CN103463926A - 一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔 - Google Patents

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孙兆虎
吴建光
吴剑峰
王国强
程逵炜
陈仕林
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China United Coalbed Methane Corp Ltd
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Abstract

一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其组成：装于吸附塔容器内间隔放置的垂向隔板；相邻垂向隔板间围成空间流道，间隔分布的空间流道内装分子筛吸附剂，称为工艺气通道；其余空间流道为换热介质通道；吸附塔上、下端分别装上、下工艺气封头，上、下工艺气封头端部分别装工艺气进口和出口；分别装于容器相对的两侧壁上的上、下换热介质封头；上、下换热介质封头端部分别装换热介质进口及出口；工艺气进口及出口分别通过工艺气封头与工艺气通道连通；换热介质进口及出口分别通过换热介质封头与换热介质通道连通；由于塔内含换热介质通道，可通过换热介质对分子筛进行加温或冷却，减少分子筛再生所需时间，缩短吸附循环周期并减少再生气耗量。

Description

一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔
技术领域：
本发明属于吸附净化设备，具体涉及一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔。
背景技术：
目前采用分子筛吸附实现气体混合物的分离是正在兴起的分离方式，作为分离和净化气体混合物的方法大量应用于化工、石油和环境工程等领域。
分子筛是一类微孔孔径均一的多空固体，其微孔孔径与分子尺寸相当。尺寸小于微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外。分子筛变温吸附是指在较低温度下吸附和在较高温度下再生的循环过程。其吸附过程是以吸附剂表面对气体分子的吸附为基础，利用吸附剂对不同气体组分有选择性的特点，在吸附过程的较低温度下吸附混合气中的某些组分；吸附完成后，通过热的再生气吹扫分子筛，提高温度使吸附平衡线改变，达到吸附质解吸和吸附剂再生的目的，再生结束后必须冷却吸附剂使之用于下一循环的吸附。近些年，分子筛变温吸附技术在天然气净化领域中取得了较大进步，新型、高效的产品不断发现并应用。
在天然气中酸气含量较小时，传统的采用净化气加热再生的方式可以满足结构紧凑及耗气量小的要求。但如果酸气含量较大，在不改变吸附周期的条件下，则需要分子筛吸附剂装填量大大增加，致使吸附塔的尺寸增加。如缩小吸附周期，则可减少吸附剂的装填量和吸附塔高度，但采用净化气作为再生气时耗气量将大大增加，甚至当吸附周期缩小到一定时间内时，采用净化气作为再生气时在吸附周期内无法完成再生或冷吹。
吸附剂的再生过程需要加热解吸，解吸完成后还要进行吸附剂的冷却，冷却至常温才算完成吸附剂的再生，才可以循环使用。再生气一般可使用净化气，或使用外部气源，但无论如何再生气必须是洁净、干燥的气体，能将分子筛中的水和酸性气体吹除掉，而且不会给分子筛带来其它杂质。常规技术中使用净化气作为再生气时，主要靠气体将吸附剂和塔体加热至解析温度，而气体由于本身比热比较小，在相同的传热温差下，需要的气体量较大，因此再生气耗气量也比较大；且在一定的管径条件下，将吸附剂加热至所需温度需要的时间会比较长，这也使得吸附装置切换周期不能进一步的缩小。
发明内容：
本发明目的在于提供一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔，由于吸附塔内含有换热介质通道，在分子筛再生过程中，可通过换热介质快速加热或冷却吸附剂，减少其再生所需时间，缩短吸附系统循环周期，进而减小吸附剂填装量并缩小设备尺寸，同时还可以降低再生气的使用量，减少净化气的浪费。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其由下述部件组成：
一吸附塔容器；
装于所述吸附塔容器之内间隔放置的垂向隔板；
相邻的垂向隔板之间围成空间流道，间隔分布的空间流道内装有分子筛吸附剂；装有分子筛吸附剂的空间流道为工艺气通道；其余的空间流道为换热介质通道；
分别装于所述吸附塔容器上、下端的上工艺气封头和下工艺气封头，所述上工艺气封头端部和下工艺气封头端部分别装有与相应的工艺气封头相通的工艺气进口和工艺气出口；
分别装于所述吸附塔容器相对的两侧壁上的上换热介质封头和下换热介质封头；所述上换热介质封头端部和下换热介质封头端部分别装有与相应的换热介质封头相通的换热介质进口及换热介质出口；
所述的工艺气进口通过上工艺气封头与工艺气通道相连通；所述的工艺气出口通过下工艺气封头与工艺气通道相连通；
所述的换热介质进口通过上换热介质封头与换热介质通道相连通；所述的换热介质出口通过下换热介质封头与换热介质通道相连通。
所述吸附塔容器及垂向隔板的材质为铝或不锈钢等金属材料，其之间才用焊接方式进行连接。
正常的分子筛吸附流程包括吸附过程及再生过程，吸附过程中被净化的气体为工艺气，工艺气中的杂质被吸附到分子筛中；而再生过程中需要有无杂质的再生反向流过分子筛，将吸附于其中的杂质携带出分子筛，使分子筛得到再生，所以本发明的工艺气进口4也为再生气出口，所述工艺气出口5也为再生气进口。
本发明的具有换热介质通道的分子筛吸附塔具有下述优点：
本发明的具有换热介质通道的分子筛吸附塔，由于吸附塔内含有换热介质通道，在分子筛再生过程中，可通过换热介质快速加热或冷却吸附剂，减少其再生所需时间，缩短吸附系统循环周期，进而减小吸附剂填装量并缩小设备尺寸，同时还可以降低再生气的使用量，减少净化气的浪费。
附图说明：
图1是本发明具有换热介质通道的分子筛吸附塔的结构（剖面）示意图；
图2是本发明图1的外形结构示意图；
图3是本发明图1的顶剖面示意图。
实施例：
如图1，图2及图3所示，本具有换热介质通道的分子筛吸附塔（实施例）结构示意图，由图可知，本发明提供的具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其由下述部件组成：
一吸附塔容器；
装于所述吸附塔容器之内间隔放置的垂向隔板1；
相邻的垂向隔板1之间围成空间流道，间隔分布的空间流道内装有分子筛吸附剂；装有分子筛吸附剂的空间流道为工艺气通道8；其余的空间流道为换热介质通道9；
分别装于所述吸附塔容器上、下端的上工艺气封头2和下工艺气封头21，所述上工艺气封头2端部和下工艺气封头21端部分别装有与相应的工艺气封头相通的工艺气进口4和工艺气出口5；
分别装于所述吸附塔容器相对的两侧壁上的上换热介质封头3和下换热介质封头31；所述上换热介质封头3端部和下换热介质封头31端部分别装有与相应的换热介质封头相通的换热介质进口6及换热介质出口7；
所述的工艺气进口4通过上工艺气封头2与工艺气通道8相连通；所述的工艺气出口5通过下工艺气封头21与工艺气通道8相连通；
所述的换热介质进口6通过上换热介质封头3与换热介质通道9相连通；所述的换热介质出口7通过下换热介质封头31与换热介质通道9相连通。
所述吸附塔容器及垂向隔板1的材质为铝或不锈钢等金属材料，其之间才用焊接方式进行连接。
正常的分子筛吸附流程包括吸附过程及再生过程，吸附过程中被净化的气体为工艺气，工艺气中的杂质被吸附到分子筛中；而再生过程中需要有无杂质的再生反向流过分子筛，将吸附于其中的杂质携带出分子筛，使分子筛得到再生，所以本发明的工艺气进口4也为再生气出口，所述工艺气出口5也为再生气进口。
本实施例的具有换热介质通道的分子筛吸附塔用于吸附分离天然气中的酸性气体（CO2，H2S），其中工艺气为含杂质的天然气，换热介质通道9内的导热介质为矿物型导热油，工艺气通道8中填充的分子筛吸附剂为13X型分子筛；
本实施例中的吸附塔吸附过程与常规工艺相同，吸附过程完成后，吸附塔进入加热解吸过程：300℃的矿物型导热油从换热介质进口6进入吸附塔，流经换热介质通道9对工艺气通道8中的分子筛吸附剂加热，然后从换热介质出口7流出，分子筛吸附剂被加热至280℃，其中的吸附剂被解吸；使用吸附净化后的工艺气（不含CO2，H2S）作为再生气，从工艺气出口5进入吸附塔，反向流过工艺气通道8，从工艺气进口4流出，将分子筛吸附剂中解吸出的杂质吹扫出吸附塔外；再生气保持微小流量，仅起吹扫作用。
吸附塔内分子筛吸附剂解吸完毕后，进行冷却过程：25℃的导热油从换热介质入口6进入吸附塔，流经换热介质通道9对工艺气通道8中的分子筛吸附剂进行冷却，然后从换热介质出口7流出，分子筛吸附剂被冷却至30℃；冷却过程中工艺气通道中通入少量再生气，保持吸附塔内压力稳定。
应用本发明的吸附塔，再生气耗气量小，同时由于换热介质的作用，可大大缩短加热解吸及冷却时间，显著减小吸附切换周期，进而降低吸附塔尺寸。

Claims (3)

1.一种具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其由下述部件组成：
一吸附塔容器；
装于所述吸附塔容器之内间隔放置的垂向隔板；
相邻的垂向隔板之间围成空间流道，间隔分布的空间流道内装有分子筛吸附剂；装有分子筛吸附剂的空间流道为工艺气通道；其余的空间流道为换热介质通道；
分别装于所述吸附塔容器上、下端的上工艺气封头和下工艺气封头，所述上工艺气封头端部和下工艺气封头端部分别装有与相应的工艺气封头相通的工艺气进口和工艺气出口；
分别装于所述吸附塔容器相对的两侧壁上的上换热介质封头和下换热介质封头；所述上换热介质封头端部和下换热介质封头端部分别装有与相应的换热介质封头相通的换热介质进口及换热介质出口；
所述的工艺气进口通过上工艺气封头与工艺气通道相连通；所述的工艺气出口通过下工艺气封头与工艺气通道相连通；
所述的换热介质进口通过上换热介质封头与换热介质通道相连通；所述的换热介质出口通过下换热介质封头与换热介质通道相连通。
2.根据权利要求1所述的具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其特征在于，所述吸附塔容器及垂向隔板的材质为铝或不锈钢等金属材料，其之间采用焊接方式连接。
3.根据权利要求1所述的具有换热介质通道的分子筛吸附塔，其特征在于：所述工艺气进口为再生气出口，所述工艺气出口为再生气进口。
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