CN102114377B - 变压吸附气体分离装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压吸附气体分离装置及其控制方法，本发明在原有技术上增加中部放空管道气动阀QV₁₃；具体管道连接结构：原有管道气动阀QV_1-12位置不变，将连接管道气动阀QV_{5、6、7、8}的四通管道更改为五通，五通管道分别连接管道气动阀QV_{5、6、7、8、13}，将原有连接管道气动阀QV_3、4和排空消音器的三通管道更改为四通管道，分别连接管道气动阀QV₁₃另一端、管道气动阀QV_3、4和排空消音器，其它管道不做更改；加速再生吸附剂的脱附时间，保证再生吸附剂完全脱附为下一次吸附做好基础，提高分子筛吸附性能；节约吹扫再生的成品气，减少脱附放空气，缩短放空时间、减少空气耗量，降低了用户运行能耗和生产成本。

Description

变压吸附气体分离装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种变压吸附气体分离装置，尤其涉及该装置的结构及其控制变压吸附分离装置的方法。

背景技术

用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体的设备，其最常用的方法是用固定的吸附周期。其工作原理是：当一只装有吸附剂的容器(简称吸附塔)在升高压力产气时，同时另一只吸附塔在放空降压解吸再生，通过固定的吸附周期来切换两塔的工作方式，每个塔各完成一次产气和解吸再生称之为一个吸附周期；如此交替循环工作，不断生成产品气，工艺设备结构示意图见图1、控制时序见图2，图中：第二截止阀LV₂、第三截止阀LV₃。

原料气进入变压吸附空分装置，A吸附塔开始工作，气动阀QV_{5、8、9、 10}打开，B塔向A塔均压(不等式均压)后关闭气动阀QV_5、8、9，然后打开气动阀QV_1、4、11，A吸附塔进入工作状态，产品气由管道流入缓冲罐C产品气体输入各用户，产品气另一部分通过第一截止阀LV₁进入B吸附塔脱附再生通过气动阀QV₄放空到大气。A塔运行到设定时间后切换B吸附塔工作，B吸附塔开始工作气动阀QV_{6、7、9、10}打开，A塔向B塔均压(不等式均压)后关闭气动阀QV_6、7、10，然后打开气动阀QV_2、3、12，B吸附塔进入工作状态，产品气由管道流入缓冲罐C产品气体输入各用户，产品气另一部分通过第一截止阀LV₁进入A吸附塔脱附再生通过气动阀QV₃放空到大气。两塔交替工作一次为一个周期，以上气动阀动作及控制切换时间均有PLC设定后自动控制，原料气进入变压吸附空分装置反复循环此周期得到合格气体输送至用户。

采用上述结构的固定吸附周期是针对设备额定的产气量、纯度、压力下而特定的一个值，只有在装置产气量不变的情况下，产品气的纯度才能稳定，吸附剂才能够被充分利用。随着变压吸附技术的不断更新，在工业化工行业需求量的增加，所需实际产气量较大时变压吸附分离设备就需要随产气量的增大而增大(考虑分子筛吸附性能需将吸附塔高径比做大)。当吸附剂使用在相同的吸附周期内和不同大小的设备时这类气体分离装置就会产生如下的缺点：

1、吸附剂没有得到充分再生，使此时的分子筛产气率下降，导致实际额定设备产气量下降、当用户开启设备额定设计产气量时纯度随之下降；

2、由于均压后吸附器内部压力相对较高，分子筛吸附的气体还未随压力降低而解吸，此时打开吹扫气随放空管路一并放空，造成回吹产品气浪费。

3、只适用产气量小的空分设备。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种变压吸附气体分离装置，旨在解决上述的问题；

本发明还提供了一种采用上述变压吸附气体分离装置的控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的装置包括：第一吸附塔和第二吸附塔并列放置于地基上，一根四通管道分别连接第一吸附塔的底部、第一管道气动阀、第三管道气动阀以及第三管道气动阀的一端，在第一吸附塔中部连接第七管道气动阀的一端，一根三通管道分别连接第一吸附塔顶部、第九管道气动阀以及第十一管道气动阀；用一根四通管道分别连接第二吸附塔底部、第二管道气动阀、第四管道气动阀以及第六管道气动阀的一端，在第二吸附塔中部连接第八管道气动阀的一端，一根三通管道分别连接第二吸附塔顶部、第十管道气动阀以及第十二管道气动阀的一端；一根三通管道分别与气源进口、第一管道气动阀的另一端以及第二管道气动阀的另一端连接；一根三通管道分别连接第九管道气动阀的另一端、第十管道气动阀的另一端以及第一截止阀的一端，一根四通管道分别连接第十一管道气动阀的另一端、第十二管道气动阀以及第一截止阀的另一端以及第二截止阀的一端；两通管道分别连接第二截止阀的另一端和缓冲罐进口，缓冲罐出口与第三截止阀连接；还包括：一根五通管道分别连接第五管道气动阀的另一端、第六管道气动阀的另一端、第七管道气动阀的另一端、第八管道气动阀的另一端以及第十三管道气动阀的一端；一根四通管道分别连接第三管道气动阀的另一端、第四管道气动阀的另一端、排空消音器的进口以及第十三管道气动阀的另一端。

本发明的控制方法是通过以下步骤实现的：

打开第五管道气动阀、第八管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，B塔向A塔均压；

B塔向A塔均压0～1.5s后关闭气动阀第五管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，同时打开第一管道气动阀、第四管道气动阀、第八管道气动阀、第十一管道气动阀以及第十三管道气动阀，A塔工作，B塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

B塔放空3s后关闭B塔中部放空第八管道气动阀以及第十三管道气动阀，A塔正常工作，B塔吸附剂继续脱附再生；

A塔正常工作，工作累计39s后关闭B塔下部放空第四管道气动阀；A塔继续工作1s后切换B塔工作。

打开气动阀第六管道气动阀、第七管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，A塔向B塔均压；

B塔向A塔均压0～1.5s后关闭第六管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，同时打开第二管道气动阀、第三管道气动阀、第七管道气动阀、第十二管道气动阀以及第十三管道气动阀，B塔工作，A塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

A塔放空3s后关闭A塔中部放空第七管道气动阀以及第十三管道气动阀，B塔正常工作，A塔吸附剂继续脱附再生；

B塔正常工作，工作累计39s后关闭A塔下部放空第四管道气动阀；B塔继续工作1s后切换A塔工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：加速再生吸附剂的脱附时间，保证再生吸附剂完全脱附为下一次吸附做好基础，提高分子筛吸附性能。节约吹扫再生的成品气，减少脱附放空气，缩短放空时间、减少空气耗量，降低了用户运行能耗和生产成本，并使产品气纯度、压力稳定，保证了产品气质量。

附图说明

图1是现有技术中变压吸附气体分离装置结构示意图；

图2是现有技术中变压吸附气体分离装置气动阀之间的时序表；

图3是本发明结构示意图；

图4是本发明中管道用气动阀之间的时序表；

图5是采用图1和图3放空曲线的比较图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明的装置包括：第一吸附塔A和第二吸附塔B并列放置于地基上，一根四通管道分别连接第一吸附塔A的底部、第一管道气动阀QV₁、第三管道气动阀QV₃以及第三管道气动阀QV₅的一端，在第一吸附塔A中部连接第七管道气动阀QV₇的一端，一根三通管道分别连接第一吸附塔A顶部、第九管道气动阀QV₉以及第十一管道气动阀QV₁₁；用一根四通管道分别连接第二吸附塔B底部、第二管道气动阀QV₂、第四管道气动阀QV₄以及第六管道气动阀QV₆的一端，在第二吸附塔B中部连接第八管道气动阀QV₈的一端，一根三通管道分别连接第二吸附塔B顶部、第十管道气动阀QV₁₀以及第十二管道气动阀QV₁₂的一端；一根三通管道分别与气源进口、第一管道气动阀QV₁的另一端以及第二管道气动阀QV₂的另一端连接；一根三通管道分别连接第九管道气动阀QV₉的另一端、第十管道气动阀QV₁₀的另一端以及第一截止阀LV₁的一端，一根四通管道分别连接第十一管道气动阀QV₁₁的另一端、第十二管道气动阀QV₁₂以及第一截止阀LV₁的另一端以及第二截止阀LV₂的一端；两通管道分别连接第二截止阀LV₂的另一端和缓冲罐C进口，缓冲罐C出口与第三截止阀LV₃连接；还包括：一根五通管道分别连接第五管道气动阀QV₅的另一端、第六管道气动阀QV₆的另一端、第七管道气动阀QV₇的另一端、第八管道气动阀QV₈的另一端以及第十三管道气动阀QV₁₃的一端；一根四通管道分别连接第三管道气动阀QV₃的另一端、第四管道气动阀QV₄的另一端、排空消音器P的进口以及第十三管道气动阀QV₁₃的另一端。

本发明在原有技术上增加中部放空管道气动阀QV₁₃，气动阀QV₁₃在设备中位置可参照图3。具体管道连接方法：原有管道气动阀QV_1-12位置不变，将连接管道气动阀QV_{5、6、7、8}的四通管道更改为五通，五通管道分别连接管道气动阀QV_{5、6、7、8、13}，将原有连接管道气动阀QV_3、4和排空消音器的三通管道更改为四通管道，分别连接管道气动阀QV₁₃另一端、管道气动阀QV_{3、 4}和排空消音器，其它管道不做更改。具体管道气动阀开启、关闭通过PLC程序控制，具体动作时间，顺序可参照图4时序表。

本发明的控制方法是通过以下步骤实现的：

打开第五管道气动阀QV₅、第八管道气动阀QV₈、第九管道气动阀QV₉以及第十管道气动阀QV₁₀，B塔向A塔均压；

B塔向A塔均压0～1.5s后关闭气动阀第五管道气动阀QV₅、第九管道气动阀QV₉以及第十管道气动阀QV₁₀，同时打开第一管道气动阀QV₁、第四管道气动阀QV₄、第八管道气动阀QV₈、第十一管道气动阀QV₁₁以及第十三管道气动阀QV₁₃，A塔工作，B塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

B塔放空3s后关闭B塔中部放空第八管道气动阀QV₈以及第十三管道气动阀QV₁₃，A塔正常工作，B塔吸附剂继续脱附再生；

A塔正常工作，工作累计39s后关闭B塔下部放空第四管道气动阀QV₄；A塔继续工作1s后切换B塔工作。

打开气动阀第六管道气动阀QV₆、第七管道气动阀QV₇、第九管道气动阀QV₉以及第十管道气动阀QV₁₀，A塔向B塔均压；

B塔向A塔均压0～1.5s后关闭第六管道气动阀QV₆、第九管道气动阀QV₉以及第十管道气动阀QV₁₀，同时打开第二管道气动阀QV₂、第三管道气动阀QV₃、第七管道气动阀QV₇、第十二管道气动阀QV₁₂以及第十三管道气动阀QV₁₃，B塔工作，A塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

A塔放空3s后关闭A塔中部放空第七管道气动阀QV₇以及第十三管道气动阀QV₁₃，B塔正常工作，A塔吸附剂继续脱附再生；

B塔正常工作，工作累计39s后关闭A塔下部放空第四管道气动阀QV₄；B塔继续工作1s后切换A塔工作。

在图4中N为延时开启再生塔吹扫气气动阀。N为延时开启时间(该时间段为不定值，可根据设备产气量不同，吸附压力不同，设置不同的延时开启时间)。

本发明采用现有吸附器2只、气动阀12只，新增加气动阀1只，新增气动阀QV₁₃由中部均压管路引出用管道连接于消音器排空管道。

本发明的控制方法是通过以下步骤实现的：

本发明在原有流程基础上新增加气动阀QV₁₃，增加控制气动阀QV₁₃控制时序见图4。一个循环周期分为八个控制步骤完成，详细说明如下：

打开气动阀QV_{5，8，9，10}，B塔向A塔均压，第一可以降低A塔工作时进气高压力对A塔床层冲击，降低吸附剂使用寿命。第二是提高气体回收率，节约压缩空气降低能耗。

关闭气动阀QV_5，9，10后打开气动阀QV_{1，4，8，11，13}A塔工作，B塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生。延时打开气动阀QV₁₀用产品气对B塔吸附剂深度脱附再生，并节约产品回吹气降低能耗。

关闭B塔中部放空气动阀QV_8，13A塔正常工作，B塔吸附剂脱附再生。

A塔正常工作，关闭B塔下部放空阀QV₄，第一是用再生产品气对B塔屏蔽冲压，产生的作用同控制步骤一所述，第二预防A塔与B塔切换时产生漏气或管道串气等现象。

以上为A单塔工作细分说明，A塔四大控制流程为连续性。B塔工作同A塔工作控制流程相同，具体阀门编号可参照时序图图4完成。

根据图5可以清晰看出，在相同工作时间、相同工作压力、相同产气量的空分设备，使用不同的工艺流程及控制方法，吸附剂的再生效果不同，吸附剂的再次利用率也随之变化，吸附剂不能完全利用时就证明一部分吸附剂相对富裕，造成小产气量设备大型化，本发明解决现有技术中的不足，是对现有技术的一次更新突破。

本发明实施可使变压吸附空分装置走向大型化，变压吸附技术在现有基础上得到更进一步突破。

Claims (2)

1.一种变压吸附气体分离装置，包括：第一吸附塔和第二吸附塔并列放置于地基上，一根四通管道分别连接第一吸附塔的底部、第一管道气动阀、第三管道气动阀以及第五管道气动阀的一端，在第一吸附塔中部连接第七管道气动阀的一端，一根三通管道分别连接第一吸附塔顶部、第九管道气动阀以及第十一管道气动阀；用一根四通管道分别连接第二吸附塔底部、第二管道气动阀、第四管道气动阀以及第六管道气动阀的一端，在第二吸附塔中部连接第八管道气动阀的一端，一根三通管道分别连接第二吸附塔顶部、第十管道气动阀以及第十二管道气动阀的一端；一根三通管道分别与气源进口、第一管道气动阀的另一端以及第二管道气动阀的另一端连接；一根三通管道分别连接第九管道气动阀的另一端、第十管道气动阀的另一端以及第一截止阀的一端，一根四通管道分别连接第十一管道气动阀的另一端、第十二管道气动阀以及第一截止阀的另一端以及第二截止阀的一端；两通管道分别连接第二截止阀的另一端和缓冲罐进口，缓冲罐出口与第三截止阀连接；其特征在于还包括：一根五通管道分别连接第五管道气动阀的另一端、第六管道气动阀的另一端、第七管道气动阀的另一端、第八管道气动阀的另一端以及第十三管道气动阀的一端；一根四通管道分别连接第三管道气动阀的另一端、第四管道气动阀的另一端、排空消音器的进口以及第十三管道气动阀的另一端。

2.一种采用权利要求1所述变压吸附气体分离装置的控制变压吸附分离装置的方法，是通过以下步骤实现的：

打开第五管道气动阀、第八管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，第二吸附塔向第一吸附塔均压；

第二吸附塔向第一吸附塔均压0～1.5s后关闭气动阀第五管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，同时打开第一管道气动阀、第四管道气动阀、第十一管道气动阀以及第十三管道气动阀，第一吸附塔工作，第二吸附塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

第二吸附塔放空3s后关闭第二吸附塔中部放空第八管道气动阀以及第十三管道气动阀，第一吸附塔正常工作，第二吸附塔吸附剂继续脱附再生；

第一吸附塔正常工作，工作累计39s后关闭第二吸附塔下部放空第四管道气动阀；第一吸附塔继续工作1s后切换第二吸附塔工作；

打开气动阀第六管道气动阀、第七管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，第一吸附塔向第二吸附塔均压；

第一吸附塔向第二吸附塔均压0～1.5s后关闭第六管道气动阀、第九管道气动阀以及第十管道气动阀，同时打开第二管道气动阀、第三管道气动阀、第十二管道气动阀以及第十三管道气动阀，第二吸附塔工作，第一吸附塔中、下部同时放空吸附剂吸附气体再生；

第一吸附塔放空3s后关闭第一吸附塔中部放空第七管道气动阀以及第十三管道气动阀，第二吸附塔正常工作，第一吸附塔吸附剂继续脱附再生；

第二吸附塔正常工作，工作累计39s后关闭第一吸附塔下部放空第三管道气动阀；第二吸附塔继续工作1s后切换第一吸附塔工作。

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