吸附床A、B、C、D分別在吸附步驟對CO吸附飽和后，將CO產(chǎn)品中的部分產(chǎn)品經(jīng)置換氣總管17，由壓縮機15加壓，再分別經(jīng)接管5及其中的程控閥29A、29B、29C、29D，送入吸附床A、B、C、D進行置換和串聯(lián)置換，將塔內(nèi)殘存的雜質(zhì)氣體置換出吸附床，以得到更高純度的CO產(chǎn)品。然后經(jīng)控制閥28A、28B、28C、28D,CO產(chǎn)品氣總管19，進入真空泵21，抽吸取得CO產(chǎn)品，再經(jīng)用戶總管33輸出本系統(tǒng)供使用。由于置換排出的置換廢氣中有較高含量的CO，因此本發(fā)明再將部份或全部置換廢氣經(jīng)程控閥30A、30B、30C、30D，置換廢氣總管10，返回送入壓縮機2的入口而回收再利用，以提高CO產(chǎn)品的收率。
下面，以吸附塔A為主對本發(fā)明的工藝過程加以說明。
(一)吸附A在已達(dá)到吸附操作壓力0.05～1.0MPa時，經(jīng)程控閥27A、32A，從吸附床底部進口向吸附床A連續(xù)送入原料氣，在吸附床內(nèi)CO被吸附在吸附劑上，同時從吸附床A頂部出口排出吸附廢氣，并送出系統(tǒng)。當(dāng)該排放氣中CO成份濃度即將達(dá)到設(shè)定的CO含量時，關(guān)閉程控閥27A、32A，吸附步驟完成。
(二)均壓降ED在吸附步驟之后，關(guān)閉程控閥27A、32A，打開閥程控31A，將吸附床A內(nèi)的氣體泄壓送入吸附床B，供吸附床B升壓用。
(三)二次置換RP2
在均壓降步驟后，關(guān)閉程控閹31A，打開程控閥31D，將吸附床D置換后的氣體引入吸附床A作置換氣用，再經(jīng)程控閥30A、置換廢氣總管10，返回原料氣進管1。
(四)一次置換RP1關(guān)閉程控閥30D，打開程控閥29A,31A，將壓縮機15提供的部分CO產(chǎn)品繼續(xù)置換，從吸附床A頂部出口排出的較高濃度的CO氣進入吸附床B作二次置換氣用，再經(jīng)程控閥30B返回原料氣避管1。
(五)一次抽空V1、二次抽空V2關(guān)閉程控閥29A,31A，打開程控閥28A，經(jīng)產(chǎn)品氣總管19進入真空泵21，將吸附床A內(nèi)的CO產(chǎn)品抽出，再經(jīng)用戶總管33輸出供給用戶。
(六)升壓ER關(guān)閉程控閥28A，打開程控閥31A，使處于均壓降步驟的吸附床D的氣體進入吸附床A，而使吸附床升壓，以便使吸附床A進入下一循環(huán)。
(一)～(六)步驟在吸附床A內(nèi)反復(fù)循環(huán)進行，其他三個塔以相同步驟進行，其排列時序見后述表。
此實施例可獲得的CO產(chǎn)品的純度為97～99％，產(chǎn)品中雜質(zhì)H2為0.35％、N2為0.35％、CH4為＜2O0ppm、CO20.1～2為％，產(chǎn)品回收率為＞80％。
表本實施例PSA工藝時序表
權(quán)利要求
1.從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法，在變壓吸附系統(tǒng)中，用充填在吸附床中的吸附劑選擇性地吸附分離混合氣中的氣體，得到一氧化碳。其特征在于有至少二個循環(huán)運行的吸附床(A、B、C、D)，各吸附床循環(huán)運行的步驟依次為吸附(A)、均壓降(ED)、置換(RP)、抽真空(V)、升壓(ER)步驟，有由至少二個吸附床的置換步驟相串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)置換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法，其特征是所說的吸附劑是Cu(Ⅰ)Y沸石吸附劑、Cu(Ⅰ)鋁吸附劑、Cu(Ⅰ)碳吸附劑中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的從含一氧化碳混合氣中提純一氧化碳的變壓吸附法，其特征是所說的吸附步驟的壓力為0.05～1.0MPa、溫度為常溫～90℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氣體混合物中,分離和純化氣體的變壓吸附工藝。旨在解決已有技術(shù)對CO的提純度不高的問題。其特點是有至少二個循環(huán)運行的吸附床,各吸附床循環(huán)運行的步驟依次為吸附、均壓降、置換、抽真空、升壓步驟,有由至少二個吸附床的置換步驟相串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)置換。用吸附劑選擇性地吸附分離混合氣,得到純化的一氧化碳。具有流程簡單、能耗低,操作方便,無污染環(huán)境,CO回收率高達(dá)80～86%產(chǎn)品,CO純度可達(dá)98～99%以上。
文檔編號B01D53/047GK1215626SQ9710773
公開日1999年5月5日 申請日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者郜豫川, 朱愛民, 李穗凡, 馬文君 申請人:化學(xué)工業(yè)部西南化工研究設(shè)計院