CN100363086C - 变压吸附空分制氮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的从空气中通过变压吸附制取氮气的方法，涉及变压吸附空气分离制取氮气的工艺流程。主要解决了现有变压吸附空气分离制取氮气技术在装置大型化后吸附剂容易松动、粉化的问题；本方法在至少二个装填有碳分子筛吸附剂的吸附床的变压吸附系统中，系统按照程序循环运行，吸附床的每次循环运行经历吸附、均压降、顺向放压、抽空、均压升和充压步骤。由于采用了顺向放压步骤和在吸附床出口端的抽空工艺，在整个吸附工艺过程中通过吸附床的气流方向均为由上至下使吸附剂趋向更紧密，避免反向气流激荡使吸附剂松动和沸腾造成吸附剂磨损粉化，克服了大型变压吸附制氮装置吸附剂压紧装置的实施困难。

Description

变压吸附空分制氮方法
技术领域：
本发明涉及化工领域变压吸附空气分离技术，具体的说，是涉及在变压吸附空分制氮中通过采用顺放和抽空流程的变压吸附空分制氮的新方法。
背景技术：
由同一申请人申请的、专利号为ZL00113066.8、发明名称为变压吸附气体分离方法和装置的发明专利公开了一种多塔变压吸附气体分离装置和方法，每个吸附塔在一次循环依次经历吸附、多次压力均衡降、顺放或逆向放压、抽真空、多次压力均衡升、终充等步骤；各个吸附塔的抽空步骤又分为几个阶段；抽空步骤连续并有部份重叠，按同一时刻处于抽空状态的塔的数量将吸附塔分为该数量的组，每组内抽空不连续。
上述专利没有公开任何一种制备具体气体的方法。
而属于变压吸附空气分离技术的现有的变压吸附空气分离制取氮气装置均采用吸附，均压降，逆向放压(或有抽空)、均压升，充压步骤；其中大量的解吸气通过逆向放压和抽空步骤排出吸附床；由于吸附和逆向放压2个气流量最大步骤的气流方向是相向的，容易造成吸附剂在吸附床中移动，因此必须采用专门的压紧装置将吸附剂压紧；法兰式或其它方式的吸附剂压紧装置对吸附塔直径2000mm以上的吸附塔制造成本高，工程上不易实施。所以目前变压吸附空气分离制取氮气的装置规模基本都在单套1000Nm3/h以内；通常变压吸附空分制氮装置的吸附周期均在60～90秒，气流方向的改变非常频繁，同时气体在某些步骤的流速较大；如果吸附剂在吸附床内移动将造成吸附剂互相摩擦粉化，进而造成产品纯度下降、收得率下降；严重时造成阀门、管道堵塞形成安全隐患。
技术内容：
本发明的发明目的是旨在克服上述现有技术缺陷，提供一种采用了顺放和抽空流程的变压吸附空气分离制取氮气的方法，在大型化变压吸附空分制氮装置上不需采用特殊吸附剂压紧装置就能避免吸附剂浮动、粉化的方法；采用该方法的设备成本低且易于大型化。
本发明通过以下技术解决方案得以实现其发明目的：
本发明所述变压吸附空气分离制取氮气的方法应用在至少二个装填有碳分子筛吸附剂的吸附床的变压吸附系统中，吸附床的每次运行包括：吸附、均压降、顺向放压、吸附床氮气出口端抽空、均压升、充压步骤；采用了顺向放压步骤和吸附床氮气出口端的抽空，使在整个吸附过程中通过吸附床的气流方向一致；以上步骤循环运行。
压缩空气在0.1～2.0Mpa由上自下进入装填有碳分子筛的吸附床，氧被碳分子筛选择性吸附，从吸附床下端获得产品氮气；完成吸附步骤，吸附完成后开启吸附床下端与另一吸附床连接管道上的程控阀，使气体由吸附床下端进入另一吸附床进行均压降步骤；吸附床完成均压降步骤后，进行顺向放压步骤，开启连接吸附床下端的程控阀通过管道和消声器后将气体放入大气，采用真空泵对顺向放压后的吸附床进行抽空，真空压力控制在0～-0.09Mpa范围内；抽空完成后由另一吸附床均压降的气体进入吸附床进行均压升；利用压缩空气从吸附床上端或同时利用产品氮气从吸附床下端对吸附床进行充压至吸附压力。
上述均压降步骤开启吸附床下端与另一吸附床上端连接管道上的程控阀，使气体由吸附床下端进入另一吸附床的上端进行均压降；
或开启吸附床下端与另一吸附床下端连接管道上的程控阀，使气体从吸附床下端进入另一吸附床的下端进行均压降。
本发明与现有变压吸附空分制氮法相比较，具有如下明显特点。
本发明采用了顺向放压步骤代替通常变压吸附空分制氨的逆放步骤，首先使在整个变压吸附工艺过程包括吸附和解吸中通过吸附床的气流方向一致并均为由上至下，使吸附床中吸附剂的运动趋势更加紧密，从而实现防止吸附剂松动粉化的目的；其次是本发明的方法在较大规模的变压吸附空分制氮装置上，可代替法兰盘式或其他吸附剂压紧装置从而大大节约装置的成本；并使大型化变压吸附空分制氮更容易实施；第三是安全性可靠性提高。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的工艺流程图；
图3是本发明的工艺流程图；
图4是本发明的工艺流程图；
下面结合本发明的具体实施方式对本发明作进一步说明
具体实施方式
实施例1利用本发明顺放流程的1个变压吸附空分制氮装置，其工艺流程如图1所示：
本发明的变压吸附空分制氮装置由2个装填有碳分子筛吸附剂的吸附塔和1个压缩空气缓冲罐和1个产品氮气缓冲罐1个真空罐以及相应的管道和程控阀和真空泵构成。经冷干机脱水后1.5Mpa的压缩空气进入本装置，压缩空气经空气缓冲罐后通过程控阀KVA-1从上至下进入吸附床，空气中的氧被吸附床中装填的碳分子筛吸附，产品氮气从吸附床下端经程控阀KVA-2和管道进入产品氮气缓冲罐后输出装置。吸附到一定时间后关闭KVA-1、KVA-2程控阀完成吸附步骤，开启KVA-4程控阀进行均压步骤均压终的压力为0.73Mpa，均压步骤完成后关闭程控阀KVA-4，开启程控阀KVA-3进行顺放步骤顺放终的压力为0.05Mpa～0.0Mpa，顺放步骤的气体经消音器后放入大气，顺放步骤完成后关闭程控阀KVA-3，开启程控阀KVA-5对吸附床进行抽空抽空步骤完成后关闭程控阀KVA-5，开启KVB-4程控阀对吸附床进行均压升均压升完成后关闭程控阀KVB-4，然后开启程控阀KVA-1和程控阀KVA-2程控阀利用压缩空气和产品气缓冲罐中的氮气对吸附床进行充压步骤。由此完成一次循环，两个吸附床交替进行上述的循环过程。即可连续得到产品氮气。产品氮气的纯度在80％～99.9％范围内。
实施例2利用本发明顺放流程的1个变压吸附空分制氮装置，其工艺流程如图2所示：
本发明的变压吸附空分制氮装置由2个装填有碳分子筛吸附剂的吸附塔和1个压缩空气缓冲罐和1个产品氮气缓冲罐1个真空罐以及相应的管道和程控阀和真空泵构成。经冷干机脱水后1.0Mpa的压缩空气进入本装置，压缩空气经空气缓冲罐后通过程控阀KVA-1从上至下进入吸附床，空气中的氧被吸附床中装填的碳分子筛吸附，产品氮气从吸附床下端经程控阀KVA-2和管道进入产品氮气缓冲罐后输出装置。吸附到一定时间后关闭KVA-1、KVA-2程控阀完成吸附步骤，开启KVA-4程控阀进行均压步骤均压终的压力为0.5Mpa，均压步骤完成后关闭程控阀KVA-4，开启程控阀KVA-3进行顺放步骤顺放终的压力为0.05Mpa～0.0Mpa，顺放步骤的气体经消音器后放入大气，顺放步骤完成后关闭程控阀KVA-3，开启程控阀KVA-5对吸附床进行抽空抽空步骤完成后关闭程控阀KVA-5，开启KVB-4程控阀对吸附床进行均压升均压升完成后关闭程控阀KVB-4，然后开启程控阀KVA-1利用压缩空气对吸附床进行充压步骤。由此完成一次循环，两个吸附床交替进行上述的循环过程。即可连续得到产品氮气。产品氮气的纯度在80％～99.9％范围内。
实施例3：利用本发明顺放流程的1个变压吸附空分制氮装置，其工艺流程如图3所示：
本发明的变压吸附空分制氮装置由2个装填有碳分子筛吸附剂的吸附塔和1个压缩空气缓冲罐和1个产品氮气缓冲罐1个真空罐以及相应的管道和程控阀和真空泵构成。经冷干机脱水后0.6Mpa的压缩空气进入本装置，压缩空气经空气缓冲罐后通过程控阀KVA-1从上至下进入吸附床，空气中的氧被吸附床中装填的碳分子筛吸附，产品氮气从吸附床下端经程控阀KVA-2和管道进入产品氮气缓冲罐后输出装置。吸附到一定时间后关闭KVA-1、KVA-2程控阀完成吸附步骤，开启KV-4程控阀进行均压步骤均压终的压力为0.28Mpa，均压步骤完成后关闭程控阀KV-4，开启程控阀KVA-3进行顺放步骤顺放终的压力为0.05Mpa～0.0Mpa，顺放步骤的气体经消音器后放入大气，顺放步骤完成后关闭程控阀KVA-3，开启程控阀KVA-5对吸附床进行抽空抽空步骤完成后关闭程控阀KVA-5，开启KV-4程控阀对吸附床进行均压升均压升完成后关闭程控阀KV-4，然后开启程控阀KVA-1和程控阀KVA-2程控阀利用压缩空气和产品气缓冲罐中的氮气对吸附床进行充压步骤。由此完成一次循环，两个吸附床交替进行上述的循环过程。即可连续得到产品氮气。产品氮气的纯度在80％～99.9％范围内。
实施例4利用本发明顺放流程的1个变压吸附空分制氮装置，其工艺流程如图4所示：
本发明的变压吸附空分制氮装置由2个装填有碳分子筛吸附剂的吸附塔和1个压缩空气缓冲罐和1个产品氮气缓冲罐1个真空罐以及相应的管道和程控阀和真空泵构成。经冷干机脱水后0.2Mpa的压缩空气进入本装置，压缩空气经空气缓冲罐后通过程控阀KVA-1从上至下进入吸附床，空气中的氧被吸附床中装填的碳分子筛吸附，产品氮气从吸附床下端经程控阀KVA-2和管道进入产品氮气缓冲罐后输出装置。吸附到一定时间后关闭KVA-1、KVA-2程控阀完成吸附步骤，开启KV-4程控阀进行均压步骤均压终的压力为0.075Mpa，均压步骤完成后关闭程控阀KV-4，开启程控阀KVA-3进行顺放步骤顺放终的压力为0.05Mpa～0.0Mpa，顺放步骤的气体经消音器后放入大气，顺放步骤完成后关闭程控阀KVA-3，开启程控阀KVA-5对吸附床进行抽空抽空步骤完成后关闭程控阀KVA-5，开启KV-4程控阀对吸附床进行均压升均压升完成后关闭程控阀KV-4，然后开启程控阀KVA-1利用压缩空气对吸附床进行充压步骤。由此完成一次循环，两个吸附床交替进行上述的循环过程。即可连续得到产品氮气。产品氮气的纯度在80％～99.9％范围内。

Claims (9)

1.一种变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：该方法应用在至少二个装填有碳分子筛吸附剂的吸附床的变压吸附系统中，吸附床的每次运行包括：吸附、均压降、顺向放压、抽空、均压升、充压步骤；通过顺向放压步骤和在吸附床氮气出口端抽空使在吸附、解吸过程中通过吸附床的气流方向一致；以上步骤循环运行，其中，压缩空气进口在吸附床上端，产品氮气出口在吸附床下端，吸附步骤和均压降和顺向放压步骤气流方向均由上至下。
2.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：压缩空气在0.1～2.0Mpa由上自下进入装填有碳分子筛的吸附床，从吸附床下端获得产品氮气，完成吸附步骤。
3.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：吸附完成后开启吸附床下端与另一吸附床连接管道上的程控阀，使气体由吸附床下端进入另一吸附床进行均压降步骤。
4.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：所述顺向放压步骤，开启吸附床下端的程控阀通过管道和消声器后将气体放入大气，使在整个吸附过程中通过吸附床的气流方向一致，顺放终的压力为0.05～0Mpa。
5.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：采用真空泵对顺向放压后的吸附床进行抽空，真空压力控制在0～-0.09Mpa范围内。
6.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：抽空完成后由另一吸附床均压降的气体进入吸附床进行均压升。
7.根据权利要求1所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：利用压缩空气从吸附床上端或同时利用产品氮气从吸附床下端对吸附床进行充压至吸附压力。
8.根据权利要求1或3所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：上述均压降步骤开启吸附床下端与另一吸附床上端连接管道上的程控阀，使气体由吸附床下端进入另一吸附床的上端进行均压降。
9.根据权利要求1或3所述变压吸附空分制氮的方法，其特征在于：上述均压降步骤开启吸附床下端与另一吸附床下端连接管道上的程控阀，使气体从吸附床下端进入另一吸附床的下端进行均压降。
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