CN101301559A - 变压吸附工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变压吸附工艺装置。本工艺采用并列的吸附塔，将原料气中的杂质气体经吸附塔内的吸附剂吸附脱除，从而得到产品气，其工艺流程的每一循环包括吸附、降压、顺放、逆放、冲洗、抽真空、升压和最后充压过程。其中顺放过程是将吸附塔内的高压气体沿着吸附的气流方向，放入顺放气缓冲塔中，顺放过程后，吸附塔内压力为常压，将顺放气缓冲塔内的气体，从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门排出。本发明能有限降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分离工艺及装置，特别是一种变压吸附工艺及装置。
背景技术
目前变压吸附工艺流程中，关于吸附剂的再生主要有两种，一种是采用抽真空的方式，另一种是采用冲洗的方式。其中的区别是：前者动力消耗大，后者虽没有动力消耗，但冲洗气要求是干净的产品气，否则吸附剂内的杂质不能冲洗干净，吸附剂不能完全再生。本工艺流程的特点是将两种方式有机的结合起来，将冲洗气由原来的产品气改为本来应该放空的气体，采用逆向冲洗的目的是：通过冲洗的过程，带出部分杂质气体，从而减轻抽真空的负荷，进而达到降低能耗的目的。
变压吸附就是利用装填于吸附塔内的固体颗粒状物质(称为吸附剂)的内外表面对杂质气体的附着能力，将原料气中的杂质气体脱除，整个工作过程就是根据要求控制产品气体中的杂质气体的含量。由于原料气是从吸附塔的底部进入吸附塔，随着时间的推移，杂质不断向吸附塔的顶部推进。在吸附塔内的杂质气体的浓度梯度始终是呈一个三角型，即上部杂质气体的浓度低，下部杂质气体的浓度高。
现将变压吸附的两种工艺流程简介如下：
一、原抽真空工艺流程(见图1)
图1中阀门编号说明：
KS101为原料气进口阀 (即图1中的KS101a、KS101b、KS101c、KS101d)
KS102为产品气出口阀 (即图1中的KS102a、KS102b、KS102c、KS102d)
KS103为终充气进口阀 (即图1中的KS103a、KS103b、KS103c、KS103d)
KS104为均压气进出口阀 (即图1中的KS104a、KS104b、KS104c、KS104d)
KS107为逆放气出口阀 (即图1中的KS107a、KS107b、KS107c、KS107d)
KS108为抽空气进口阀 (即图1中的KS108a、KS108b、KS108c、KS108d)
此工艺流程一个循环包括：吸附、降压、逆放、抽真空、升压、最后充压等过程：①吸附：原料气通过KS101阀门进入吸附塔，杂质气体被吸附剂吸附后的产品气通过KS102阀门流出吸附塔，进入下一工段；②降压：当产品气中指标超过生产指标时，吸附过程结束，通过KS104阀门将塔吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔(此过程称降压)；③逆放：当降压过程完成后，吸附塔内还高于常压，通过KS107阀门将吸附塔内的气体排出系统；④抽真空：逆放完毕，通过KS108阀门用真空泵对吸附塔抽真空，让吸附于吸附剂中的杂质气体解吸；⑤升压：当吸附吸附剂中的杂质气体解吸完毕后，通过KS104阀门将其它吸附塔内的高压气体转移到吸附塔内(此过程称升压)；⑥最后充压：仅通过吸附塔内的压力转移不能将吸附塔内的压力提高到吸附压力，通过KS103阀门将产品气转移到吸附塔内，让吸附塔内的压力达到吸附压力(此过程称最后充压)，最后充压完毕后，该吸附塔进入下一个吸附循环。
此流程由于吸附剂解吸全靠抽真空完成，所以真空泵的动力消耗大。
二、冲洗工艺流程(见图2)
图2中阀门编号说明：
KS201为原料气进口阀 (即图1中的KS201a、KS201b、KS201c、KS201d)
KS202为产品气出口阀 (即图1中的KS202a、KS202b、KS202c、KS202d)
KS203为终充气进口阀 (即图1中的KS203a、KS203b、KS203c、KS203d)
KS204为均压气进出口阀 (即图1中的KS204a、KS204b、KS204c、KS204d)
KS205为冲洗气进口阀 (即图1中的KS205a、KS205b、KS205c、KS205d)
KS207为抽逆放气出口阀 (即图1中的KS207a、KS207b、KS207c、KS207d)
此工艺流程一个循环包括：吸附、降压、逆放、冲洗、升压、最后充压等过程：①吸附：原料气通过KS201阀门进入吸附塔，杂质气体被吸附剂吸附后的产品气通过KS202阀门流出吸附塔，进入下一工段；②降压：当产品气中指标超过生产指标时，吸附过程结束，通过KS204阀门将塔吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔(此过程称降压)；③逆放：当降压过程完成后，吸附塔内还高于常压，通过KS207阀门将吸附塔内的气体排出系统；④冲洗：当逆放过程完成后，通过KS205、KS206阀门将产品气逆向转移到塔吸附塔内，再通过KS207阀门排空，通过此方式将吸附塔内杂质气体冲洗干净，使吸附剂得以再生。⑤升压：当吸附吸附剂中的杂质气体解吸完毕后，通过KS204阀门将其它吸附塔内的高压气体转移到吸附塔内(此过程称升压)；⑥最后充压：仅通过吸附塔内的压力转移不能将吸附塔内的压力提高到吸附压力，通过KS203阀门将产品气转移到吸附塔内，让吸附塔内的压力达到吸附压力(此过程称最后充压)，最后充压完毕后，该吸附塔进入下一个吸附循环。
此流程由于吸附剂解吸全靠产品气冲洗完成，所以产品气消耗大。
三、 冲洗加抽真空工艺流程(见图3)
图2中阀门编号说明：
KS301为原料气进口阀 (即图1中的KS301a、KS301b、KS301c、KS301d)
KS302为产品气出口阀 (即图1中的KS302a、KS302b、KS302c、KS302d)
KS303为终充气进口阀 (即图1中的KS303a、KS303b、KS303c、KS303d)
KS304为均压气进出口阀 (即图1中的KS304a、KS304b、KS304c、KS304d)
KS305为顺放气出口阀 (即图1中的KS305a、KS305b、KS305c、KS305d)
KS306为冲洗气进口阀 (即图1中的KS306a、KS306b、KS306c、KS306d)
KS307为逆放气出口阀 (即图1中的KS307a、KS307b、KS307c、KS307d)
KS308为真空气进口阀 (即图1中的KS308a、KS308b、KS308c、KS308d)
此工艺流程一个循环包括：吸附、降压、逆放、冲洗、抽真空、升压、最后充压等过程：①吸附：原料气通过KS301阀门进入吸附塔，杂质气体被吸附剂吸附后的产品气通过KS302阀门流出吸附塔，进入下一工段；②降压：当产品气中指标超过生产指标时，吸附过程结束，通过KS304阀门将塔吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔(此过程称降压)；③顺放：当降压过程完成后，吸附塔内还高于常压，通过KS305阀门将吸附塔内的气体转移到顺放气缓冲塔：④逆放：当顺放过程完成后，吸附塔内还高于常压，通过KS307阀门将吸附塔内的气体排出系统；⑤冲洗：当逆放过程完成后，通过KS306阀门将产品气逆向转移到塔吸附塔内，再通过KS307阀门排空，通过此方式将吸附塔内部分杂质气体带出，使吸附剂得以部分再生。⑥抽真空：冲洗过程完成后，通过KS308阀门用真空泵对吸附塔抽真空，让吸附于吸附剂中的杂质气体解吸；⑦升压：当吸附吸附剂中的杂质气体解吸完毕后，通过KS304阀门将其它吸附塔内的高压气体转移到吸附塔内(此过程称升压)；⑧最后充压：仅通过吸附塔内的压力转移不能将吸附塔内的压力提高到吸附压力，通过KS303阀门将产品气转移到吸附塔内，让吸附塔内的压力达到吸附压力(此过程称最后充压)，最后充压完毕后，该吸附塔进入下一个吸附循环。
此流程由于采用顺放气冲洗吸附剂，冲洗过程中带出部分杂质气体，再采用抽真空的方式使吸附剂解吸，由于消耗的气体不是产品气，而是放空气的一部分，所以产品气的消耗没有变化而动力消耗降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的变压吸附工艺及装置，克服已有技术中存在的上述问题，降低了系统的动力消耗。
为达到上述发明目的，本发明的构思是：
本发明工艺流程将原来的抽真空流程和冲洗流程相结合。新流程中放空步骤分成：顺放和逆放，用顺放气去冲洗吸附塔内的吸附剂，使其在冲洗的过程中，带出部分杂质气体，再用真空泵抽真空，从而达到节能降耗的目的。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种变压吸附工艺，采用并列的吸附塔，将原料气中的杂质气体经吸附塔内的吸附剂吸附脱除，从而得到产品气，其工艺流程的每一循环包括吸附、降压、顺放、逆放、冲洗、抽真空、升压和最后充压过程，其特征在于：
(1)在所述的顺放过程是将吸附塔内的高压气体沿着吸附的气流方向，放入顺放气缓冲塔中；
(2)在所述的逆放过程后，吸附塔内压力为常压，将顺放气缓冲塔内的气体，从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门排出。
上述的吸附过程是：原料气通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)从吸附塔底部进入吸附塔；杂质气体被吸附剂吸附后的产品气从吸附塔顶部流出，通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)进入下一工序；所述的降压过程是：当产品气中指标超过生产指标时，通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，将吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔；所述的顺放过程是：通过顺放气出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)将吸附塔内的高压气体放入顺放气缓冲塔；所述的逆放放过程是：通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS1307C、......)将吸附塔内的顺放后剩余气体放入排出系统；所述的冲洗过程是：通过冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)，将顺放缓冲塔内的高压气体从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门(KS307A、KS307B、KS307C、......)排出；所述的抽真空过程是：通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)从吸附塔底部抽出气体，使吸附于吸附剂中的杂质气体解吸；所述的升降过程是：通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，从吸附塔顶部输入其它吸附塔来的高压气体；所述的最后充压过程是：通过终充气进口阀KS303A、KS303B、KS303C、......)，将产品气从吸附塔顶部输入吸附塔，使其内压力达到吸附压力。
一种变压吸附装置，应用于上述变压一种变压吸附工艺装置，包括并列的吸附塔，原料气管路通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)连接吸附塔底部，产品气管路通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)连通吸附塔顶部，有真空泵通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)连通吸附塔的底部，均压管道通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)连通吸附塔的顶部，逆放管道通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS307C、......)连通吸附塔的底部。其特征在于顺放出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连，冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连。
上述的变压吸附工艺装置，共有4～20台吸附塔并列安装。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的工艺流程中采用顺放气冲洗与抽真空相结合的方式。本工艺流程的经济价值为：相对于原来的冲洗流程，产品气减少损失15％，相对于原来的抽真空流程，动力消耗降低13％。
附图说明
图1是已知技术的抽真空工艺流程示意图。
图2是已知技术的冲洗工艺流程示意图。
图3是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式：
本发明的一个优选实施例，结合附图说明如下：
参见图三，一种变压吸附工艺，采用并列的吸附塔，将原料气中的杂质气体经吸附塔内的吸附剂吸附脱除，从而得到产品气，其工艺流程的每一循环包括吸附、降压、顺放、逆放、冲洗、抽真空、升压和最后充压过程，其特征在于：
(1)在所述的顺放过程是将吸附塔内的高压气体沿着吸附的气流方向，放入顺放气缓冲塔中；
(2)在所述的逆放过程后，吸附塔内压力为常压，将顺放气缓冲塔内的气体，
从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门排出。
所述的变压吸附上述的吸附过程是：原料气通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)从吸附塔底部进入吸附塔；杂质气体被吸附剂吸附后的产品气从吸附塔顶部流出，通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)进入下一工序；所述的降压过程是：当产品气中指标超过生产指标时，通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，将吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔；所述的顺放过程是；通过顺放气出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)将吸附塔内的高压气体放入顺放气缓冲塔；所述的逆放放过程是：通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS1307C、......)将吸附塔内的顺放后剩余气体放入排出系统；所述的冲洗过程是：通过冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)，将顺放缓冲塔内的高压气体从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门(KS307A、KS307B、KS307C、......)排出；所述的抽真空过程是：通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)从吸附塔底部抽出气体，使吸附于吸附剂中的杂质气体解吸；所述的升降过程是：通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，从吸附塔顶部输入其它吸附塔来的高压气体；所述的最后充压过程是：通过终充气进口阀KS303A、KS303B、KS303C、......)，将产品气从吸附塔顶部输入吸附塔，使其内压力达到吸附压力。
参见图三，本装置一种变压吸附工艺装置，应用于变压吸附工艺。包括并列的吸附塔，原料气管路通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)连接吸附塔底部，产品气管路通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)连通吸附塔顶部，有真空泵通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)连通吸附塔的底部，均压管道通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)连通吸附塔的顶部，逆放管道通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS307C、......)连通吸附塔的底部。其特征在于顺放出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连，冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连。本装置中共有4～20台吸附塔并列安装。
Claims (4)
1.一种变压吸附工艺，采用并列的吸附塔，将原料气中的杂质气体经吸附塔内的吸附剂吸附脱除，从而得到产品气，其工艺流程的每一循环包括吸附、降压、顺放、逆放、冲洗、抽真空、升压和最后充压过程，其特征在于：
a.在所述的顺放过程是将吸附塔内的高压气体沿着吸附的气流方向，放入顺放气缓冲塔中；
b.在所述的逆放过程后，吸附塔内压力为常压，将顺放气缓冲塔内的气体，从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门排出。
2.根据权利要求1所述的变压吸附脱碳工艺，其特征在于所述的吸附过程是：原料气通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)从吸附塔底部进入吸附塔；杂质气体被吸附剂吸附后的产品气从吸附塔顶部流出，通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)进入下一工序；所述的降压过程是：当产品气中指标超过生产指标时，通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，将吸附塔内的高压气体转移到其它需要升压的吸附塔；所述的顺放过程是：通过顺放气出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)将吸附塔内的高压气体放入顺放气缓冲塔；所述的逆放放过程是：通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS1307C、......)将吸附塔内的顺放后剩余气体放入排出系统；所述的冲洗过程是：通过冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)，将顺放缓冲塔内的高压气体从吸附塔顶部放入吸附塔内，再通过逆放阀门(KS307A、KS307B、KS307C、......)排出；所述的抽真空过程是：通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)从吸附塔底部抽出气体，使吸附于吸附剂中的杂质气体解吸；所述的升降过程是：通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)，从吸附塔顶部输入其它吸附塔来的高压气体；所述的最后充压过程是：通过终充气进口阀KS303A、KS303B、KS303C、......)，将产品气从吸附塔顶部输入吸附塔，使其内压力达到吸附压力。
3.一种变压吸附工艺装置，应用于根据权利要求1所述变压吸附工艺。包括并列的吸附塔，原料气管路通过原料气进口阀(KS301A、KS301B、KS301C、......)连接吸附塔底部，产品气管路通过产品气出口阀(KS302A、KS302B、KS302C、......)连通吸附塔顶部，有真空泵通过真空泵进口阀(KS308A、KS308B、KS308C、......)连通吸附塔的底部，均压管道通过均压进出口阀(KS304A、KS304B、KS304C、......)连通吸附塔的顶部，逆放管道通过逆放气出口阀(KS307A、KS307B、KS307C、......)连通吸附塔的底部。其特征在于顺放出口阀(KS305A、KS305B、KS305C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连，冲洗气进口阀(KS306A、KS306B、KS306C、......)通过管道分别与吸附塔的顶部及顺放缓充塔相连。
4.根据权利要求3所述的变压吸附脱碳工艺用的装置，其特征在于共有4～20台吸附塔并列安装。
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