CN102091501A

CN102091501A - 一种上下均压的变压吸附方法

Info

Publication number: CN102091501A
Application number: CN2011100292881A
Authority: CN
Inventors: 郑才平
Original assignee: SICHUAN TONGSHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN TONGSHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种上下均压的变压吸附方法，将原料气经吸附塔吸附后，弱吸附组分从吸附塔的出口端送入均升塔的进口端，进行均压。本发明构思巧妙、流程简单、投资较少，可以有效提高产品纯度和吸附剂利用率。

Description

一种上下均压的变压吸附方法

技术领域

本发明涉及一种变压吸附方法，特别涉及一种上下均压的变压吸附方法。

背景技术

变压吸附（PSA）为从原料混合气中分离和提纯至少一种产品组分提供了工业上需要的技术。原料气中至少包含一种可选择吸附的组份，在吸附压力下，原料气从吸附塔下部进入到有选择性吸附的吸附剂床层中，易吸附组份被吸附停留在床层，难吸附组份则从床层出口端输出，实现了混合气体的分离。吸附塔的吸附效率不仅与塔内装填的吸附剂数量有关，也与吸附塔的解吸过程密切相关，解吸越彻底，吸附塔的利用率越高。其中，“均压”就是需降压解吸的吸附床分别向需升压的不同的吸附床充压，需降压解吸的吸附床压力逐级下降，而需升压的吸附床的压力得到逐级升高，从而使吸附床降压排出的有用气体得到有效利用的步骤。均压步骤既回收了均压降吸附塔内的有效组分，又回收了均压降吸附塔的能量，是吸附塔解吸的最重要步骤。均压步骤的主要作用就是回收吸附床降压

目前，在变压吸附技术中，吸附塔再生时的均压步骤采用上上均或下下均的方法。上上均为吸附塔完成吸附步骤后，其出口端与另一准备升压的吸附塔出口端相连，使均降塔死空间中的难吸附组份和少量易吸附组份流入均升塔中，回收有效气体及压力。但上上均易使部分杂质组份在均压时吸附停留在均升塔的出口处，使产品纯度受到影响。下下均为吸附塔进行均压步骤时，降压塔内死空间的难吸附组份和部分易吸附组份从进口端排出，通过另一准备升压塔的进口端输入对其进行升压。使用下下均时，随着压力降低，均降塔下部的易吸附组分会部分解吸，随着气流进入均升的塔中，对均升塔造成污染，这部分难吸附的气体在塔间循环，降低了吸附剂的利用效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中变压吸附的装置和流程复杂，产品纯度不高，吸附剂利用率低的不足，提供一种上下均压的变压吸附方法。该变压吸附方法构思巧妙、流程简单、投资较少，可以有效提高产品纯度和吸附剂利用率。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种上下均压的变压吸附方法，将原料气经吸附塔吸附后，弱吸附组分从吸附塔的出口端送入均升塔的进口端，进行均压。

作为优选，该方法包括以下步骤：吸附、压力均衡降、顺向降压、逆向降压、抽真空、升压。

进一步优选，该方法包括以下步骤：吸附、第一次压力均衡降、顺向降压、第二次压力均衡降、逆向降压、抽真空、第二次压力均衡升、第一次压力均衡升、最终升压。

所述吸附塔中，装填有吸附剂，该吸附剂选自活性氧化铝、活性炭、硅胶或5A分子筛中的一种或多种。

所述吸附塔至少有3个。

本发明均压时采用上下均，使难吸附组份和少量易吸附组份从均降塔的出口端流出，经均升塔的进口端流入，在均压的操作压力下，易吸附组份被重新吸附停留在均升塔中，对产品气中微量杂质的控制起到很好的作用。与传统的上上均压方式相比，由于均压的气体是从入口端进入均升的塔，在气流上升过程中，易吸附组分会被均升塔下部吸附剂吸附，避免了均升塔出口吸附剂被污染，从而保证出口产品的质量；与下下均压方式相比，由于均压的气体是从均降塔的顶端流出，流出的大部分气体为难吸附组分（死空间中的气体），随着压力降低，解吸出来的部分易吸附组分气体会在气流上升过程中被吸附，大大减轻了对均升塔出口吸附剂的污染，提高了吸附剂的利用率。

本发明原料气经吸附塔吸附后，弱吸附组分从吸附塔的出口端送入均升塔的进口端，流程简单，管道成本增加少，减少了设备投资。

本发明的有益效果在于：本发明构思巧妙、流程简单、投资较少，可以有效提高产品纯度和吸附剂利用率。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1：一种上下均压的变压吸附方法，采用四塔变压吸附除去富氢气体中的杂质，原料气组成见表1，具体的时序表见表2，工序压力参数见表3，以其中一塔为例，包括以下步骤：

A、吸附：将原料气送入装有选择性吸附剂的塔中，在吸附压力下，易吸附组分和较易吸附的组分被吸附停留在床层中，氢气作为合格的产品气则从床层出口端输出到用气单位；

B、第一次压力均衡降：弱吸附组分和少量因塔内压力降低而解吸的易吸附组分从吸附塔的出口端送入第一均升塔的进口端，易吸附组分在均升塔下部就被吸附，两塔压力基本相等时，一均步骤结束；

C、顺向降压：顺着原料气进气的方向降低压力至一定的压力；

D、第二次压力均衡降：弱吸附组分和少量因塔内压力降低而解吸的易吸附组分从吸附塔的出口端送入第二均升塔的进口端，两塔压力基本相等时，二均步骤结束；

E、逆向降压：逆着原料气进气的方向降低压力至大气压力；

F、冲洗：利用顺放气逆着吸附的方向对吸附塔进行冲洗；

G、第二次压力均衡升：吸附塔的进口端与第一均降塔的出口端连通，当两塔压力基本相等时，步骤结束；

H、第一次压力均衡升：吸附塔的进口端与第二均降塔的出口端连通，当两塔压力基本相等时，步骤结束；

I、最终升压：通过正处于吸附步骤的吸附床所输出的产品气对吸附塔升压直至达到吸附压力。

表1 原料气组成

组分	H₂	CO	CO₂	CH₃OH
					V％	74.17	1.8	24	0.03

表2 时序表

表3 工序压力参数表

序号	步骤	工作压力（MPa）
			1	吸附(A)	0.55
2	一均降(E1D)	0.37
			3	顺放（PP）	0.3
4	二均降（E2D）	0.21
			5	逆放（D）	0.01
6	冲洗（P）	0.12
			7	二均升（E2R）	0.21
8	一均升（E1R）	0.37
			9	终充（FR）	0.55

本实施例从变换气中制取纯氢，产品纯度可达99.999%，由于在均压的过程中不存在传统均压过程中对吸附塔出口的污染，所以氢气的回收率大大的提高，从以前工艺的75%～85%提高到90%。

实施例2：我国具有较丰富的天然气资源，天然气的主要成分是CH₄，还有少量N₂、C₂H₆、C₃H₈、C₄、C₅及CO₂等，若直接利用未净化的天然气生产其他化工产品势必生成许多副产物，而这些副产物用精馏方法分离较困难，且投资大，操作费用高。因此将天然气原料净化后使用可简化后续工艺操作。本案例采用四塔变压吸附流程，原料气组成见表4，具体的时序表见表5，工序压力参数见表6。吸附塔吸附的二氧化碳几乎全部被解吸抽出，天然气中C₂ ⁺脱除至2%以下，CH₄纯度可达95%。

表4 原料气组成

组份	CH₄	N₂	C₂H₆	C₃H₈	C₄+C₅	CO₂
							V%	83.2	9.5	3.5	2.0	1.1	0.7

表5 时序表

表6 工序压力参数表

序号	步骤	工作压力（MPa）
			1	吸附(A)	0.48
2	一均降(E1D)	0.29
			4	二均降（E2D）	0.10
5	逆放（D）	0.02
			6	抽空（V）	-0.08
7	二均升（E2R）	0.10
			8	一均升（E1R）	0.29
9	终充（FR）	0.48

实施例3：一种上下均压的变压吸附方法，采用两段变压吸附COS、CS₂、H₂S、CO₂、C₂、CH₄等杂质中将CO分离提纯，第一段用8台吸附塔，将CS₂、H₂S、CO₂、C₂、CH₄等杂质初步脱除，而CO、CH₄等难吸附组分经程控阀输出。第一段变压吸附工艺采用了两步上上均和两步上下均压，死空间中的有效气体和少量被吸附的杂质从吸附剂中解吸，被输入解吸干净待升压的塔中。然后进行逆放和用真空泵对吸附器进行抽空，继续降低吸附床层压力，使吸附剂完全再生。经此段工艺后，CO₂杂质含量从原料气中的38.2%下降至0.62%，原料气组成见表7，具体的时序表见表8，工序压力参数见表9，以其中一塔为例，包括以下步骤：

吸附、第一次压力均衡降、第二次压力均衡降、第三次压力均衡降、第四次压力均衡降、逆向降压、抽真空、初次升压、第四次压力均衡升、隔离、第三次压力均衡升、隔离、第二次压力均衡升、隔离、第一次压力均衡升、最终升压。

表7 原料气组成

组份	CO	CO₂	CS₂	H₂S	CH₄	C₂
							V%	51.2	38.2	4.7	3.5	1.9	0.5

表8

Figure 2011100292881100002DEST_PATH_IMAGE006

表9 工序压力参数表

序号	步骤	工作压力（MPa）
			1	吸附(A)	0.65
2	一均降(E1D)	0.49
			3	二均降（E2D）	0.33
4	三均降（E3D）	0.17
			5	四均降(E4D)	0.09
6	逆放(D)	0.02
			7	抽空(V)	-0.08
8	充压(R)	0.01
			9	四均升(E4R)	0.09
10	三均升(E3R)	0.17
			11	二均升(E2R)	0.33
12	一均升(E1R)	0.49
			13	终充(FR)	0.65

实施例4：本实施例是一个包含三十个吸附塔的大型变压吸附系统，解决从变换气中脱除含碳杂质，采用二段变压吸附法，在均压工艺中使用上下均，完成了从100000Nm³/h原料气中分离回收H₂、N₂的目的,其中原料气压力为3.0MPa，组成见表10。每个吸附塔在一次循环中依次经历以下步骤：吸附、均压、逆放、抽真空、初次升压、终充和预吸附。经脱除杂质的产品气中CO₂浓度降低至0.1%，且一段解吸出的CO₂其浓度超过98.5%得以回收利用。

表10 原料气组成

组成	H₂	CO₂	N₂	CO	CH₄＋Ar
						含量V％	52.18	28.00	11.64	7.70	0.48

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于：将原料气经吸附塔吸附后，弱吸附组分从吸附塔的出口端送入均升塔的进口端，进行均压。

2.如权利要求1所述的一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于包括以下步骤：吸附、压力均衡降、顺向降压、逆向降压、抽真空、升压。

3.如权利要求2所述的一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于包括以下步骤：吸附、第一次压力均衡降、顺向降压、第二次压力均衡降、逆向降压、抽真空、第二次压力均衡升、第一次压力均衡升、最终升压。

4.如权利要求1、2或3所述的一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于：所述吸附塔中，装填有吸附剂，该吸附剂选自活性氧化铝、活性炭、硅胶或5A分子筛中的一种或多种。

5.如权利要求1、2或3所述的一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于：所述吸附塔至少有3个。

6.如权利要求1、2或3所述的一种上下均压的变压吸附方法，其特征在于：原料气压力为：0.3～3.0MPa。